CN117081660A - 一种针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，属于定位系统的自主参考站技术领域。包括室内单元和室外单元，所述室内单元包括CPCI工控机箱，所述CPCI工控机箱内安装有工控机主板；所述CPCI工控机箱内还安装有与工控机主板通信连接的时间同步卡和六通道的CPCI中频收发卡，所述室外单元包括六个天线；所述六个天线由P频段宽波束振子天线、L频段喇叭天线、S频段喇叭天线、C频段喇叭天线、X频段喇叭天线和Ku频段喇叭天线组成，本发明的同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，能够发射多频段（6个以上）的低功率（10W以下）、宽波束（100°以上）的隐蔽扩频信号，有效提升发射参考站的使用场景和安全保护。
Description
技术领域
本发明具体涉及一种针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，属于定位系统的自主参考站技术领域。
背景技术
在卫星通信辐射源定位和卫星轨道测量等领域，经常会用到发射参考站校正测量误差、信号传播路径误差、星上设备引起的误差、参数估计误差、时间频率同步误差等；传统的发射参考站发射功率大，大多在20W以上，在发射参考信号时容易暴露，被非合作方反侦察和反定位；频段单一，仅有C或X或Ku频段，不利于多频段卫星通信辐射源定位与卫星轨道测量；波束范围窄，仅有30°左右，不利于更大范围内的多个卫星信号同步接收；未采用隐蔽扩频信号体制，对同步轨道卫星造成同频干扰，影响其正常通信，容易引起纠纷。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，能够向地球同步卫星发射宽波束、低功率和隐蔽性的通讯信号，能够作为定位系统的自主参考站使用，向定位系统目标卫星发射隐蔽参考信号，定位系统同步接收该信号，完成参考信号的时频差参数估计，用于定位系统误差校正。
本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，包括室内单元和室外单元，所述室内单元和室外单元通过复合线缆连接；室内单元负责平台各功能模块状态监控、室外单元功能控制、产生中频信号，并提供多站间异地高精度时间同步；室外单元负责将中频及参考信号功分六路，分别上变频至P/L/S/C/X/Ku频段，功率放大，按照空域覆盖要求选择对应天线辐射出去，同时将各功能单元状态信息上报室内单元；复合线缆集成了70M中频信号传输线缆、10MHz参考信号传输线、功能控制和状态监控网线线和电源线；
所述室内单元包括CPCI工控机箱，所述CPCI工控机箱内安装有一块内置显控终端系统的工控机主板；所述CPCI工控机箱内还安装有与工控机主板通信连接的时间同步卡和六通道的CPCI中频收发卡，所述工控机主板还通信连接有北斗/GPS双频授时天线、显示器、鼠标和键盘；所述室内单元还包括给整个室内单元供电的室内电源模块；所述时间同步卡的10MHz参考信号端和1PPS秒脉冲信号端接入到CPCI中频收发卡；工控机主板用于参考站设备监控、平台任务响应及网络通信等；CPCI中频收发卡产生0~20MHz带宽内多种规格的70MHz中频信号；时间同步卡采用高精度时间同步卡，时间同步卡为平台提供本地或异地高精度时间同步，为变频功放模块和CPCI中频收发卡提供稳定的10MHz外参考信号，为CPCI中频收发卡提供外触发秒脉冲；
所述室外单元包括室外机箱，所述室外机箱上安装有天线底座，所述天线底座上设置有六个天线支座，每一个所述天线支座上安装有一套天线控制转台，六个所述天线控制转台上分别安装有六个天线；所述天线支座于天线外部安装有天线罩；所述六个天线由P频段宽波束振子天线、L频段喇叭天线、S频段喇叭天线、C频段喇叭天线、X频段喇叭天线和Ku频段喇叭天线组成，所述天线底座中部安装有一套发射单元；所述发射单元包括通讯控制模块、各频段的变频功放模块、功分模块和室外电源模块；
所述通讯控制模块第一输出端与天线控制转台控制端连接，所述通讯控制模块第二输出端与变频功放模块的变频/通断控制端连接；所述通讯控制模块输入端通过复合线缆连接到工控机主板上；
所述功分模块输入端通过复合线缆连接到时间同步卡的10MHz参考信号端；所述功分模块输出端分别接入到变频功放模块各参考信号端口；所述变频功放模块的中频信号端口通过复合线缆连接到CPCI中频收发卡的信号输出端口；所述变频功放模块输出端通过天线输出开关分别连接到六个天线信号端口。
功分模块将室内单元输出的10M参考信号一分为六，给变频功放模块的6个功放单元提供基准参考信号；通讯控制模块收集室外单元的各功能模块状态信息上报工控机主板，同时响应工控机主板控制命令，控制变频功放模块各频段变频及功放模块功率放大，将中频信号分别上变频至P、L、S、C、X和Ku频段中指定频率，进行功率的线性放大；
天线输出开关根据变频/通断控制端的控制命令控制通断，使指定频段信号传输到需覆盖空域对应的天线上向用户指定的卫星辐射；天线控制转台用于不同频段的安装天线（安装原则为高频段靠后、低频段靠前），根据用户需求并对天线方位/俯仰指向进行指向性调整。
进一步地，所述室外电源模块由AC-DC模块构成，所述室外电源模块输入端接入到市电，所述室外电源模块输出端设置有七个12V的直流端口；六个所述直流端口分别连接六个天线供电端口，剩余一个所述直流端口连接到通讯控制模块供电端口；所述天线控制转台由市电供电。
进一步地，所述工控机主板处通信连接有远程网络控制模块；所述远程网络控制模块与远控终端通信连接。
进一步地，所述复合线缆包括外层，及设置于外层内侧，且分别单独封装的一根天线控制转台复合线缆、六根70M中频信号线、一根10M参考信号电缆、一根状态信息通信线和一根AC220V供电电缆，所述外层内侧填充有绝缘的轻型泡沫料。
与现有技术相比，本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，能够实现P、L、S、C、X、Ku频段信号的一体化生成与隐蔽性发射，能够发射多频段（6个以上）的低功率（10W以下）、宽波束（100°以上）的隐蔽扩频信号，有效提升发射参考站的使用场景和安全保护；隐蔽发射功率小，不易暴露，不会影响同步卫星正常通信；宽波束覆盖区域广，减少天线角度对准时间，提升标校实时性；支持多个卫星通信频段，可以为不同频段的目标提供标校信号。
附图说明
图1为本发明的平台整体布局结构示意图。
图2为本发明的室内单元各模块连接结构示意图。
图3为本发明的室外单元各模块连接结构示意图。
图4为本发明的室外单元结构示意图。
图5为本发明的复合线缆结构示意图。
图6为多频段宽波束隐蔽发射平台工作原理示意图。
图7为基于隐蔽标校源的同步轨道多星定位系统误差校正原理示意图。
图8为显控终端系统界面示意图。
图9为宽波束隐蔽发射平台工作流程示意图。
附图标记：1、天线底座，2、天线支座，3、天线控制转台，4、P频段宽波束振子天线，5、L频段喇叭天线，6、S频段喇叭天线，7、C频段喇叭天线，8、X频段喇叭天线，9、Ku频段喇叭天线，10、发射单元，11、外层，12、天线控制转台复合线缆，13、70M中频信号线，14、10M参考信号电缆，15、状态信息通信线，16、AC220V供电电缆。
具体实施方式
实施例1：
如图1至图9所示的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，包括室内单元和室外单元，所述室内单元和室外单元通过复合线缆连接；室内单元负责平台各功能模块状态监控、室外单元功能控制、产生中频信号，并提供多站间异地高精度时间同步；室外单元负责将中频及参考信号功分六路，分别上变频至P/L/S/C/X/Ku频段，功率放大，按照空域覆盖要求选择对应天线辐射出去，同时将各功能单元状态信息上报室内单元；复合线缆集成了70M中频信号传输线缆、10MHz参考信号传输线、功能控制和状态监控网线线和电源线；
所述室内单元包括CPCI工控机箱，所述CPCI工控机箱内安装有一块内置显控终端系统的工控机主板；其中，显控终端系统用于控制发射平台开关机、各频段信号参数设置及发射功率、设备状态监控等，界面如图所示；所述CPCI工控机箱内还安装有与工控机主板通信连接的时间同步卡和六通道的CPCI中频收发卡，所述工控机主板还通信连接有北斗/GPS双频授时天线、显示器、鼠标和键盘；所述室内单元还包括给整个室内单元供电的室内电源模块；所述时间同步卡的10MHz参考信号端和1PPS秒脉冲信号端接入到CPCI中频收发卡；工控机主板用于参考站设备监控、平台任务响应及网络通信等；CPCI中频收发卡产生0~20MHz带宽内多种规格的70MHz中频信号；时间同步卡采用高精度时间同步卡，时间同步卡为平台提供本地或异地高精度时间同步，为变频功放模块和CPCI中频收发卡提供稳定的10MHz外参考信号，为CPCI中频收发卡提供外触发秒脉冲；
所述室外单元包括室外机箱，所述室外机箱上安装有天线底座1，所述天线底座1上设置有六个天线支座2，每一个所述天线支座2上安装有一套天线控制转台3，六个所述天线控制转台3上分别安装有六个天线；所述天线支座2于天线外部安装有天线罩；所述六个天线由P频段宽波束振子天线4、L频段喇叭天线5、S频段喇叭天线6、C频段喇叭天线7、X频段喇叭天线8和Ku频段喇叭天线9组成，所述天线底座1中部安装有一套发射单元10；所述发射单元10包括通讯控制模块、各频段的变频功放模块、功分模块和室外电源模块；
所述通讯控制模块第一输出端与天线控制转台控制端连接，所述通讯控制模块第二输出端与变频功放模块的变频/通断控制端连接；所述通讯控制模块输入端通过复合线缆连接到工控机主板上；
所述功分模块输入端通过复合线缆连接到时间同步卡的10MHz参考信号端；所述功分模块输出端分别接入到变频功放模块各参考信号端口；所述变频功放模块的中频信号端口通过复合线缆连接到CPCI中频收发卡的信号输出端口；所述变频功放模块输出端通过天线输出开关分别连接到六个天线信号端口。
功分模块将室内单元输出的10M参考信号一分为六，给变频功放模块的6个功放单元提供基准参考信号；通讯控制模块收集室外单元的各功能模块状态信息上报工控机主板，同时响应工控机主板控制命令，控制变频功放模块各频段变频及功放模块功率放大，将中频信号分别上变频至P、L、S、C、X和Ku频段中指定频率，进行功率的线性放大；
天线输出开关根据变频/通断控制端的控制命令控制通断，使指定频段信号传输到需覆盖空域对应的天线上向用户指定的卫星辐射；天线控制转台用于不同频段的安装天线（安装原则为高频段靠后、低频段靠前），根据用户需求并对天线方位/俯仰指向进行指向性调整。
所述室外电源模块由AC-DC模块构成，所述室外电源模块输入端接入到市电，所述室外电源模块输出端设置有七个12V的直流端口；六个所述直流端口分别连接六个天线供电端口，剩余一个所述直流端口连接到通讯控制模块供电端口；所述天线控制转台由市电供电。
所述工控机主板处通信连接有远程网络控制模块；所述远程网络控制模块与远控终端通信连接。
所述复合线缆包括外层11，及设置于外层11内侧，且分别单独封装的一根天线控制转台复合线缆12、六根70M中频信号线13、一根10M参考信号电缆14、一根状态信息通信线15和一根AC220V供电电缆16，所述外层11内侧填充有绝缘的轻型泡沫料。室外单元设置与复合线缆插接的插座，将复合线缆输出端对应连接到插座上（收发光缆共用一个插座），通过插座连接到室外单元各模块，复合线缆输入端中70M中频信号端、10MHz参考信号端、控制转台信号端和状态信息通信端分别连接到室内单元的对应端口，电源插头接到供电插座上。
本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，工作过程如下：
首先，工控机主板获取定位系统对参考站（发射平台）发出的任务；具体为：发射平台工作时，由使用单位通过专网发送指令，启动参考站（发射平台）任务，发射参考信号；
其次，工控机主板查看室内单元各模块的运行状态，即运行和查阅显控终端系统，确定发射平台各单元状态准备就绪；
接着，工控机主板控制CPCI中频收发卡生成中频70MHz的发射信号，并将信号传输至室外单元；
接着，70MHz的发射信号通过室外单元的变频功放模块，完成信号的上变频和功率放大，并将信号发射至所对应的卫星；
接着，通过用户已有的定位系统的卫星地面接收站接收卫星转发的参考信号（天线发射的信号），并与发射的样本信号做对比处理，检测发射信号是否正常；
最后，判断发射任务是否完成，重复以上步骤或者结束发射任务。
其中，发射平台使用宽波束天线对目标卫星发射信号，可同时覆盖多个卫星，工作时，根据站址和定位主/邻星分布情况，通过天线输出开关切换，选择天线指向，使天线同时覆盖定位主邻星；信号发射方式为5分钟或10分钟发射一次，每次持续5~10秒钟，发射频次和持续时间可控；默认设置参数为发射时间（定时发射，统一为整秒）、扩频码选择、带宽、功率和上行信号频点等。
本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，工作参数具体如下：
工作频段参数：（1）P频段：230MHz~430MHz；（2）L频段：950MHz~1660MHz；（3）S频段：2500MHz~2800MHz；（4）C频段：5625MHz~7000MHz；（5）X频段：7900MHz~8400MHz；（6）Ku频段：14000MHz~14500MHz。
波束参数：（1）P频段：方位≥170º，俯仰≥30º；（2）L频段：方位≥140º，俯仰≥60º；（3）S频段：方位≥120º，俯仰≥30º；（4）C频段：方位≥160º，俯仰≥30º；（5）X频段：方位≥140º，俯仰≥60º；（6）Ku频段：方位≥120º，俯仰≥30º。
发射功率（EIRP）：（1）P频段：≤9.76dBmW；（2）L频段：≤24.2dBmW；（3）S频段：≤28.4dBmW；（4）C频段：≤36dBmW；（5）X频段：≤38.4dBmW；（6）Ku频段：≤43.3dBmW。
带宽（扩频信号）：100KHz、200KHz、500KHz、1MHz、5MHz、10MHz、20MHz可选。
供电要求：（1）室内单元供电要求：220V交流，功耗>150W（稳定工作状态）；（2）室外单元供电要求：220V交流，功耗>800W（稳定工作状态）；
（3）室外单元要求安装在一块面积不小于3.3m×2.6m的平整硬质地面上（地面在直径2650mm内平面度小于2mm），地面承重≥700kg；室外机箱可上架安装在机房机柜内。
本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，应用到同步轨道多星定位系统原理如下：
典型的同步轨道多星定位系统的工作原理如图 3所示，基于发射参考站（发射平台）的定位方程如下：
；
；
公式中r、r0、r1、r2、r3为目标、参考站、主星、邻星1和邻星2在地固坐标中的位置矢量。
从上面公式可以看出，利用带有误差的星历计算辐射源到达三颗卫星形成的时差时，会带来误差，同时计算发射参考站到达三颗卫星形成的时差也会有误差，但两部分误差相减后，将降低星历误差带来的影响；显然发射参考站越靠近辐射源，星历误差的影响越小；频段越多，应用场景更广；波速越宽，可选择邻星方位越大；
对基于参考站的定位测量方程求微分，表达如下：
；
其中，；
；
；
其中，；
；
定位误差的协方差矩阵如下：
；
这里；
辐射源定位误差协方差矩阵：
。
、/>和/>分别表示辐射源经纬度误差的协方差阵、观测量（时/频差）的协方差阵和第/>颗卫星的位置协方差阵；/>为第1颗卫星的位置协方差矩阵，3×3（对角线元素为卫星在x、y、z方向上的位置测量误差），/>为第2、3颗卫星/平台的位置协方差矩阵6×6。
本发明的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，可用性分析如下：
1、参考信号隐蔽发射功率分析：
平台工作时，为保证隐蔽性，平台发射的信号功率应该足够低，使信号到达卫星时，能量低于卫星接收机噪底；
卫星链路（C/T）下行计算公式：（C/T）下行=EIRP卫星-Lf空间损耗+（G/T）地面站；
卫星链路（C/T）上行计算公式：（C/T）上行=EIRP地面站-Lf空间损耗+（G/T）卫星；
2、空间损耗测算：
Lf空间损耗=20lg(4πd*f/c)=32.4418++20lg(d)+20lg(f)；
其中，距离d单位为km，频率f单位为MHz；
地球同步轨道卫星距离地球表面d=36840.704829974km；
典型的Ku频段上行空间损耗为2.4418+20lg(d)+20lg(14500)=206.9957dB；
Ku频段下行空间损耗为32.4418+20lg(d)+20lg(12750)=205.8786dB；
3、同步轨道卫星所需功率：
地面接收站对测轨信号进行时频差参数估计的相关检测门限为20dB，相关处理增益为70dB~80dB（参考站信号带宽为5KHz~20MHz），因此接收信号的载噪比最小为70-20=50dB（10MHz*1s）；由于星上噪声为=-114dBm，星上所需信号功率最小为-164dBm，最大功率不超过-134dBm（留有20dB余量）；
4、地面发射的功率：
典型Ku频段线路衰减为dB=32.44+20lg(36000)+20lg(14500)=206.7934dB；
地面发射的最小功率为206.7934-164=42.7934dBm；
发射的最小EIRP为42.7934dBm；
对于Ku频段而言，假定天线增益10dB，则载波功率>32.7934dBm，由于中频信号输入功率为0dBm，功放模块增益可控制在33dB左右，即2W功率。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明申请范围内。
Claims (4)
1.一种针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，其特征在于：包括室内单元和室外单元，所述室内单元和室外单元通过复合线缆连接；
所述室内单元包括CPCI工控机箱，所述CPCI工控机箱内安装有一块内置显控终端系统的工控机主板；所述CPCI工控机箱内还安装有与工控机主板通信连接的时间同步卡和六通道的CPCI中频收发卡，所述工控机主板还通信连接有北斗/GPS双频授时天线、显示器、鼠标和键盘；所述室内单元还包括给整个室内单元供电的室内电源模块；所述时间同步卡的10MHz参考信号端和1PPS秒脉冲信号端接入到CPCI中频收发卡；
所述室外单元包括室外机箱，所述室外机箱上安装有天线底座，所述天线底座上设置有六个天线支座，每一个所述天线支座上安装有一套天线控制转台，六个所述天线控制转台上分别安装有六个天线；所述天线支座于天线外部安装有天线罩；所述六个天线由P频段宽波束振子天线、L频段喇叭天线、S频段喇叭天线、C频段喇叭天线、X频段喇叭天线和Ku频段喇叭天线组成，所述天线底座中部安装有一套发射单元；所述发射单元包括通讯控制模块、各频段的变频功放模块、功分模块和室外电源模块；
所述通讯控制模块第一输出端与天线控制转台控制端连接，所述通讯控制模块第二输出端与变频功放模块的变频/通断控制端连接；所述通讯控制模块输入端通过复合线缆连接到工控机主板上；
所述功分模块输入端通过复合线缆连接到时间同步卡的10MHz参考信号端；所述功分模块输出端分别接入到变频功放模块各参考信号端口；所述变频功放模块的中频信号端口通过复合线缆连接到CPCI中频收发卡的信号输出端口；所述变频功放模块输出端通过天线输出开关分别连接到六个天线信号端口。
2.根据权利要求1所述的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，其特征在于：所述室外电源模块由AC-DC模块构成，所述室外电源模块输入端接入到市电，所述室外电源模块输出端设置有七个12V的直流端口；六个所述直流端口分别连接六个天线供电端口，剩余一个所述直流端口连接到通讯控制模块供电端口；所述天线控制转台由市电供电。
3.根据权利要求1所述的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，其特征在于：所述工控机主板处通信连接有远程网络控制模块；所述远程网络控制模块与远控终端通信连接。
4.根据权利要求1所述的针对同步轨道卫星平台的宽波束隐蔽发射平台，其特征在于：所述复合线缆包括外层，及设置于外层内侧，且分别单独封装的一根天线控制转台复合线缆、六根70M中频信号线、一根10M参考信号电缆、一根状态信息通信线和一根AC220V供电电缆，所述外层内侧填充有绝缘的轻型泡沫料。
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