CN220554012U - 一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，涉及卫星星座通信技术领域，用于模拟卫星信号，针对目前在指导卫星星座通信系统的研发中，对于同时接收到多个动态卫星信号这一场景存在空白的问题，提供一种动态多星模拟器，通过本地pps信号同步模块跟踪外部通过第一输入端口输入的pps信号，从而产生同步的本地pps信号作为多星模拟器的时间基准，使得多星模拟器模拟的多个不同卫星的动态信号都是基于相同的时间基准来实现的，从而可以提供多个卫星信号同时发送到同一终端的高动态信号模拟，以起到指导作用，有利于卫星星座通信系统的研制。

Description

一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器

技术领域

本实用新型涉及卫星星座通信技术领域，特别是涉及一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器。

背景技术

低轨卫星星座由多条轨道上的多个卫星组成。为达到在低轨卫星星座通信系统服务范围内卫星信号全覆盖的目的，会出现星座内多颗卫星同时可见于同一地面观测点的情况，即某一地面观测点同时可接受到多颗卫星的信号。由于低轨卫星和地球不同步，星座在不断的变化，各卫星相对于地面观测点的位置、速度也在不断变化，因此地面观测点接收到的卫星信号也是具有动态性的。

目前，尚无对同时接收到多颗卫星的动态卫星信号进行模拟的成熟的技术方案，于卫星星座通信系统的研发指导过程中，存在部分应用场景的空白。

所以，现在本领域的技术人员亟需要一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，解决目前在指导卫星星座通信系统的研发中，对于同时接收到多个动态卫星信号这一场景存在空白的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，解决目前在指导卫星星座通信系统的研发中，对于同时接收到多个动态卫星信号这一场景存在空白的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，包括：

本地pps信号同步模块10、卫星参数模拟模块20和扩频发射模块30；

本地pps信号同步模块10与设置在动态多星模拟器外壳处的第一输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外部输入的pps信号，并输出本地pps信号至扩频发射模块30；

卫星参数模拟模块20与设置在动态多星模拟器外壳处的第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收输入的终端位置和对应于不同卫星多个卫星轨道参数，并输出对应于不同卫星的多组多普勒动态信号和星地距离信号至扩频发射模块30；

扩频发射模块30与设置在动态多星模拟器外壳处的输出端口连接，用于接收本地pps信号以及多组多普勒动态信号和星地距离信号，并输出对应于每一卫星的多个下行信号。

优选的，多普勒动态信号包括伪码数字振荡器控制字和载波数字振荡器控制字；

扩频发射模块30包括：帧生成与编码模块31、延迟模块32、伪码数字振荡器33、伪码发生器34、载波数字振荡器35和正/余弦表上变频模块36；

帧生成与编码模块31与本地pps信号同步模块10和延迟模块32连接，用于接收本地pps信号，并输出基带信号至延迟模块32；

延迟模块32与卫星参数模拟模块20和伪码发生器34连接，用于接收基带信号和星地距离信号，并输出延迟后的基带信号至伪码发生器34；

伪码数字振荡器33与卫星参数模拟模块20和伪码发生器34连接，用于接收伪码数字振荡器控制字，并输出伪码频率至伪码发生器34；

伪码发生器34与正/余弦表上变频模块36和卫星参数模拟模块20连接，用于接收伪码频率、伪码多项式和初始相位，输出扩频调制后的基带信号至正/余弦表上变频模块36；

载波数字振荡器35与卫星参数模拟模块20和正/余弦表上变频模块36连接，用于接收载波数字振荡器控制字，并输出载波频率至正/余弦表上变频模块36；

正/余弦表上变频模块36与输出端口连接，用于接收载波频率和扩频调制后的基带信号，并输出卫星的下行信号。

优选的，扩频发射模块30还包括设置在正/余弦表上变频模块36与输出端口之间的数字模拟转换器37，用于接收基带信号并输出模拟射频信号。

优选的，扩频发射模块30还包括设置在伪码发生器34和正/余弦表上变频模块36之间的成型滤波器38。

优选的，卫星轨道参数为外推轨道参数，卫星参数模拟模块20包括：星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22；

星地距离模拟模块21与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并输出星地距离信号至扩频发射模块30；

多普勒动态模拟模块22与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并输出多普勒动态信号至扩频发射模块30。

优选的，卫星轨道参数为初始轨道参数，卫星参数模拟模块20包括：轨道外推计算模块23、星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22；

轨道外推计算模块23与第二输入端口、星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22连接，用于接收初始轨道参数，并输出外推轨道参数至星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22；

星地距离模拟模块21与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并输出星地距离信号至扩频发射模块30；

多普勒动态模拟模块22与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并输出多普勒动态信号至扩频发射模块30。

优选的，卫星参数模拟模块20还包括：卫星可见性计算模块24；

卫星可见性计算模块24与轨道外推计算模块23、第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并输出使能信号至扩频发射模块30。

优选的，卫星参数模拟模块20还包括：数据帧识别与校验模块25；

轨道外推计算模块23、星地距离模拟模块21、多普勒动态模拟模块22和卫星可见性计算模块24通过数据帧识别与校验模块25与第二输入端口连接，用于接收外部输入的数据帧，并输出终端位置、伪码多项式和初始相位。

优选的，还包括与第二输入端口和轨道外推计算模块23连接的ROM40，用于存储初始轨道参数。

优选的，本地pps信号同步模块10、卫星参数模拟模块20和扩频发射模块30集成在同一FPGA中，且卫星参数模拟模块20和扩频发射模块30之间通过AXI总线进行连接。

本实用新型所提供的一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，通过本地pps信号同步模块跟踪外部通过第一输入端口输入的pps信号，从而产生同步的本地pps信号作为多星模拟器的时间基准，使得多星模拟器模拟的多个不同卫星的动态信号都是基于相同的时间基准来实现的。同样，对于每一卫星的动态信号模拟，通过卫星参数模拟模块对输入的卫星轨道参数和终端位置进行模拟，确定针对每一卫星的多普勒动态信号和星地距离信号，从而使扩频发射模块可以根据上述信号对每一卫星的基带信号进行相应的延时和扩频，延时是用于模拟卫星和终端之间的星地距离，扩频则是用于实现多普勒动态模拟，最终实现对多个卫星的高动态信号模拟，从而可以应用在卫星星座通信系统的研发过程中，为其提供多个卫星信号同时发送到同一终端的高动态信号模拟，以起到指导作用。同时，采用终端位置和卫星轨道信息为外部输入的方式，使得在进行终端接收不同卫星的动态信号时，可以实现更灵活的配置，通过改变输入的终端位置，可以简单的实现对不同位置终端接收到的多个卫星的动态信号模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器的结构图；

图2为本实用新型提供的一种动态多星模拟器向终端发送卫星信号的示意图。

其中，10为本地pps信号同步模块，20为卫星参数模拟模块，30为扩频发射模块，40为ROM，21为星地距离模拟模块，22为多普勒动态模拟模块，23为轨道外推计算模块，24为卫星可见性计算模块，25为数据帧识别与校验模块，31为帧生成与编码模块31，32为延迟模块，33为伪码数字振荡器，34为伪码发生器，35为载波数字振荡器，36为正/余弦表上变频模块，37为数字模拟转换器，38为成型滤波器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在卫星星座通信这一技术领域中，根据不同的运行高度，一般可将卫星分为三类：高轨道卫星、中轨道卫星和低轨道卫星。低轨卫星系统一般是指多个低轨道卫星构成的可以进行实时信息处理的大型卫星系统，其中低轨道卫星的分布称之为低轨卫星星座。由于距离地面近，低轨卫星通信系统具有时延小，路径损耗小，发射功率小等优势，广泛应用于各个领域。低轨卫星星座能够提供全球覆盖，迅速提高卫星通信、卫星遥感等能力；在通信宽带方面潜力巨大，能够以较低的信号传播延迟来提高服务质量；将低轨星座应用于当前的全球导航卫星系统信号增强，能够实现快速精确定位。

低轨卫星星座由多条轨道上的多个卫星组成。为达到在低轨卫星星座通信系统服务范围内，卫星信号全覆盖的目的，会出现星座内多颗卫星同时可见于同一地面观测点的情况，也即某一地面观测点同时可接受到多颗卫星的信号。由于低轨卫星和地球不同步，星座在不断的变化，各卫星相对于地面观测点的位置、速度也在不断变化，因此地面观测点接收到的卫星信号也是具有动态性的。

目前，对于上述的这种对同一地面观测点接收到多颗卫星的不同卫星动态信号进行模拟的应用场景中，尚无成熟的技术方案实现，对于卫星星座通信系统研制的指导仍存在空缺。

基于此，本申请提供一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，如图1所示，包括：本地pps信号同步模块10、卫星参数模拟模块20和扩频发射模块30；

本地pps信号同步模块10与设置在动态多星模拟器外壳处的第一输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外部输入的pps信号，并输出本地pps信号至扩频发射模块30；

卫星参数模拟模块20与设置在动态多星模拟器外壳处的第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收输入的终端位置和对应于不同卫星多个卫星轨道参数，并输出对应于不同卫星的多组多普勒动态信号和星地距离信号至扩频发射模块30；

扩频发射模块30与设置在动态多星模拟器外壳处的输出端口连接，用于接收本地pps信号以及多组多普勒动态信号和星地距离信号，并输出对应于每一卫星的多个下行信号。

其中，本地秒脉冲(Pulse Per Second，pps)信号同步模块是通过锁相环实现跟踪外部通过第一输入端口输入的pps信号，并输出与之同步的pps信号的。于本申请中，本地pps信号同步模块10所输出的pps信号即为多星模拟器的本地pps信号，用于使多星模拟器内建立一个统一的时间标准。通常而言，外部输入的pps信号多来自于全球定位系统(Global Positioning System，GPS)导航卫星，或北斗(BeiDou，BD)导航卫星的授时模块，而上述导航卫星的时钟通常作为协调世界时(Universal Time Coordinated，UTC，又称世界统一时间)，所以通过与上述pps信号同步的本地pps信号，可以实现多星模拟器与协调世界时的同步。

卫星参数模拟模块20则用于实现各个卫星动态信号的模拟，具体的，也即为对卫星的多普勒动态模拟以及星地距离模拟。于目前，已有成熟的多普勒动态模拟模块22以及星地距离模拟模块21实现上述卫星动态信号的模拟，所以容易知道的是，本申请中的卫星参数模拟模块20至少是上述多普勒动态模拟模块22以及星地距离模拟模块21的集合。但需要说明的是，本申请不限制于卫星参数模拟模块20仅为上述的集合，还可以包括其他模块，关于此部分的优选实施方式于后续的实施例中进行详细表述。

而对于扩频发射模块30，则是用于生成卫星的基带信号、并对不同卫星的基带信号根据相应的多普勒动态模拟结果和星地距离模拟结果进行相应的调制，以使输出的下行信号能够模拟出卫星在实际运行轨道中与地面观测点的星地距离，以及卫星的多普勒动态信息。更具体的，星地距离主要影响模拟出的卫星下行信号的延迟，多普勒动态模拟则是反映在下行信号的扩频和调制上。

需要进行说明的是，由于本申请所提供的卫星模拟器是针对多个卫星进行模拟的，所以通常来说，需要多个扩频发射模块30对不同卫星的下行信号进行模拟，扩频发射模块30的数量不小于进行模拟的卫星的数量，通过卫星参数模拟模块20发送的各个卫星的参数，实现对于多个卫星信号的模拟。如图1中所示，展示了一个完整的扩频发射模块30的内部结构及连接关系，还存在多个扩频发射模块30并未完全展示，通过虚线框以及扩频发射模块*N的字样表明图1中的多星模拟器共有N个扩频发射模块30。

在通过本申请所提供的多星模拟器实现对于多个卫星的动态信号模拟，其效果图如图2所示，假设每一卫星对应一个数据帧，ΔT_N(t)表示第N个卫星对应的星地距离产生的延迟，而虚线箭头反映的数据帧的延迟，则是由相应卫星的多普勒动态多导致的。这些卫星的下行信号由多星模拟器进行模拟，输出到终端，实现同一终端接收到的N个卫星的高动态信号这一场景的模拟，具体的信号示意图即如图2所示。

容易理解的是，一个完整的动态多星模拟器还应存在外壳、电源模块等用于实现一个正常的机械装置正常运转的硬件模块，由于此部分为本技术领域人员所熟知的，故在此不做赘述。

另外，上述的本地pps信号同步模块10、卫星参数模拟模块20和扩频发射模块30都可通过现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)来实现，优选在ZYNQ系列(一种可扩展处理平台)的FPGA硬件平台上开发。

相应的，为减少多星模拟器的占用面积，上述的模块集成在同一FPGA中。考虑到不同模块的功能不尽相同，可在FPGA中分成两部分实现，如图1中所示，诸如本地pps信号同步模块10和扩频发射模块30这类同步外部输入时钟、产生卫星的基带信号、以及对基带信号进行延时、扩频处理的着重于对基带信号进行处理的模块，可在FPGA中的PL端进行实现；而对于卫星参数模拟模块20这种通过对参数、数据进行计算以提供卫星的多普勒动态信号和星地距离信号的模块，可在FPGA中的另一部分PS端进行实现，以此实现卫星模拟器结构的分明，便于设计。而PL端和PS端之间，一种可能的实施方式为通过AXI总线进行连接，具体的，也即扩频发射模块30和卫星参数模拟模块20之间通过AXI总线连接。

AXI：Advanced eXtensible Interface，是一种面向高性能、高带宽、低延迟的片内总线的总线协议。

本申请所提供的一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，通过本地pps信号同步模块10追踪作为基准时间的pps信号输入，以为动态多星模拟器提供一个统一的时间标准，从而在通过扩频发射模块30对各个卫星的基带信号进行延迟和扩频调制以模拟卫星下行信号的星地距离和多普勒动态时，所有卫星都是建立在统一时间标准下的，从而满足针对同一地面观测点同时接收到来自多个不同卫星的高动态信号的模拟场景，可用于指导卫星星座通信系统的研制过程，填补了现有技术在这种应用场景下指导作用的不足。

进一步的，为清楚地说明本申请所提供的多星模拟器，本实施例提供一种扩频发射模块30可能的实施方式，如图1所示，扩频发射模块30包括：帧生成与编码模块31、延迟模块32、伪码数字振荡器33、伪码发生器34、载波数字振荡器35和正/余弦表上变频模块36；

帧生成与编码模块31与本地pps信号同步模块10和延迟模块32连接，用于接收本地pps信号，并生成基于相同时间标准的对应于不同卫星的数据帧，并对这些数据帧进行编码操作(例如RS编码、差分编码和卷积编码)，以生成对应于不同卫星的基带信号至延迟模块32。

RS编码：又称里所码，即Reed-solomon codes，是一种前向纠错的信道编码，对由校正过采样数据所产生的多项式有效。

延迟模块32与卫星参数模拟模块20和伪码发生器34连接，用于根据接收到的星地距离信号对对应卫星的基带信号进行星地距离模拟，也即对基带信号进行相应时间的延迟，并将延迟后的基带信号输出至伪码发生器34，以进行下一步多普勒动态的模拟。

伪码数字振荡器33(Numerically Controlled Oscillator，NCO)与卫星参数模拟模块20和伪码发生器34连接，用于接收卫星参数模拟模块20发送的多普勒动态模拟信号中的伪码数字振荡器控制字，并生成对应的伪码频率，以输出至伪码发生器34便于其进行对基带信号的扩频调制。

伪码发生器34与正/余弦表上变频模块36和卫星参数模拟模块20连接，用于接收伪码数字振荡器33输出的伪码频率和外部输入的伪码多项式及初始相位，并据此生成相应的伪码序列，对基带信号进行扩频调制，并将扩频调制后的基带信号发送至正/余弦表上变频模块36，以便于进行后续的上变频调制，完成整个多普勒动态的模拟过程。

载波数字振荡器35与卫星参数模拟模块20和正/余弦表上变频模块36连接，用于根据接收到的多普勒动态模拟信号中的载波数字振荡器控制字，产生对应的载波频率，并将其输出至正/余弦表上变频模块36，以便于后续基带信号的上变频调制。

正/余弦表上变频模块36与输出端口连接，其中保存着正弦表和余弦表，通过接收到的载波频率可以从正弦表和余弦表中映射出对应的正弦信号和余弦信号，用于对扩频调制后的基带信号进行进一步的上变频调制，从而完成对于卫星多普勒动态的模拟，可作为相应卫星的下行信号进行输出。

容易知道的是，上述的包括多普勒动态信号、星地距离信号、以及伪码多项式及相位等在内的信号和参数，皆与卫星存在一一对应的关系，其目的就是为了实现对应卫星下行信号的模拟。

进一步的，上述实施例所提供的扩频发射模块30进一步的还可以包括：设置在正/余弦表上变频模块36与输出端口之间的数字模拟转换器37，用于将接收到的已经延迟、扩频、上变频调制后的基带信号，从数字信号的形式转换成模拟射频信号的形式进行输出，以更好地适应对于卫星下行信号进行接收和处理的设备的通信需求。

同样的，为消除在基带信号的调制过程中的码间干扰，并压缩传输带宽，本实施例还提供一种优选的实施方案，上述的扩频发射模块30还包括设置在伪码发生器34和正/余弦表上变频模块36之间的成型滤波器38。

本实施例提供扩频发射模块30的一种可能的实施方式，以实现动态多星模拟器中对于卫星信号的模拟的需求。同时，在此基础上还提供的添加数字模拟转换器37和成型滤波器38的优选方案，使得上述的扩频发射模块30输出的卫星下行信号更能满足分析设备的通信需求，为卫星星座通信系统的研制提供更好的指导作用，也通过成型滤波器38对卫星基带信号进行码间干扰的消除、以及传输带宽的压缩，使最后模拟得到的卫星下行信号误差更小，其所能提供的指导作用也就更好，更有利于卫星星座通信系统的研制。

由上述实施例可知，本申请中的卫星参数模拟模块20至少包括星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22，以分别实现对于卫星多普勒动态的模拟和星地距离的模拟。

在一种可能的实施方式中，卫星参数模拟模块20结构最简，包括：星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22，此时卫星参数模拟模块20接收到的卫星轨道参数为外推轨道参数，也即卫星在预测中，未来一定时间的轨道参数。

星地距离模拟模块21与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，终端位置也即上述的地面观测点的位置，并根据终端位置和卫星外推轨道参数计算出卫星的星地距离，将其作为星地距离信号输出至扩频发射模块30以供其进行星地距离模拟。

多普勒动态模拟模块22则与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并据上述信息确定对应卫星的多普勒动态信号，输出至扩频发射模块30以进行对应卫星的多普勒动态模拟。

需要说明的是，上述的终端位置是通过第二输入端口由外部设备输入到多星模拟器中的，以实现灵活模拟不同终端位置同时接收到的多个卫星信号的场景。但本实施例并未对接收外推轨道参数的形式作出限制，可是由外部通过与卫星参数模拟模块20连接的第二输入端口输入的，也可以是通过预先保存在多星模拟器的存储介质中，在需要时进行读取的，本实施例对此不做限制。但是综合考虑到同一卫星对于相同的初始轨道参数，在不同时刻对未来卫星轨道参数的预测也不尽相同，所以在本实施例所提供的卫星参数模拟模块20结构下，一般选择通过第二输入端口接收由外部输入的外推轨道参数。

同样的，本实施例还提供另一种卫星参数模拟模块20的可能的实施方案，包括：轨道外推计算模块23、星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22。

轨道外推计算模块23与第二输入端口、星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22连接，用于接收初始轨道参数，并根据内置的轨道外推模型预测之后一段时间内的卫星轨道参数，也即外推轨道参数，最后输出外推轨道参数至星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22，以便于进行卫星相应的多普勒动态模拟和星地距离模拟。

星地距离模拟模块21还与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并据此计算出终端位置和卫星之间的星地距离，输出相应的星地距离信号至扩频发射模块30，以便于延迟模块32进行星地距离模拟。

多普勒动态模拟模块22还与第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，并据此计算出卫星的多普勒动态，具体也就是计算出相应的伪码数字振荡器控制字和载波数字振荡器控制字，最后作为多普勒动态信号输出至扩频发射模块30，以便于其进行卫星多普勒动态的模拟。

对于本实施例所提供的这种实施方案，卫星参数模拟模块20中包括轨道外推计算模块23，可以根据卫星的初始轨道参数计算出卫星在之后一段时间内的外推轨道参数，以满足星地距离模拟需求和多普勒动态模拟需求，所以此时卫星参数模拟模块20仅需获得卫星的初始轨道参数和终端位置即可实现功能。又由上述可知，终端位置一般通过第二输入端口由外部进行输入，而对于初始轨道参数并未作明确限制，考虑到在进行卫星动态信号模拟过程中，一个卫星的初始轨道参数通常不做变化，星地距离和多普勒动态与该卫星此时的轨道参数有关，所以像初始轨道参数这种不常出现改动的参数可以保存在存储介质中，当需要进行相应的卫星动态模拟时，从存储介质中读取相应的初始轨道参数，送往轨道外推计算模块23进行计算即可。

所以，本实施例提供一种优选的实施方案，上述的多星模拟器还包括：与第二输入端口和轨道外推计算模块23连接的只读存储器(Read-Only Memory，ROM)40，用于存储初始轨道参数。

通过设置ROM40的方式实现初始轨道参数的存储，避免对于初始轨道参数这种不常发生变化的参数也需要在每次进行外推轨道计算时都通过外部进行输入，节省人力物力的同时也提高了卫星动态信号模拟的效率。同时，使用ROM40作为初始轨道参数的存储介质，是利用了初始轨道参数在卫星模拟过程中不常出现改变的特性，选取存储数据更稳定的ROM40进行存储，即使出现断电数据也不会丢失，贴合于多星模拟器的特点，更满足实际工程需要。

容易理解的是，上述的轨道外推计算模块23、星地距离模拟模块21和多普勒动态模拟模块22都是基于内置的计算模型或程序实现对应的功能，基于硬件的实现可以使用任意支持上述计算过程的数据处理器件，例如：FPGA、中央处理器(central processingunit，CPU)、单片机等。以及ROM40中应存储需要进行动态信号模拟的对应于不同卫星的多组初始轨道参数。

另外，本实施例还提供另一种优选方案，上述的卫星参数模拟模块20还包括：卫星可见性计算模块24；

卫星可见性计算模块24与轨道外推计算模块23、第二输入端口和扩频发射模块30连接，用于接收外推轨道参数和终端位置，以此计算出对应卫星对于地面观测点是否可见，并输出相应的使能信号至扩频发射模块30。

容易理解的是，卫星相对于地面观测点是否可见，也即是当前位置的终端是否能接收到该卫星的高动态信号，若判断为不可见，则说明终端接收不到该卫星的信号，也就无需进行动态信号模拟。所以输出相应的使能信号控制扩频发射模块30是否对当前卫星进行信号模拟。

需要进行说明的是，使能信号存在多个，与卫星一一对应，也与扩频发射模块30一一对应，每个使能信号仅能控制对应的扩频发射模块30工作与否，对其他扩频发射模块30不产生影响。也即每个使能信号用于控制相应卫星的下行信号是否进行模拟，不可见的卫星不会被终端接收到信号，也就无需进行信号模拟。

另外，为保证数据的安全性，本实施例还提供一种优选的实施方案，上述的卫星参数模拟模块20还包括：数据帧识别与校验模块25；

轨道外推计算模块23、星地距离模拟模块21、多普勒动态模拟模块22和卫星可见性计算模块24通过数据帧识别与校验模块25与第二输入端口连接，用于接收外部输入的数据帧，并对其进行识别与校验，输出终端位置、伪码多项式和初始相位。

在另一种可能的实施方案中，将识别、校验通过的数据帧分解成输出终端位置、伪码多项式和初始相位的工作由另一硬件完成，例如图1中的参数提取模块，此时数据帧识别与校验模块25仅用于对第二输入端口输入的数据帧进行识别和校验，通过的数据帧发往参数提取模块进行上述信息的提取。

本实施例所提供的优选实施方案，可用于实现对于卫星参数的确定，使得可通过扩频发射模块30实现对于多个卫星动态信号的模拟，满足在同一地面观测点同时接收到多个卫星的高动态信号的模拟需求，填补了在卫星星座通信系统研制指导中的空白，更有利于卫星星座通信系统的研发。同时，还通过添加有轨道外推计算模块23实现外推轨道参数的计算，在此基础上再通过ROM40保存各个卫星的初始轨道参数，使得每次需要进行外推轨道计算时，直接从ROM40中调取即可，无需每次都由外部输入。又通过数据帧识别与校验模块25对外部发送的数据帧形式的数据进行识别和校验，将识别到的且校验通过的终端位置等信息发送到后续的模块中，提高多星模拟器的数据安全性。

以上对本实用新型所提供的一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于低轨卫星星座通信的动态多星模拟器，其特征在于，包括：

本地pps信号同步模块(10)、卫星参数模拟模块(20)和扩频发射模块(30)；

所述本地pps信号同步模块(10)与设置在所述动态多星模拟器外壳处的第一输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收外部输入的pps信号，并输出本地pps信号至所述扩频发射模块(30)；

所述卫星参数模拟模块(20)与设置在所述动态多星模拟器外壳处的第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收输入的终端位置和对应于不同卫星多个卫星轨道参数，并输出对应于不同卫星的多组多普勒动态信号和星地距离信号至所述扩频发射模块(30)；

所述扩频发射模块(30)与设置在所述动态多星模拟器外壳处的输出端口连接，用于接收所述本地pps信号以及多组所述多普勒动态信号和所述星地距离信号，并输出对应于每一卫星的多个下行信号。

2.根据权利要求1所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述多普勒动态信号包括伪码数字振荡器控制字和载波数字振荡器控制字；

所述扩频发射模块(30)包括：帧生成与编码模块(31)、延迟模块(32)、伪码数字振荡器(33)、伪码发生器(34)、载波数字振荡器(35)和正/余弦表上变频模块(36)；

所述帧生成与编码模块(31)与所述本地pps信号同步模块(10)和所述延迟模块(32)连接，用于接收所述本地pps信号，并输出基带信号至所述延迟模块(32)；

所述延迟模块(32)与所述卫星参数模拟模块(20)和所述伪码发生器(34)连接，用于接收所述基带信号和所述星地距离信号，并输出延迟后的所述基带信号至所述伪码发生器(34)；

所述伪码数字振荡器(33)与所述卫星参数模拟模块(20)和所述伪码发生器(34)连接，用于接收所述伪码数字振荡器控制字，并输出伪码频率至所述伪码发生器(34)；

所述伪码发生器(34)与所述正/余弦表上变频模块(36)和所述卫星参数模拟模块(20)连接，用于接收所述伪码频率、伪码多项式和初始相位，输出扩频调制后的所述基带信号至所述正/余弦表上变频模块(36)；

所述载波数字振荡器(35)与所述卫星参数模拟模块(20)和所述正/余弦表上变频模块(36)连接，用于接收所述载波数字振荡器控制字，并输出载波频率至所述正/余弦表上变频模块(36)；

所述正/余弦表上变频模块(36)与所述输出端口连接，用于接收所述载波频率和扩频调制后的所述基带信号，并输出卫星的下行信号。

3.根据权利要求2所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述扩频发射模块(30)还包括设置在正/余弦表上变频模块(36)与所述输出端口之间的数字模拟转换器(37)，用于接收所述基带信号并输出模拟射频信号。

4.根据权利要求2所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述扩频发射模块(30)还包括设置在所述伪码发生器(34)和所述正/余弦表上变频模块(36)之间的成型滤波器(38)。

5.根据权利要求2所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述卫星轨道参数为外推轨道参数，所述卫星参数模拟模块(20)包括：星地距离模拟模块(21)和多普勒动态模拟模块(22)；

所述星地距离模拟模块(21)与所述第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收所述外推轨道参数和所述终端位置，并输出所述星地距离信号至所述扩频发射模块(30)；

所述多普勒动态模拟模块(22)与所述第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收所述外推轨道参数和所述终端位置，并输出所述多普勒动态信号至所述扩频发射模块(30)。

6.根据权利要求2所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述卫星轨道参数为初始轨道参数，所述卫星参数模拟模块(20)包括：轨道外推计算模块(23)、星地距离模拟模块(21)和多普勒动态模拟模块(22)；

所述轨道外推计算模块(23)与所述第二输入端口、所述星地距离模拟模块(21)和所述多普勒动态模拟模块(22)连接，用于接收所述初始轨道参数，并输出外推轨道参数至所述星地距离模拟模块(21)和所述多普勒动态模拟模块(22)；

所述星地距离模拟模块(21)与所述第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收所述外推轨道参数和所述终端位置，并输出所述星地距离信号至所述扩频发射模块(30)；

所述多普勒动态模拟模块(22)与所述第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收所述外推轨道参数和所述终端位置，并输出所述多普勒动态信号至所述扩频发射模块(30)。

7.根据权利要求6所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述卫星参数模拟模块(20)还包括：卫星可见性计算模块(24)；

所述卫星可见性计算模块(24)与所述轨道外推计算模块(23)、所述第二输入端口和所述扩频发射模块(30)连接，用于接收所述外推轨道参数和所述终端位置，并输出使能信号至所述扩频发射模块(30)。

8.根据权利要求7所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述卫星参数模拟模块(20)还包括：数据帧识别与校验模块(25)；

所述轨道外推计算模块(23)、所述星地距离模拟模块(21)、所述多普勒动态模拟模块(22)和所述卫星可见性计算模块(24)通过所述数据帧识别与校验模块(25)与所述第二输入端口连接，用于接收外部输入的数据帧，并输出所述终端位置、所述伪码多项式和所述初始相位。

9.根据权利要求6所述的动态多星模拟器，其特征在于，还包括与所述第二输入端口和所述轨道外推计算模块(23)连接的ROM(40)，用于存储所述初始轨道参数。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的动态多星模拟器，其特征在于，所述本地pps信号同步模块(10)、所述卫星参数模拟模块(20)和所述扩频发射模块(30)集成在同一FPGA中，且所述卫星参数模拟模块(20)和所述扩频发射模块(30)之间通过AXI总线进行连接。