全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法技术方案

一种全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其步骤为：S1：通过地面站模拟与在轨卫星具有相同功能的卫星，作为物理虚星，物理虚星与在轨卫星之间的测量与通信链路构成物理星间链路；通过仿真模拟其它未在轨的卫星，作为仿真虚星，仿真虚星之间的测量与通信链路构成虚拟星间链路；S2：将虚拟星间链路和物理星间链路集成，组成整网运行的虚实结合的星间链路网络；S3：利用虚实结合的星间链路网络进行星间组网试验，完成对GNSS星间链路组网功能和性能的验证。本发明专利技术具有能够降低系统的建设风险、减少试验成本、达到试验验证效果等优点。

【技术实现步骤摘要】
全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法
本专利技术主要涉及卫星导航及其应用领域，特指一种全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法。
技术介绍
星间链路(Inter-SatelliteLink，ISL)即连接卫星之间的通信与测量链路，主要由无线电发射和接收等设备组成。导航卫星星间链路用于导航卫星之间的双向测距和特定数据交换，能够有效解决GNSS系统布站受限问题，并提高GNSS系统的可靠性、抗毁灭性，从而增强系统的生存能力。全球主要卫星导航系统提供商美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧洲的Galileo和中国的北斗卫星导航系统都在积极发展星间链路系统，并将其作为卫星导航系统发展的技术制高点。目前，全球卫星导航地面试验系统主要有YUMA、GNST、GSTB、GATE、GSVF和国内最新提出的卫星导航地面试验验证的平行系统等。但这些地面试验系统主要面向卫星导航系统的导航业务，很少涉及星间链路的验证问题。这使得在全球各大卫星导航系统争相发展星间链路技术的建设阶段，研究星间链路地面试验验证方法及平台具有重大意义。GNSS星间链路涉及多项关键技术，属于卫星导航系统前沿技术，其理论基础和核心关键技术需要进一步攻关，迭代论证；因此，具备星间链路的GNSS系统建设是一个长周期、高风险、高成本的过程；尤其在建设初期(或在试验星阶段)，卫星数量达不到GNSS卫星组网数量要求，不利于开展星间链路整网模式下关键技术的功能及性能等关键指标试验验证。在星间链路建设部署阶段，开展星间链路地面试验，获取关键试验数据，测试星间链路软硬件平台、验证星间链路关键技术是星间链路建设的重中之重。为提高试验的覆盖性并达到试验目的，GNSS地面试验系统必须构建一个由空间段、地面段和用户段组成的整网闭环试验环境。由于在试验阶段，地面段和用户段的建设过程也存在滞后性，不能够保证GNSS组网节点数的要求。因此，地面试验系统既需要纳入现有的试验星、地面站和用户资源，同时也需要通过虚拟技术实现对未建设的卫星、地面站和星间链路特殊用户资源的仿真和模拟，构造一个虚实结合的星间链路组网地面试验验证系统。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提供一种能够降低系统的建设风险、减少试验成本、达到试验验证效果的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其步骤为：S1：通过地面站模拟与在轨卫星具有相同功能的卫星，作为物理虚星，物理虚星与在轨卫星之间的测量与通信链路构成物理星间链路；通过仿真模拟其它未在轨的卫星，作为仿真虚星，仿真虚星之间的测量与通信链路构成虚拟星间链路；S2：将虚拟星间链路和物理星间链路集成，组成整网运行的虚实结合的星间链路网络；S3：利用虚实结合的星间链路网络进行星间组网试验，完成对GNSS星间链路组网功能和性能的验证。作为本专利技术的进一步改进：所述星间组网试验包括组网通信路由策略、工作体制、通信协议、星间双向测量、自主导航、星间/星地联合定轨与时间同步。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S1的具体流程为：S101：根据实际在轨卫星轨道和地面站布局，计算地面站与在轨卫星的可见性，确定试验时间区间；S102：根据实际在轨卫星及GNSS星座设计方案生成所有卫星试验时间区间内的轨道和钟差数据；S103：根据实际在轨卫星与未在轨卫星的可见关系和星间路由策略，建立星间链路建链规划表与路由表；S104：根据步骤S103形成的星间链路建链规划表与路由表，将与实际在轨卫星建链的未在轨卫星分配给地面站，形成物理虚星网；未与实际在轨卫星建链的卫星自动构成仿真虚星网。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S2中，将步骤S104形成的物理虚星网和仿真虚星网通过天地一体、软硬协同技术进行集成，形成虚实结合的星间链路网。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S4中，利用步骤S2形成星间链路网，进行星间链路整网通信性能评估、星间/星地双向测量精度分析、卫星自主导航性能评估、星地联合定轨与时间同步精度评估试验，测试星间链路通信与测量功能及性能；最终，综合各次试验结果，对GNSS星间链路关键技术指标进行评估。作为本专利技术的进一步改进：所述星间组网试验的具体步骤为：S10：根据GNSS星间链路所有的组网研制功能需求，对照有限功能形成试验用例，并量化试验用例，得到有限状态集合；S20：取得Fs集合的子序列，设置GNSS系统初始状态，然后向系统输入；S30：接收GNSS系统的输出，验证系统的变迁过程以及确认新状态；S40：按照试验任务指标，测试星间链路功能及性能；S50：重复步骤S20到步骤S40，试验验证所有的GNSS星间链路功能项，直到所有功能用例都试验完成。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S3中，先构建链路组网虚实结合地面试验验证系统；其中，试验星、地面站承担的物理虚星以及全球卫星导航系统仿真软件构建的仿真虚星共同构造一个完整的GNSS星座，并与其它地面站和特殊用户构建一个GNSS整网闭环运行环境；还包括：时间同步设备，用来在开展试验时，保证各GNSS子系统的时间一致；监控设备和控制中心，采用集中式管理技术实现对整个GNSS系统的控制和监测；分析和存储设备，用来完成对星间链路试验要素和试验指标的统计分析，并对试验数据以及试验结果进行保存。作为本专利技术的进一步改进：所述步骤S3中，构建GNSS星间链路仿真测试与分析评估系统，所述GNSS星间链路仿真测试与分析评估系统包括试验任务管理与可视化子系统、网络数据分析与存储子系统、星间链路数学仿真子系统、星间链路网络协议仿真子系统、星间链路网络协议栈子系统、试验卫星数据交互子系统、时间基准与同步子系统这七个子系统。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，能够降低系统的建设风险，减少试验成本，是一种有效的GNSS星间链路组网地面试验验证方法；本专利技术主要是为解决全球卫星导航系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS)建设阶段卫星数量达不到整网运行需求时开展星间链路组网功能及性能试验等系列问题，为卫星导航系统阶梯式组网建设提供试验手段。2、本专利技术的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，通过实物试验技术与仿真试验技术相结合的方法构建一个整网的运行环境，复现整个GNSS星间链路处理流程，完成对GNSS星间链路组网关键技术的功能及性能的试验验证。3、本专利技术的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，在GNSS星间链路论证阶段不仅可以充分测试在轨试验卫星的功能和性能，同时也充分挖掘了系统不全时地面试验的验证能力，能够在试验阶段及时发现星间链路的设计缺陷，为及时改进或优化星间链路方案提供试验依据。附图说明图1是本专利技术方法的总体流程示意图。图2是GNSS星间链路组网虚实结合试验实现示意图。图3是本专利技术在具体应用实例中GNSS星间链路组网虚实结合试验方法的流程示意图。图4是本专利技术在具体应用实例中GNSS星间链路组网虚实结合试验实现示意图。图5是本专利技术在具体应用实例中GNSS星间链路组网虚实结合地面试验验证系统示意图。图6是本专利技术在具体应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，步骤为：S1：通过地面站模拟与在轨卫星具有相同功能的卫星，作为物理虚星，物理虚星与在轨卫星之间的测量与通信链路构成物理星间链路；通过仿真模拟其它未在轨的卫星，作为仿真虚星，仿真虚星之间的测量与通信链路构成虚拟星间链路；S2：将虚拟星间链路和物理星间链路集成，组成整网运行的虚实结合的星间链路网络；S3：利用虚实结合的星间链路网络进行星间组网试验，完成对GNSS星间链路组网功能和性能的验证。

【技术特征摘要】
1.一种全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，步骤为：S1：通过地面站模拟与在轨卫星具有相同功能的卫星，作为物理虚星，物理虚星与在轨卫星之间的测量与通信链路构成物理星间链路；通过仿真模拟其它未在轨的卫星，作为仿真虚星，仿真虚星之间的测量与通信链路构成虚拟星间链路；S2：将虚拟星间链路和物理星间链路集成，组成整网运行的虚实结合的星间链路网络；S3：利用虚实结合的星间链路网络进行星间组网试验，完成对GNSS星间链路组网功能和性能的验证。2.根据权利要求1所述的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，所述星间组网试验包括组网通信路由策略、工作体制、通信协议、星间双向测量、自主导航、星间/星地联合定轨与时间同步。3.根据权利要求1或2所述的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，所述步骤S1的具体流程为：S101：根据实际在轨卫星轨道和地面站布局，计算地面站与在轨卫星的可见性，确定试验时间区间；S102：根据实际在轨卫星及GNSS星座设计方案生成所有卫星试验时间区间内的轨道和钟差数据；S103：根据实际在轨卫星与未在轨卫星的可见关系和星间路由策略，建立星间链路建链规划表与路由表；S104：根据步骤S103形成的星间链路建链规划表与路由表，将与实际在轨卫星建链的未在轨卫星分配给地面站，形成物理虚星网；未与实际在轨卫星建链的卫星自动构成仿真虚星网。4.根据权利要求3所述的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，所述步骤S2中，将步骤S104形成的物理虚星网和仿真虚星网通过天地一体、软硬协同技术进行集成，形成虚实结合的星间链路网。5.根据权利要求3所述的全球卫星导航系统星间链路虚实结合试验验证方法，其特征在于，所述步骤S4中，利用步骤S2形成星间链路网，进行星间链路整网通信性能评估、星间/星地双向测量精度分析、卫星...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨俊，黄文德，郭熙业，冯旭哲，陈建云，周永彬，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43