基于轨道驱动的深空信道模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法及装置，其中方法包括以下步骤：根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定影响信号传输的主要因素，其中，主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频移、太阳闪烁、天线指向误差损耗和天线极化误差损耗中的一项或多项；根据任务轨道的实时特性得到通信链路参数，并进行硬件模拟，以根据实时轨道数据得到链路损耗，并获取接收机接收信号功率实时变化曲线，得到对硬件配置信号功率、噪声功率、信道参数。该方法可以同时可通过示波器和频谱仪观察信号的变化，从而在地面实现对深空通信链路的准确评估。

【技术实现步骤摘要】
基于轨道驱动的深空信道模拟方法及装置
本专利技术涉及深空信道模拟
，特别涉及一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法及装置。
技术介绍
随着航天事业的蓬勃发展和探月任务的成功，人类已经将目光放在了更遥远的宇宙星体上，针对复杂的宇宙环境，为保证通信信号的可靠传输，需要对深空信道建立可靠的模型，模拟探测器执行任务过程中通信信号的变化。深空探测任务在通信上具有通信距离远、通信环境恶劣、链路间歇中断等难点。通信距离远导致信号严重衰减，接收信号信噪比极低，同时导致信号传输经历较长的时延，无法实现实时控制；宇宙射线、月球、太阳等星体的影响造成了通信环境恶劣，其中当太阳位于地球与探测器的空间位置之间时，会对通信链路产生较大的影响；又由于星体的自转、公转、探测器绕轨飞行等因素，通信链路会产生间歇性中断，需要预估链路的可见时间进行信号传输。目前对深空信道的模拟有软件仿真与硬件实现，但两者均是相互独立的，软件仿真侧重链路参数计算，而硬件仿真则侧重信号变化，没有体现具体探测任务的轨道参数以及信道的实时变化。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法，该方法可以在地面实现对深空通信链路的准确评估。本专利技术的另一个目的在于提出一种基于轨道驱动的深空信道模拟装置。为达到上述目的，本专利技术一方面实施例提出了一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法，包括以下步骤：根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定影响信号传输的主要因素，其中，所述主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频移、太阳闪烁、天线指向误差损耗和天线极化误差损耗中的一项或多项；根据任务轨道的实时特性得到通信链路参数，并进行硬件模拟，以根据实时轨道数据得到链路损耗，并获取接收机接收信号功率实时变化曲线，得到对硬件配置信号功率、噪声功率、信道参数。本专利技术实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟方法，可以通过软件平台调用轨道仿真软件接口自定义航天任务，设置任务场景、航天器、地面站等参数，然后在动态显示模块开始仿真，观察随着仿真时间变化的链路参数、航天器三维动画以及接收机接收电平的变化曲线，同时可通过示波器和频谱仪观察信号的变化，从而在地面实现对深空通信链路的准确评估。另外，根据本专利技术上述实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，其中，所述自由空间损耗的计算公式为：Lf＝20lgF+20lgD+32.45(dB)，其中，F为信号频率，单位MHz，D为通信距离，单位km；所述天线指向误差损耗的计算公式为：其中，θ为天线指向偏离角，单位deg，Dia为天线直径，单位m，c为光速，单位m/s。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，其中，所述链路总损耗为：L＝Lf+Lpe+LR(dB)，其中，星际空间链路的损耗主要有自由空间损耗Lf、天线指向误差损耗Lpe，近地空间链路损耗为LR。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，上述方法还包括：根据发射信号功率、发射天线增益、接收天线增益和链路总损耗得到接收信号电平。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述接收信号电平的计算公式为：Pr＝Pt+Gt+Gr-L(dB)，其中，Pt为发射信号功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，L为链路总损耗。为达到上述目的，本专利技术另一方面实施例提出了一种基于轨道驱动的深空信道模拟装置，包括：建模模块，用于根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定模块，用于确定影响信号传输的主要因素，其中，所述主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频移、太阳闪烁、天线指向误差损耗和天线极化误差损耗中的一项或多项；处理模块，用于根据任务轨道的实时特性得到通信链路参数，并进行硬件模拟，以根据实时轨道数据得到链路损耗，并获取接收机接收信号功率实时变化曲线，得到对硬件配置信号功率、噪声功率、信道参数。本专利技术实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟装置，可以通过软件平台调用轨道仿真软件接口自定义航天任务，设置任务场景、航天器、地面站等参数，然后在动态显示模块开始仿真，观察随着仿真时间变化的链路参数、航天器三维动画以及接收机接收电平的变化曲线，同时可通过示波器和频谱仪观察信号的变化，从而在地面实现对深空通信链路的准确评估。另外，根据本专利技术上述实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，上述装置还包括：参数配置模块，用于进行场景设置、环绕器参数设置、地面站参数设置、着陆器参数设置；轨道计算软件模块，用于将用户设置的参数传递到轨道计算软件中，并返回轨道计算软件计算得到的链路参数；链路计算模块，用于计算链路各项损耗以及接收信号电平；动态显示模块，用于显示在时间尺度下的探测器轨道运动的三维动画、计算得到的链路参数以及轨道计算软件返回的链路参数、接收机接收信号电平随仿真时间的变化情况；硬件交互模块，用于与硬件板卡进行通信，配置FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程逻辑门阵列)中的寄存器，从而控制硬件仿真部分的动态参数。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，上述装置还包括：驱动接口模块，用于实现与软件的交互，读取软件配置到指定寄存器中的数据；下变频模块，用于将X频段的信号变换为中频信号，并进行带通滤波和ADC(Analog-to-DigitalConverter，模/数转换器)采样，转换为基带数字信号；延时模块，用于模拟信道的长延时特性，将下变频得到的所述基带数字信号根据软件配置的时延进行存储；莱斯信道模块，用于模拟太阳闪烁对信号的影响，并由软件配置莱斯因子数值；多普勒频移模块，用于模拟信号的多普勒特性，并由软件配置多普勒频偏、多普勒频偏范围，多普勒扫频模式、扫频速率、扫频范围参数；高斯噪声模块，用于模拟链路损耗对信号的影响，链路损耗包括自由空间损耗、近地空间损耗、天线指向误差损耗，并由软件配置；上变频模块，用于将所述基带数字信号进行DAC(Digitaltoanalogconverter，数字模拟转换器)变换为中频信号，经过带通滤波后进行上变频转换为所述X频段信号。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟方法的流程图；图2为根据本专利技术一个实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟装置的结构示意图；图3为根据本专利技术一个具体实施例的基于轨道驱动的深空信道模拟装置的功能示意图；图4为根据本专利技术一个实施例的参数配置模块实现流程；图5为根据本专利技术一个实施例的参数配置模块与动态显示模块的实现框架；图6为根据本专利技术一个实施例的硬件交互模块手动模式界面；图7为根据本专利技术一个实施例的X波段闪烁指数m与SEP角的关系；图8为根据本专利技术一个实施例的莱斯信道硬件实现流程图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定影响信号传输的主要因素，其中，所述主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频移、太阳闪烁、天线指向误差损耗和天线极化误差损耗中的一项或多项；以及根据任务轨道的实时特性得到通信链路参数，并进行硬件模拟，以根据实时轨道数据得到链路损耗，并获取接收机接收信号功率实时变化曲线，得到对硬件配置信号功率、噪声功率、信道参数。

【技术特征摘要】
1.一种基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定影响信号传输的主要因素，其中，所述主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频移、太阳闪烁、天线指向误差损耗和天线极化误差损耗中的一项或多项；以及根据任务轨道的实时特性得到通信链路参数，并进行硬件模拟，以根据实时轨道数据得到链路损耗，并获取接收机接收信号功率实时变化曲线，得到对硬件配置信号功率、噪声功率、信道参数。2.根据权利要求1所述的基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，其中，所述自由空间损耗的计算公式为：Lf＝20lgF+20lgD+32.45(dB)，其中，F为信号频率，单位MHz，D为通信距离，单位km；所述天线指向误差损耗的计算公式为：其中，θ为天线指向偏离角，单位deg，Dia为天线直径，单位m，c为光速，单位m/s。3.根据权利要求2所述的基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，其中，所述链路总损耗为：L＝Lf+Lpe+LR(dB)，其中，星际空间链路的损耗主要有自由空间损耗Lf、天线指向误差损耗Lpe,近地空间链路损耗为LR。4.根据权利要求3所述的基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，还包括：根据发射信号功率、发射天线增益、接收天线增益和链路总损耗得到接收信号电平。5.根据权利要求4所述的基于轨道驱动的深空信道模拟方法，其特征在于，所述接收信号电平的计算公式为：Pr＝Pt+Gt+Gr-L(dB)，其中，Pt为发射信号功率，Gt为发射天线增益，Gr为接收天线增益，L为链路总损耗。6.一种基于轨道驱动的深空信道模拟装置，其特征在于，包括：建模模块，用于根据深空链路的特性建立深空信道模型；确定模块，用于确定影响信号传输的主要因素，其中，所述主要因素包括近地空间损耗、自由空间损耗、多普勒频...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹亚锋，熊霞，潘筱涵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11