一种多星地面组网远程对接测试系统技术方案

本发明专利技术提供了一种多星地面组网远程对接测试系统，属于航天任务大型地面试验领域。该系统包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，两者之间传输的射频信号延时为固定延迟T；空间信道模拟器，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1‑T，将所收到的射频信号延时之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。

【技术实现步骤摘要】
一种多星地面组网远程对接测试系统
本专利技术一种多星地面组网远程对接测试系统，适用于北斗三号系统星间链路地面试验，以及其他航天任务大型地面试验，属于卫星导航测试

技术介绍
随着中国北斗卫星导航系统的建设，逐步从服务亚太地区的北斗二号区域导航系统发展成为服务全球的北斗三号全球导航系统，其最大的变化就是引入星间链路技术，将多颗卫星互联在一起，实现卫星之间的信息传输和交换，其功能主要是让星与星之间实现了通信、测距，进而提升导航系统的自主可控能力。通过星间链路，将实现北斗卫星全球系统自主导航。提供测定轨道和授时精度，并减少对地面布站的依赖，有效降低系统的运行管理成本，极大提高战时系统抗摧毁能力。由于卫星发射成本高昂，社会影响大，为了确保北斗型号任务万无一失，在卫星发射前需要开展大量地面试验，全部试验开销可以达到型号总经费的一半左右，地面试验在北斗型号任务中的地位举足轻重。两家卫星总体单位航天五院和上海微小卫星创新研究院研制的北斗卫星技术状态存在差异，需要两种技术状态的真实卫星互联互通开展星间链路试验，才能充分验证星间链路网络层协议的匹配性；需要多个卫星节点组网构成一定规模的星座，与星间链路管理系统、运行控制系统、测控系统等地面测控设备进行实时信号信息交互，才能充分验证系统间接口及信息处理流程的匹配性和协调性和自主导航等功能的可行性。传统的单星单链路地面综合对接试验，两家卫星总体单位分别研制代表各自真实卫星部分单机技术状态的卫星模拟器，搬移到对方卫星厂房开展针对特定功能的对接试验。单独研制卫星模拟器成本高，只能实现部分真实卫星功能，可验证项目有限；卫星模拟器与真实卫星的技术状态存在差异，对接试验的真实性有限；由于总经费有限，卫星厂房面积有限，不宜研制生产多套卫星模拟器和大量地面测试设备放置在卫星厂房与待测真实卫星开展多星组网对接试验。因此，传统的单星单链路地面综合对接试验只能完成星间链路接口匹配性验证和链路层验证；不能实现网络层协议层验证。传统的单星单链路地面综合对接试验无法完成上述验证任务，必须开展有两家卫星厂房中真实卫星参加的多星多链路综合对接试验。然而北斗系统的两家卫星总体单位航天五院、上海微小卫星创新研究院分别位于北京和上海，将卫星总装厂房的待测卫星及大量配套保障设备在发射前进行上千公里的搬移开展综合对接试验并不现实，需要解决射频信号远距离(上千公里)传输才能实现多星多链路异地综合对接试验。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：提出一种多星地面组网远程对接测试系统，解决北斗三号系统星间链路地面试验问题。本专利技术的技术解决方案是：一种多星地面组网远程对接测试系统，该系统包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，L≥1，K≥1，J≥1，其中：K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的其他设备发送的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1-T，将所收到的射频信号延时T1-T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。所述的待测卫星、卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括基准时钟信号和秒脉冲信号。基准时频信号同步方法为：所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备使用同一个原子钟分频得到同步的基准时钟信号和秒脉冲信号；待测卫星采用与地面测试设备相同规格的原子钟分频得到时钟信号得到基准时钟信号，该采样信号与地面测试设备同频；待测卫星输出本地秒脉冲信号，并通过有线通信传输至地面测试设备，地面测试设备测量待测卫星输出秒脉冲信号与本地秒脉冲信号的钟差，根据该钟差信息，生成调钟指令，将调钟指令通过L频段上行注入链路发送给待测卫星，待测卫星据此调整秒脉冲信号，实现待测卫星与卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备的秒脉冲信号同步。所述待测卫星通过如下方法与空间信道模拟器通信，实现固定延时T，具体包括发送端的步骤和接收端的步骤：发送端的步骤如下：(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方法组成串行数据，并将其发送至接收端；接收端的解析接收到的串行数据，得到N个通道数据包，并根据通道号，将同一通道数据包存储至接收缓冲区中，之后，接收端对每个通道的通道数据包执行如下步骤：(4)、解析通道数据包，得到包序号，根据包序号，对接收缓冲区中的通道数据包先进行乱序重排处理再进行丢包填充，得到无丢包乱序的连续数据包，并将其存储至输出缓冲区；(5)、轮询输出缓冲区中的通道数据包，解析出时间戳信息和量化位数，以通道数据包中的时间戳表示的时间为基准，延迟固定时间T，根据量化位数提取相应的通道数字信号，对其依次进行插值、低通滤波、数/模转换和上变频处理，恢复出传输的射频信号。所述固定时间T大于串行数据从发送端到接收端的最大传输时间。所述发送端和接收端通过光纤或者商用数据线通信。步骤(4)中的乱序重排处理过程为：(4.1)、按照先入先出的原则，将接收缓冲区中的通道数据包提取出来，存入可容纳M个通道数据包的第一临时缓冲区中，所述M大于相邻两个包序号的通道数据包乱序后的最大间距，并初始化所期待包序号的值为0；(4.2)、根据所期待包序号的值，遍历第一临时缓冲区中各个通道数据包的包头，以查看所期待包序号对应的通道数据包是否在第一临时缓冲区中，如果所期待包序号对应的通道数据包在第一临时缓冲区中，则将该通道数据包从第一临时缓冲区中读出存入第二临时缓冲区中，则从接收缓冲区中读取下一个通道数据包填入第一临时缓冲区中，填入位置即为最新读出通道数据包的位置，进入步骤(4.3)，否则，直接进入步骤(4.3)；(4.3)、更新所期待包序号，重复步骤(4.2)～步骤(4.3)，直至接收缓冲区中的全部通道数据包全部处理完毕。步骤(4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，L≥1，K≥1，J≥1，其中：K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的其他设备发送的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1‑T，将所收到的射频信号延时T1‑T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。...

【技术特征摘要】
1.一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于包括L颗待测卫星、K套卫星模拟器、空间信道模拟器、J套地面测试设备，所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备之间有线连接，待测卫星与空间信道模拟器之间远程连接，L≥1，K≥1，J≥1，其中：K套卫星模拟器，每套卫星模拟器用于实时模拟一颗导航卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；J套地面测试设备，每套地面测试设备用于实时模拟地面运控站、地面测控站、星间链路运管站或者用户终端，发送地面射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星，发送卫星射频信号至空间信道模拟器；L颗待测卫星、K套卫星模拟器、J套地面测试设备接收经空间信道模拟器转发的其他设备发送的射频信号，对其进行下变频、解扩、解调，得到数据，完成多星多链路对接测试；待测卫星与空间信道模拟器之间传输的射频信号延时为固定延迟T；空间信道模拟器，接收K套卫星模拟器、J套地面测试设备和L颗被测卫星发送的射频信号，仿真K+L颗卫星、J套地面测试设备间的全部上行、下行、星间链路的信道特性，计算得到K+L颗卫星、J套地面测试设备间的上行、下行和星间链路时延和频偏，采用计算得到的频偏，修正待测卫星、卫星模拟器和地面测试设备之间的射频信号的频偏，同时，采用计算到的时延T1减去固定延迟T，修正每颗待测卫星与卫星模拟器、地面测试设备之间的射频信号的时延，按照修正后延时T1-T，将所收到的射频信号延时T1-T之后，转发至相应的卫星模拟器、地面测试设备或者待测卫星。2.根据权利要求1所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于：所述的待测卫星、卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备具备同步的基准时频信号，所述基准时频信号包括基准时钟信号和秒脉冲信号。3.根据权利要求1所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于基准时频信号同步方法为：所述卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备使用同一个原子钟分频得到同步的基准时钟信号和秒脉冲信号；待测卫星采用与地面测试设备相同规格的原子钟分频得到时钟信号得到基准时钟信号，该采样信号与地面测试设备同频；待测卫星输出本地秒脉冲信号，并通过有线通信传输至地面测试设备，地面测试设备测量待测卫星输出秒脉冲信号与本地秒脉冲信号的钟差，根据该钟差信息，生成调钟指令，将调钟指令通过L频段上行注入链路发送给待测卫星，待测卫星据此调整秒脉冲信号，实现待测卫星与卫星模拟器、空间信道模拟器、地面测试设备的秒脉冲信号同步。4.根据权利要求1所述的一种多星地面组网远程对接测试系统，其特征在于：所述待测卫星通过如下方法与空间信道模拟器通信，实现固定延时T，具体包括发送端的步骤和接收端的步骤：发送端的步骤如下：(1)、将N个通道待传输的射频信号进行下变频获得中频信号，之后对中频信号进行模/数转换、低通滤波、抽取、数字AGC、量化处理，得到N个通道数字信号，N≥1；(2)、将N个通道数字信号打包构成N个通道数据包，每个通道数据包包括包头和对应通道数字信号，其中包头包括包序号、通道号、时间戳、量化位数，所述时间戳为通道数据包打包时刻，所述包序号顺序递增；(3)、发送端将N个通道数据包通过时分复用方...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛靖逸，卢鋆，卢满宏，邵士海，徐强，姚雷，柴强，
申请(专利权)人：中国航天时代电子有限公司，电子科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11