一种基于数据体制融合的X频段测控通信综合系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，包括：天线，用于接收地面站发射的X频段上行射频信号，传输至射频信道模块；将下行射频信号辐射出去；射频信道模块，将X频段上行射频信号进行低噪放大、滤波、下变频和增益控制，得到上行中频信号，发送给基带模块；对下行调制信号进行上变频、和功率放大后，得到下行射频信号发送给天线；基带模块，按照一定的帧格式将下行测量信息、遥测数据、图像数据或者通信数据编码、组帧、调制，得到下行调制信号发送至射频信道模块，以实现遥测、外测、高速率载荷数据一体化传送。

A comprehensive X-band measurement and control communication system based on data system fusion

【技术实现步骤摘要】
一种基于数据体制融合的X频段测控通信综合系统
本专利技术涉及一种X频段测控通信综合系统，特别是一种低功耗、小体积、高速率的X频段通信系统，集成遥测、外测、遥控，高速率数据传输功能，可应用于各类小卫星高速通信系统中，属于卫星通信

技术介绍
测控与通信系统是小卫星信息保障的基础和关键，随着小卫星技术的快速发展，传统的测控和通信系统功能和物理信道各自独立，且由于多采用S频段设备体积和质量较大，带宽受限，速率较低，对整星的安装空间和传输能力约束较多，不能适应小卫星小型化、轻质化、高速率的发展需求。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，满足小卫星日益增长的高速数据传输，低功耗和安装空间小的需求。本专利技术解决技术的方案是：一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，该系统包括天线、射频模块和基带模块，其中：天线，用于接收地面站发射的X频段上行射频信号，传输至射频信道模块；将下行射频信号辐射出去；射频信道模块，将X频段上行射频信号进行低噪放大、滤波、下变频和增益控制，得到上行中频信号，发送给基带模块；对下行调制信号进行上变频、和功率放大后，得到下行射频信号发送给天线；基带模块，对上行中频信号进行载波捕获与跟踪、数据解调、帧同步和数据解析，得到上行数据传输帧，获取收到该上行数据传输帧帧头最后一个比特位的后沿对应的星上时刻，记为上行数据帧接收时刻，所述上行数据传输帧包括遥控信息、重构信息和上行测量信息，所述上行测量信息包括测量帧计数和上行测量数据；解析得到遥控信息之后，执行相应的遥控动作；解析得到重构信息，转发至相应设备执行功能重构；解析得到上行测量信息之后，将该上行数据传输帧中的测量帧计数、上行测量数据、上行数据帧接收时刻、预计的帧发送时刻组成下行测量信息并存储；将不同来源的遥测数据、图像数据、通信数据分别缓存后编帧，在一定的速率控制下，按照一定的帧格式将下行测量信息、遥测数据、图像数据或者通信数据编码、组帧、调制，得到下行调制信号发送至射频信道模块，以实现遥测、外测、数传一体化传送。所述预计的帧发送时刻是指下行数据传输帧帧头最后一个比特位的后沿从天线口面发射的时刻，即：从基带模块发送至射频信道模块对应的星上时刻再加上下行基带信号经过射频信道模块到达天线口面的时间延迟。所述天线为X频段收发天线，具有[-70°,70°]的宽波束覆盖和大于12dB的高增益特性。所述天线为双备份天线，一副天线安装在对地面，另一幅天线安装在对天面，同时工作，实现卫星遥控业务的全空域覆盖。所述基带模块采用动态调度的方式调度遥测数据、图像数据或者通信数据，并将其封装在下行数据传输帧的数据单元中，具体实现为：(1)、遥测数据按照固定的发送频率调度，到达发送遥测数据的时刻，将遥测数据从相应的缓冲区中提出出来装在下行数据传输帧的数据单元中；(2)、不发送遥测数据的时段，遍历图像数据和通信数据对应的缓冲区，当图像缓冲区中剩余存储空间低于预设门限时，将图像数据从相应的从相应的缓冲区中提出出来装在下行数据传输帧的数据单元中，当图像缓冲区中剩余存储空间大于等于预设门限时，按照优先等级将星上各载荷通信数据从相应的的缓冲区中提出来装在下行数据传输帧的数据单元中。上行数据传输帧包括上行帧主导头、上行测量域、上行数据单元和上行差错控制域，上行帧主导头、上行测量域、上行数据单元组成上行原始数据帧之后进行差错校验，得到上行差错控制域，上行差错控制域与上行原始数据帧拼接之后进行编码，得到上行编码数据帧，上行编码数据帧再加上上行同步头得到上行数据传输帧；其中：1a、上行同步头，即为上行数据传输帧帧头；1b、上行帧主导头中包括：上行航天器标识符：接收上行数据传输帧的目标航天器的标识；上行虚拟信道标识符：用来标识数据类型，所述数据类型包括遥控数据、上注重构数据；上行通道帧计数：上行数据传输帧的计数；上行数据标识：标识上行测量数据是否有效；备用域：预留数据位；1c、上行测量域中包括：上行测量帧计数：测量数据内容的帧计数；上行测量数据：外弹道测量用的信息数据；1d、上行数据单元中包括：遥控信息或者上注重构信息。下行数据传输帧包括下行帧主导头、下行测量域、下行数据单元和下行差错控制域，下行帧主导头、下行测量域、下行数据单元组成下行原始数据帧之后进行差错校验，得到下行差错控制域，下行差错控制域与下行原始数据帧拼接之后进行编码，得到下行编码数据帧，下行编码数据帧再加上下行步头得到下行数据传输帧；其中：2a、下行同步头，即为下行数据传输帧帧头；2b、下行帧主导头中包括：下行航天器标识符：发送下行数据传输帧源航天器的标识；下行虚拟信道标识符：标识下行数据类型，为遥测数据、图像数据或通信业务数据；下行通道帧计数：下行数据传输帧的计数；下行数据标识：标识下行测量数据是否有效；备用域：预留数据位；2c、下行测量域中包括：下行测量帧计数：星上采样并发送的测量数据内容的帧计数；下行测量数据：星上发送下行测量信息，包括最新的上行测量信息星上接收时间、星上发送时间信息和最新接收的上行测量信息；2d、下行数据单元中包括：遥测数据，图像数据或者通信业务数据等；所述上行中频信号和下行调制信号的调制方式均为PCM-QPSK调制。所述上行中频信号和下行调制信号的编码形式为(8160，7136)的截短LDPC编码。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)、本专利技术选择X频段实现通信信道集成和测控天线宽波束覆盖特性与高速数传天线高增益特性集成，信道集成化，同时一个天线代替传统分立的测控天线和数传天线，有利于减小系统体积和质量。(2)、本专利技术设计带有测量域的数据传输帧，实现测量、遥控、遥测和高速数据传输的功能融合和统一，与传统的各自分离的测控信道和高速数传信道相比，本专利技术在数据格式上进行创新，实现了信息融合，实现一个物理信道的多功能数据综合并传输，降低设备复杂性，可显著降低系统功耗和体积。(3)、本专利技术通过采用PCM-QPSK通信体制和LDPC信道编码，定义数据传输帧的虚拟信道和测量域，实现外测、遥测、遥控和数据传输功能的融合，真正实现了多种功能的信息融合和一体化。附图说明图1为本专利技术实施例的系统组成框图；图2为本专利技术实施例的上行信号处理流程；图3为本专利技术实施例的下行信号处理流程。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步阐述。为了满足小卫星日益增长的高速数据传输，低功耗和安装空间小的需求，打破传统的的卫星测控与高速数据传输通信系统分离的局限性，本专利技术提供一种功耗低、体积小、质量轻、速率高的X频段测控通信系统，实现遥测、外测、遥控，高速率数据传输的多功能集成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于包括天线、射频模块和基带模块，其中：/n天线，用于接收地面站发射的X频段上行射频信号，传输至射频信道模块；将下行射频信号辐射出去；/n射频信道模块，将X频段上行射频信号进行低噪放大、滤波、下变频和增益控制，得到上行中频信号，发送给基带模块；对下行调制信号进行上变频、和功率放大后，得到下行射频信号发送给天线；/n基带模块，对上行中频信号进行载波捕获与跟踪、数据解调、帧同步和数据解析，得到上行数据传输帧，获取收到该上行数据传输帧帧头最后一个比特位的后沿对应的星上时刻，记为上行数据帧接收时刻，所述上行数据传输帧包括遥控信息、重构信息和上行测量信息，所述上行测量信息包括测量帧计数和上行测量数据；解析得到遥控信息之后，执行相应的遥控动作；解析得到重构信息，转发至相应设备执行功能重构；解析得到上行测量信息之后，将该上行数据传输帧中的测量帧计数、上行测量数据、上行数据帧接收时刻、预计的帧发送时刻组成下行测量信息并存储；将不同来源的遥测数据、图像数据、通信数据分别缓存后编帧，在一定的速率控制下，按照一定的帧格式将下行测量信息、遥测数据、图像数据或者通信数据编码、组帧、调制，得到下行调制信号发送至射频信道模块，以实现遥测、外测、数传一体化传送。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于包括天线、射频模块和基带模块，其中：
天线，用于接收地面站发射的X频段上行射频信号，传输至射频信道模块；将下行射频信号辐射出去；
射频信道模块，将X频段上行射频信号进行低噪放大、滤波、下变频和增益控制，得到上行中频信号，发送给基带模块；对下行调制信号进行上变频、和功率放大后，得到下行射频信号发送给天线；
基带模块，对上行中频信号进行载波捕获与跟踪、数据解调、帧同步和数据解析，得到上行数据传输帧，获取收到该上行数据传输帧帧头最后一个比特位的后沿对应的星上时刻，记为上行数据帧接收时刻，所述上行数据传输帧包括遥控信息、重构信息和上行测量信息，所述上行测量信息包括测量帧计数和上行测量数据；解析得到遥控信息之后，执行相应的遥控动作；解析得到重构信息，转发至相应设备执行功能重构；解析得到上行测量信息之后，将该上行数据传输帧中的测量帧计数、上行测量数据、上行数据帧接收时刻、预计的帧发送时刻组成下行测量信息并存储；将不同来源的遥测数据、图像数据、通信数据分别缓存后编帧，在一定的速率控制下，按照一定的帧格式将下行测量信息、遥测数据、图像数据或者通信数据编码、组帧、调制，得到下行调制信号发送至射频信道模块，以实现遥测、外测、数传一体化传送。


2.根据权利要求1所述的一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于所述预计的帧发送时刻是指下行数据传输帧帧头最后一个比特位的后沿从天线口面发射的时刻，即：从基带模块发送至射频信道模块对应的星上时刻再加上下行基带信号经过射频信道模块到达天线口面的时间延迟。


3.根据权利要求1所述的一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于所述天线为X频段收发天线，具有[-70°,70°]的宽波束覆盖和大于12dB的高增益特性。


4.根据权利要求1所述的一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于所述天线为双备份天线，一副天线安装在对地面，另一幅天线安装在对天面，同时工作，实现卫星遥控业务的全空域覆盖。


5.根据权利要求1所述的一种基于数据体制融合的星上X频段测控通信综合系统，其特征在于所述基带模块采用动态调度的方式调度遥测数据、图像数据或者通信数据，并将其封装在下行数据传输帧的数据单元中，具体实现为：
(1)、遥测数据按照固定的发送频率调度，到达发送遥测数据的时刻，将遥测数据从相应的缓冲区中提出出来装在下行数据传输帧的数据单元中；
(2)、不发送遥测数据的时段，遍历图像数据和通信数据对应的缓冲区，当图像缓冲区中剩余存储空间低于预设门限时，将图像数据从相应的从相应的缓冲区中提出出来装在下行数据传输帧的数据单元中，当图像缓冲区中剩余存储空间大于等于预设门限时，按照优先等级将星...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冬冬，和东生，郑戈，胥畅，吴双宁，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，中国航天时代电子有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11