基于星间信息交换的星间相对距离测量装置，属于航天应用领域。本发明专利技术的目的是提供一种设计结构简单、能够实现多个卫星之间相对导航的基于星间信息交换的星间相对距离测量装置。本发明专利技术采用电线单元作为前端，与现场可编程门阵列ＦＰＧＡ处理器和高度集成的射频一体化ｎＲＦ２４０１射频芯片完成星间链路的搭建，通过星间信息交换，利用记录信息在星间传递的时差完成星间距离的测量，可以计算出星间相对的距离关系。本发明专利技术用于星间相对距离的测量。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于星间信息交换的星间相对距离测量装置，属于航天应 用领域。
技术介绍
随着卫星通信技术的飞速发展，星际链路成为了卫星通信系统的一项重要 关键技术。而在编队飞行过程中，由于自主编队的多个协作航天器的主动、实 时、闭环的控制，编队飞行要求直接控制一个航天器相对于另一个或其他许多 航天器的姿态和位置，并且各航天器的位置保持在规定精度的控制区内,不致发 生相互撞碰，因此，编队飞行要求严格地依赖星间链路通信和数据传输等系统。 可见，星间链路的建立是编队安全化的前提。此外，在一体化的背景下，星间链路一体化指的是在编队组网中，采用通信的基本功能完成例如GPS自主导航、 星间测距、定轨定姿、时间同步，信息交换等功能的同时实现，从而将所建立 的星间链路为完成多项任务而服务。随着天基卫星网络空间项目的增加，国外的研究机构相继开发了各种星间 相对状态测量工具，包括星间通信工具或星间射频收发器。根据项目的要求， 这些工具可以提供星间相对定时或定位或两者兼有的功能。已知的星间相对状 态测量工具有己经在Proba3计划中使用的AFF、 Johns Hopkins大学应用物理实 验室的交叉链路收发器CLT(CrossLinkTransceiver)、 AeroAstro公司的星型测距 器(Star Ranger)、 ITT和NASA联合开发的LPT(Low Power Transceiver)以及斯坦 福大学的伪卫星交叉链路收发器SPTC(Stanford Pseudolite Transceiver Crosslink) 等。这些射频收发装置多依赖于GPS导航系统，当前我国尚不具备完整的全球 覆盖自主卫星导航系统，因此使用GPS系统常常受到政治以及外交因素的影响， 过多的依赖GPS导航系统对于战时需求以及战略发展都是十分不利的，因此， 开发出一种基于星间信息交换的测距系统来完成星间的相对导航是十分必要 的。
技术实现思路
3本专利技术的目的是提供一种设计结构简单、能够实现多个卫星之间相对导航 的基于星间信息交换的星间相对距离测量装置，利用星间信息交换完成星间距离的测量能够摆脱已有星间导航系统对于GPS系统的依赖，同时在距离测量的 同时，还能保证星间信息的交换。本专利技术由天线单元、射频单元、现场可编程门阵列FPGA处理器和晶体振 荡器组成，天线单元由天线、双工器、功率放大器和低噪音放大器组成，天线 的输入输出端连接双工器的发射接收端，双工器的输出端连接低噪音放大器的 输入端，双工器的输入端连接功率放大器的输出端；射频单元由一个nRF2401 发送转发射频芯片和多个nRF2401接收射频芯片组成;现场可编程门阵列FPGA 处理器由发射控制器、接收控制器、并串转换器、移位寄存器、锁相环、高时 钟计时器和数据处理器组成，发射控制器的输入端连接并串转换器的一个输出 端，接收控制器的输出端连接移位寄存器的输入端，并串转换器的另一个输出 端、移位寄存器和锁相环的输出端分别连接高时钟计时器的一个输入端，高时 钟计时器的输出端连接数据处理器的输入端；nRF2401发送转发射频芯片的输 出端连接功率放大器的输入端，每个nRF2401接收射频芯片的输入端分别连接 低噪音放大器的一个输出端，nRF2401发送转发射频芯片的输入端连接发射控 制器的输出端，每个nRF2401接收射频芯片的输出端分别连接接收控制器的一 个输入端，锁相环的输入端连接晶体振荡器的输出端。本专利技术的优点是-本专利技术的天线单元用于星间信息交换时将信号发送至其它卫星，或者接收 来自于其他卫星的信号，射频单元用于完成在卫星之间的通信功能，形成卫星 之间信息交换的链路，现场可编程门阵列FPGA处理器通过内部搭建电路实现 了对于信号在卫星星间传播时间的延时的测定；天线单元、射频单元和现场可 编程门阵列FPGA处理器之间的结合进一步实现了卫星之间有效信息的传递， 完成星间信息交换，同时完成星间距离的测量和星间方位的估计，从而实现卫 星之间的相对导航，能够面向分布式卫星系统，获得航天器所需的姿态轨道以 及时间信息等。具有外围电路简单，通信速率高、通信质量稳定可靠、开发周 期短的优点。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图，图2是本专利技术以三星系统为例的星间信 息交换链路频率划分的结构示意图，图3是本专利技术以三星系统为例的工作原理 图。具体实施例方式具体实施方式一下面结合图l、图2、图3说明本实施方式，本实施方式由天线单元l、射频单元2、现场可编程门阵列FPGA处理器3和晶体振荡器4 组成，天线单元1由天线5、双工器6、功率放大器7和低噪音放大器8组成， 天线5的输入输出端连接双工器6的发射接收端，双工器6的输出端连接低噪 音放大器8的输入端，双工器6的输入端连接功率放大器7的输出端；射频单 元2由一个nRF2401发送转发射频芯片9和多个nRF2401接收射频芯片10组 成；现场可编程门阵列FPGA处理器3由发射控制器ll、接收控制器12、并串 转换器13、移位寄存器14、锁相环15、高时钟计时器16和数据处理器17组成， 发射控制器11的输入端连接并串转换器13的一个输出端，接收控制器12的输 出端连接移位寄存器14的输入端，并串转换器13的另一个输出端、移位寄存 器14和锁相环15的输出端分别连接高时钟计时器16的一个输入端，高时钟计 时器16的输出端连接数据处理器17的输入端；nRF2401发送转发射频芯片9 的输出端连接功率放大器7的输入端，每个nRF2401接收射频芯片10的输入端 分别连接低噪音放大器8的一个输出端，nRF2401发送转发射频芯片9的输入 端连接发射控制器11的输出端，每个nRF2401接收射频芯片10的输出端分别 连接接收控制器12的一个输入端，锁相环15的输入端连接晶体振荡器4的输 出端。本专利技术通过天线5完成星间信息交换的信息发送，经其他卫星转发后，再 由天线5接收该信息，对该信息进行时差的测量，通过时差完成星间距离的转 化。射频单元2用于完成在卫星之间的通信功能，形成卫星之间信息交换的链 路。工作原理将发射的信息组帧后采用以下步骤编队中的任意两星采用应 答模式作为系统的测距机制。例如测量AB两星间相对距离，A星发送测距包 和通信数据，由B星转发回测距包到A星所经历的时间为系统所测延时t，再通过光速计算距离。每颗卫星都可以分为发送、接收、转发三种状态，并且载 有本专利技术的一整套星间测距装置，可对其他卫星测距，也可以作为其他测距卫 星的测距信号中转站，提供转发的功能。每颗卫星实际上都处于同等的地位， 不分主次，因此测距通道的各个部分相同并且独立。系统在测距的同时也在进 行星间的信息交换，此时无须数据转发，转发的只是交换数据中的测距码。 下面以图2、图3所示三星系统为例说明本专利技术的实现过程首先现场可编程门阵列FPGA处理器3对射频单元2进行配置，发送转发 射频芯片9的频率设为fl，其它两片接收射频芯片10的频率为f2和f3。通过 时分假设此时刻星A处于发送状态，星B、星C处于接收状态；将发送信息按照帧定义格式组帧，ID选取ID1，并行数据经过并串转换器 13转换为串行数据，进入发射控制器ll的发送端，开启高时钟计时器16分别 对星B、星C返回信号进行计时。本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于星间信息交换的星间相对距离测量装置，其特征在于它由天线单元（１）、射频单元（２）、现场可编程门阵列ＦＰＧＡ处理器（３）和晶体振荡器（４）组成，天线单元（１）由天线（５）、双工器（６）、功率放大器（７）和低噪音放大器（８）组成，天线（５）的输入输出端连接双工器（６）的发射接收端，双工器（６）的输出端连接低噪音放大器（８）的输入端，双工器（６）的输入端连接功率放大器（７）的输出端；射频单元（２）由一个ｎＲＦ２４０１发送转发射频芯片（９）和多个ｎＲＦ２４０１接收射频芯片（１０）组成；现场可编程门阵列ＦＰＧＡ处理器（３）由发射控制器（１１）、接收控制器（１２）、并串转换器（１３）、移位寄存器（１４）、锁相环（１５）、高时钟计时器（１６）和数据处理器（１７）组成，发射控制器（１１）的输入端连接并串转换器（１３）的一个输出端，接收控制器（１２）的输出端连接移位寄存器（１４）的输入端，并串转换器（１３）的另一个输出端、移位寄存器（１４）和锁相环（１５）的输出端分别连接高时钟计时器（１６）的一个输入端，高时钟计时器（１６）的输出端连接数据处理器（１７）的输入端；ｎＲＦ２４０１发送转发射频芯片（９）的输出端连接功率放大器（７）的输入端，每个ｎＲＦ２４０１接收射频芯片（１０）的输入端分别连接低噪音放大器（８）的一个输出端，ｎＲＦ２４０１发送转发射频芯片（９）的输入端连接发射控制器（１１）的输出端，每个ｎＲＦ２４０１接收射频芯片（１０）的输出端分别连接接收控制器（１２）的一个输入端，锁相环（１５）的输入端连接晶体振荡器（４）的输出端。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐国栋，孙蕊，兰盛昌，王峰，张锦绣，王继河，叶东，陈雪芹，王松，范国臣，林杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：93[中国|哈尔滨]
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