【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，该方法主要用于高轨卫星节点通信载荷系统中，属于卫星通信。
技术介绍
1、目前中低轨的卫星在轨测控主要基于地面测控设备,当管理的在轨卫星数量持续增加时,需要不断地建设新的测控站或增加测控设备,同时由于地球遮挡限制,一个地面测控站的测控范围只占一颗卫星运行弧段的很小部分,集中在国内建设的地面测控站无法解决轨道全弧段覆盖难题。地球静止中继卫星系统的高覆盖特性和多址服务能力为近地卫星在轨测控提供了空间和频域的多重复用能力。
2、以美国为代表的国际高轨中继卫星多采用s频段载荷实现对航天器的管理。s频率下利用大口径星间天线提供服务的方式被称为s频率单址方式(s-band single access，ssa)、s频率下利用相控阵星间天线提供服务的方式被称为s频率多址方式(s-bandmultiple access，sma)。采用ssa模式，一颗中继卫星通常只能为一个用户航天器服务；采用sma服务模式，一颗中继卫星可以同时为5个以上的近地航天器服务。中继卫星sma返向波束可地面形成，利用该特点，通过在地面增扩组合sma返向波束，能够形成蜂窝状的广域覆盖常驻静态波束，从而对中低轨航天器实现全时全域覆盖，进一步支持数百上千个航天器在中继卫星系统网络中始终在线，实现对它们的全时监控管理。
3、但随着低轨航天器数量不断的增加，现有sma系统无法满足大规模低轨航天器的高效接入、安全测控以及实时性的要求。随着ka频段通信技术的不断成熟，利用ka频段进行航天器的管理及测控成为了
4、通过高轨卫星节点对航天器实现管理目前主要集中在sma载荷领域。查阅相关国内外文献针对“中继卫星”、“低轨航天器”、“管理”等关键词在相关数据库中检索，具体如下。文献(zoltán katona1，“a flexible leo satellite modem with ka-band rffrontend for a data relay satellite system”，2020；)，主要采用了固定多波束卫星系统以及信令波束辅助的低轨航天器接入及通信方案，星上为传统多波束透明转发器，信关站实现对航天器信号的处理，采用了mf—tdma技术提升了接入多址能力；该方案的显著特点是波束固定，可实现航天器与地面用户的共网络通信，但存在的问题是覆盖全弧度所需要的波束数量较多，同时固定波束覆盖需要解决多用户高动态情况下的快速多波束切换及移动性管理问题，相对而言接入的效率及服务的效能需要进一步提升。文献(曹正蕊，“支持航天器全时监控的中继卫星全景波束技术”，宇航学报，第41卷第11期，2020年)对中低轨航天器监控全时全域覆盖的特点，提出一种采用中继卫星多址返向全景波束联合相扫前向波束支持航天器在轨全时监控的模式；该方法的特点是基于地面数字波束形成，在低频段采用多波束的方式实现航天器的低速管理，无法实现中高速数据的传输及低时延的数据在轨任务协同。
5、总结以上方法，现有方法针对航天器的管理及通信服务，要么采用基于sma多址的广域覆盖固定多波束实现低速通信，存在业务速率低、用户容量受限的问题；要么采用固定点波束实现跟踪服务通信可实现高速通信服务，主要存在用户容量受限等问题；要么采用基于星上处理的跳波束载荷模式实现多用户通信，主要存在体制不灵活，应用范围相对受限等问题。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，在满足低轨航天器随遇接入的同时，能够减小sma资源的常态管控压力，提升sma随遇接入的效率，同时通过kma增加常态管控的安全性。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，包括sma载荷、kma载荷以及星载网控处理载荷；所述sma载荷实现s频段多址信号的收发处理功能；所述kma载荷实现ka频段多址信号的收发处理功能；所述星载网控处理载荷通过馈电链路与地面网控中心实现信息交互，通过星内基带接口实现与sma载荷以及kma载荷的数据以及时间信息的交互。
3、所述sma载荷包括sma天线模块、s频段收发变频组件模块以及sma接入处理模块；
4、sma天线模块用于实现s频段多址信号的收发功能，将接收到的外部多址信号送给s频段收发变频组件模块；
5、s频段收发变频组件模块用于实现s频段和中频信号的转换，将多址信号进行下变频后形成中频信号并送给sma接入处理模块；同时s频段收发变频组件模块还接收sma接入处理模块发送来的发射波束信号，上变频至s频段后发射出去；
6、sma接入处理模块用于实现sma中频信号的收发处理功能，接收s频段收发变频组件模块发送来的中频信号，并与星载网控处理载荷实现数据及时间信息的交互。
7、所述sma接入处理模块作为sma载荷的核心，包括接收dbf模块、发射dbf模块、时间同步及分发模块以及sma随遇接入处理模块；
8、接收dbf模块对s频段收发变频模块输入的中频信号在数字域进行波束形成，将形成后的接收波束信号发送给sma随遇接入处理模块；发射dbf模块对sma随遇接入处理模块发送的信号进行数字域波束形成，将形成后的发射波束信号输出给s频段收发变频组件模块；sma随遇接入处理模块实现对所有s频段上行信号的再生解调译码处理以及下行信号的编码调制功能，并对数据进行解析，将控制类信令发送给星载网控处理载荷；时间同步及分发模块接收星载网控处理载荷发送的时间信息，并以此控制接收dbf模块、发射dbf模块以及sma随遇接入模块的有序工作，确保接入处理系统的全网时间一致性。
9、所述kma载荷包括kma天线模块、ka频段模拟域接收波束形成模块、ka频段模拟域发射波束形成模块、ka频段收发变频组件模块以及kma接入处理模块。
10、kma天线模块将接收到的空间上行ka频段电磁波信号转换成上行ka频段接收电信号后送给ka频段模拟域接收波束形成模块；ka频段模拟域接收波束形成模块在kma接入处理模块的控制下对上行ka频段接收电信号进行模拟域波束形成，将产生的上行ka频段接收捷变波束信号送给ka频段收发变频组件模块；ka频段收发变频组件模块对上行ka频段接收捷变波束信号进行下变频后，将产生的上行中频接收捷变波束信号发送给kma接入处理模块；kma接入处理模块对上行中频接收捷变波束信号进行接收处理，将解析出的相关信令数据、业务数据以及时间信息发送给星载网控处理载荷，同时接收星载网控处理载荷输入的信令数据、业务数据以及时间信息，进行发送处理后产生下行中频发送捷变波束信号并输出给ka频段收发变频组件模块；ka频段收发变频组件模块对输入的下行中频发送捷变波束信号进行模拟上变频，产生ka频发送捷变波束信号并发送给ka频段模拟域发射波束形成模块；ka频段模拟域发射波束形成模块在kma接入处理模块的控制下对ka频发送捷变本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，包括SMA载荷、KMA载荷以及星载网控处理载荷；所述SMA载荷实现S频段多址信号的收发处理功能；所述KMA载荷实现Ka频段多址信号的收发处理功能；所述星载网控处理载荷通过馈电链路与地面网控中心实现信息交互，通过星内基带接口实现与SMA载荷以及KMA载荷的数据以及时间信息的交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述SMA载荷包括SMA天线模块、S频段收发变频组件模块以及SMA接入处理模块；
3.根据权利要求2所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述SMA接入处理模块作为SMA载荷的核心，包括接收DBF模块、发射DBF模块、时间同步及分发模块以及SMA随遇接入处理模块；
4.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述KMA载荷包括KMA天线模块、Ka频段模拟域接收波束形成模块、Ka频段模拟域发射波束形成模块、Ka频段收发变频组件模块以及KMA接入处理模块。
5.根据
6.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，通过SMA载荷结合KMA载荷实现大规模航天器接入管控，流程分为用户航天器信息注册阶段、用户航天器随遇接入阶段以及用户航天器常态管控阶段共三个阶段。
7.根据权利要求6所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述用户航天器信息注册阶段，由用户中心实现所需管控航天器的注册申请，用户中心将此注册信息发送给地面运控中心及星载管控中心，实现航天器的注册，用于后续阶段航天器身份的判别。
8.根据权利要求6所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述用户航天器随遇接入阶段实现用户航天器对KMA常态管控资源的申请以及具体KMA资源的分配，包括：
9.根据权利要求6所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述用户航天器常态管控阶段实现用户航天器的常态管控，通过使用KMA资源实现，同时根据航天器的需求灵活配置具体的管控波形，管控波形根据每类航天器特点进行灵活配置，包括：
10.根据权利要求4所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，KMA载荷波形参数支持按航天器需求动态配置，满足多样化的业务需求，配置周期T及每个配置周期内的航天器用户数M根据系统需求进行灵活配置。
...【技术特征摘要】
1.一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，包括sma载荷、kma载荷以及星载网控处理载荷；所述sma载荷实现s频段多址信号的收发处理功能；所述kma载荷实现ka频段多址信号的收发处理功能；所述星载网控处理载荷通过馈电链路与地面网控中心实现信息交互，通过星内基带接口实现与sma载荷以及kma载荷的数据以及时间信息的交互。
2.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述sma载荷包括sma天线模块、s频段收发变频组件模块以及sma接入处理模块；
3.根据权利要求2所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述sma接入处理模块作为sma载荷的核心，包括接收dbf模块、发射dbf模块、时间同步及分发模块以及sma随遇接入处理模块；
4.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述kma载荷包括kma天线模块、ka频段模拟域接收波束形成模块、ka频段模拟域发射波束形成模块、ka频段收发变频组件模块以及kma接入处理模块。
5.根据权利要求1所述的一种基于高轨卫星节点的大规模航天器管控系统，其特征在于，所述kma载荷实现对用户航天器的常态化管理，通过kma波束捷变分时的方式实现多个航天器在同一个波束下共享资源，按需调配kma载荷波形参数，包括传输速率、传输...
【专利技术属性】
技术研发人员：惠腾飞，翟盛华，张剑，李今飞，李子煜，刘翔春，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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