一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，包括接收通道、發(fā)射通道和系統(tǒng)控制模塊，同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，采用本發(fā)明解決了用戶要求的載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)木惩鈧鬏攩栴}，提高了衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，增大了載荷數(shù)據(jù)傳輸弧段，最大程度地滿足用戶需求，提升了衛(wèi)星的執(zhí)行能力。
【專利說明】一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，屬于中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在境外的數(shù)據(jù)傳輸【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]由于近年來用戶對(duì)小衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求越來越高，要求用戶對(duì)載荷數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和觀測(cè)弧段要求也越來越高，目前小衛(wèi)星僅有的對(duì)地?cái)?shù)傳無法滿足境外急需數(shù)據(jù)盡快回傳地面的要求，因此在小衛(wèi)星使用中繼數(shù)傳用戶終端是大勢(shì)所需。
[0003]在地面數(shù)據(jù)接收站可視范圍外且在中繼衛(wèi)星可視范圍內(nèi)，小衛(wèi)星中繼用戶數(shù)傳終端系統(tǒng)將用戶需要的某個(gè)載荷數(shù)據(jù)，經(jīng)調(diào)制和功率放大后，由Ka中繼天線發(fā)送至中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星再將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面數(shù)據(jù)接收站，用戶就可得到急需的信息。
[0004]我國(guó)大衛(wèi)星(1100公斤以上)采用中繼用戶數(shù)傳終端系統(tǒng)與中繼星進(jìn)行境外數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)傳輸和回放雖然有個(gè)別型號(hào)的成功經(jīng)驗(yàn)，但是基于小衛(wèi)星中繼數(shù)傳用戶終端設(shè)計(jì)尚屬首次，主要存在的問題:(I)在小衛(wèi)星總體重量、功耗的限制下，如何優(yōu)化終端產(chǎn)品系統(tǒng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行小型化設(shè)計(jì)；(2)在小衛(wèi)星有限的總體布局上，如何尋找小衛(wèi)星中繼用戶數(shù)傳終端系統(tǒng)的最佳、合理安裝位置；(3)使得在總體布局結(jié)構(gòu)的限制下，如何進(jìn)行小衛(wèi)星中繼數(shù)傳用戶終端的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用戶星與中繼星更好的通信，從而滿足更好的滿足用戶的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及實(shí)現(xiàn)方法，解決了用戶要求的載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)木惩鈧鬏攩栴}，提高了衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，增大了載荷數(shù)據(jù)傳輸弧段，最大程度地滿足用戶需求，提升了衛(wèi)星的執(zhí)行能力。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)方法。一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)，其特點(diǎn)在于:依托于接收通道、發(fā)射通道、系統(tǒng)控制模塊實(shí)現(xiàn)，其中，接收通道包括:接收天線、濾波模塊、跟蹤接收模塊；發(fā)射通道包括:發(fā)射模塊、功率放大模塊、發(fā)射天線；
[0007]在初始工作狀態(tài)，跟蹤接收模塊搜索通過接收天線、濾波模塊接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)射模塊持續(xù)發(fā)送引導(dǎo)碼，經(jīng)過功率放大模塊，通過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星；
[0008]在正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)外置算好的天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤中繼衛(wèi)星，同時(shí)，跟蹤接收模塊通過接收天線接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，鎖定中繼衛(wèi)星信號(hào)，中繼衛(wèi)星鎖定用戶終端引導(dǎo)碼信號(hào)后，發(fā)射模塊發(fā)送載荷數(shù)據(jù)，經(jīng)過功率放大模塊，經(jīng)過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星；
[0009]在故障工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)自身計(jì)算的天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，待天線與中繼衛(wèi)星雙向捕獲后，發(fā)射模塊發(fā)送載荷數(shù)據(jù)，經(jīng)過功率放大模塊，經(jīng)過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星。[0010]所述系統(tǒng)控制模塊包括:主份控制單元和備份控制單元。
[0011]一種小型化中繼用戶數(shù)傳終端實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于用戶星與中繼衛(wèi)星之間載荷數(shù)據(jù)下傳的功能，實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0012](I)在初始工作狀態(tài)，跟蹤接收模塊搜索通過接收天線接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)射模塊持續(xù)發(fā)送引導(dǎo)碼，經(jīng)過功率放大模塊，通過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星，預(yù)置完成后，在約定的時(shí)間段到達(dá)后，轉(zhuǎn)入步驟(2)；
[0013](2)在正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)指令控制終端系統(tǒng)進(jìn)入天線AOCC程序跟蹤+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)天線搜索中繼衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限時(shí)，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到自跟門限時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如果無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到AOCC程控跟蹤模式；
[0014]在正常工作狀態(tài)下，若外置的角度信息有誤，則系統(tǒng)控制模塊控制系統(tǒng)進(jìn)入天線GPS程序跟蹤+自跟工作模式，系統(tǒng)控制模塊自身開始計(jì)算天線需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，引導(dǎo)天線搜索衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限時(shí)，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到自跟門限時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如果無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到GPS程控跟蹤模式；
[0015]系統(tǒng)控制模塊控制接收天線跟蹤上中繼衛(wèi)星后，中繼衛(wèi)星跟蹤上中繼數(shù)傳終端系統(tǒng)，完成雙向捕獲后，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。
[0016]若天線AOCC程控跟蹤+自跟工作模式和GPS程序跟蹤+自跟工作模式都無法進(jìn)入，則轉(zhuǎn)入步驟(3)；
[0017](3)在故障工作狀態(tài)，衛(wèi)星跟蹤模塊采用螺旋掃描的方式搜索信標(biāo)，若掃描過程接收通道信標(biāo)數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限，則進(jìn)入自跟模式，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。若掃描過程中，信標(biāo)數(shù)字AGC電平未達(dá)到自跟門限，則持續(xù)掃描，直至跟蹤結(jié)束。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的特點(diǎn)在于:
[0019](I)本專利解決了用戶要求的載荷數(shù)據(jù)傳輸?shù)木惩鈧鬏攩栴}，提高了衛(wèi)星實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸能力，增大了載荷數(shù)據(jù)傳輸弧段，最大程度地滿足用戶需求，提升了衛(wèi)星的執(zhí)行能力；
[0020](2)以系統(tǒng)控制模塊為主要控制方式，對(duì)發(fā)射通道和接收通道主要設(shè)備進(jìn)行調(diào)度管理，通過硬件上的雙冗余備份設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高可靠的系統(tǒng)控制。在控制天線跟蹤中繼星的過程中，設(shè)計(jì)多種不同跟蹤模式互為備份，應(yīng)對(duì)衛(wèi)星不同狀態(tài)需求，保證了在正常工作狀態(tài)和故障狀態(tài)都能夠跟蹤中繼衛(wèi)星，從而減少了故障的概率，并提高了可靠性；
[0021](3)中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)發(fā)射模塊采用雙機(jī)、雙頻備份方式，接收、發(fā)射天線采用0.6m點(diǎn)波束天線，傳輸數(shù)據(jù)采用LDPC編碼來提高信道增益；
[0022](4)在保證EIRP和傳輸碼速率的同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加小型化、集成化。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)裝置示意圖；
[0024]圖2為中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)工作流程圖；
[0025]圖3a為正常工作狀態(tài)控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)策略圖；[0026]圖3b為故障狀態(tài)控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)策略圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面就結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步介紹。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明系統(tǒng)包括發(fā)射通道、系統(tǒng)控制模塊和接收通道，發(fā)射通道包括發(fā)射模塊、功率放大模塊、發(fā)射天線，系統(tǒng)控制模塊包括主份控制單元、備份控制單元，接收通道包括接收天線、濾波模塊和跟蹤接收模塊。系統(tǒng)控制模塊控制雙機(jī)冷備份，接收天線和發(fā)射天線共用。
[0029]如圖2所示，本發(fā)明中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)工作流程圖，在初始工作狀態(tài)，跟蹤接收模塊搜索通過接收天線接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)射模塊提前3min發(fā)送引導(dǎo)碼，經(jīng)過功率放大模塊和濾波模塊，通過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星；系統(tǒng)控制模塊控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤中繼星，系統(tǒng)控制模塊進(jìn)行判斷，若收到AOCC送來的外置轉(zhuǎn)動(dòng)角度，系統(tǒng)控制模塊進(jìn)入正常工作狀態(tài)，控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤中繼衛(wèi)星，待與中繼星完成雙向捕獲跟蹤后，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)；若沒有收到AOCC送來的外置轉(zhuǎn)動(dòng)角度，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)接收到的姿態(tài)信息，自身計(jì)算需轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，系統(tǒng)控制模塊進(jìn)入正常工作狀態(tài)，控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)跟蹤中繼衛(wèi)星，待與中繼星完成雙向捕獲跟蹤后，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)，若系統(tǒng)控制模塊判斷計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)角度有誤，系統(tǒng)進(jìn)入故障狀態(tài)。
[0030]如圖3a所示，在正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)指令控制終端系統(tǒng)進(jìn)入天線AOCC程序跟蹤+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)天線搜索中繼衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限2.2V時(shí)，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到2.2V時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到AOCC程控跟蹤模式；
[0031]在正常工作狀態(tài)下，若外置的角度信息有誤，則系統(tǒng)控制模塊控制系統(tǒng)進(jìn)入天線GPS程序跟蹤+自跟工作模式，系統(tǒng)控制模塊自身開始計(jì)算天線需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，引導(dǎo)天線搜索衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限時(shí)2.2V，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到2.2V時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到GPS程控跟蹤模式；
[0032]系統(tǒng)控制模塊控制接收天線跟蹤上中繼衛(wèi)星后，中繼衛(wèi)星跟蹤上中繼數(shù)傳終端系統(tǒng)，完成雙向捕獲后，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。
[0033]如圖3b所示，在故障工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊控制衛(wèi)星跟蹤模塊，采用螺旋掃描的方式搜索信標(biāo)，若掃描過程接收通道信標(biāo)數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限2.2V，則進(jìn)入自跟模式，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。若掃描過程中，信標(biāo)數(shù)字AGC電平未達(dá)到2.2V，則持續(xù)掃描，直至跟蹤結(jié)束。
[0034]接收、發(fā)射天線為同一個(gè)天線，采用環(huán)焦雙反射面天線，主反射面口徑為(teOOmm，饋源為波紋喇叭。在滿足與星上其它設(shè)備視場(chǎng)兼容的前提下，設(shè)計(jì)了衛(wèi)星的Ka頻段天線轉(zhuǎn)動(dòng)范圍；根據(jù)Ka天線與整星其他設(shè)備無干涉的前提下，確定Ka天線X軸功能轉(zhuǎn)動(dòng):±90°，Y軸功能轉(zhuǎn)動(dòng):±70°，使得與中繼星通信時(shí)間最長(zhǎng)、弧段最長(zhǎng)。
[0035]發(fā)射通道設(shè)計(jì)碼速率75Mbps/150Mbps可調(diào)，設(shè)計(jì)為雙頻點(diǎn)，低頻點(diǎn)適用于TL-1 (01)和TL-1 (02)衛(wèi)星，高頻點(diǎn)適應(yīng)于TL-2衛(wèi)星，以增加與中繼星通信機(jī)會(huì)和時(shí)間；對(duì)發(fā)射鏈路進(jìn)行鏈路預(yù)算，采用7/8LDPC編碼方式，在誤碼率為10-6時(shí)獲得6dB的編碼增益，來提高傳輸鏈路余量；終端傳輸鏈路設(shè)計(jì)為實(shí)時(shí)傳輸和回放傳輸兩種模式。
[0036]終端系統(tǒng)產(chǎn)品安裝設(shè)計(jì)，功率放大模塊輸出口離天線口要近，減少功率損失；發(fā)射模塊、功率放大模塊距離要近一些，減少功率損失；天線火工品起爆位置附件(背面)不要安裝有源單機(jī)，最好距離能保持在400mm以上；天線安裝在載荷艙頂板上表面，與頂板-Y面距離600mm，與頂板-Z面距離130mm ;天線展開角度150°，即天線零位指向與衛(wèi)星-Z軸夾角30。。
[0037]本發(fā)明未詳細(xì)說明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)，其特征在于:依托于接收通道、發(fā)射通道、系統(tǒng)控制模塊實(shí)現(xiàn)，其中接收通道包括:接收天線、濾波模塊、跟蹤接收模塊；發(fā)射通道包括:發(fā)射模塊、功率放大模塊、發(fā)射天線； 在初始工作狀態(tài)，跟蹤接收模塊搜索通過接收天線、濾波模塊接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)射模塊持續(xù)發(fā)送引導(dǎo)碼，經(jīng)過功率放大模塊，通過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星； 在正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)外置算好的天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，跟蹤中繼衛(wèi)星，同時(shí)，跟蹤接收模塊通過接收天線接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，鎖定中繼衛(wèi)星信號(hào)，中繼衛(wèi)星鎖定用戶終端引導(dǎo)碼信號(hào)后，發(fā)射模塊發(fā)送載荷數(shù)據(jù)，經(jīng)過功率放大模塊，經(jīng)過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星； 在故障工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)自身計(jì)算的天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，待天線與中繼衛(wèi)星雙向捕獲后，發(fā)射模塊發(fā)送載荷數(shù)據(jù)，經(jīng)過功率放大模塊，經(jīng)過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)控制模塊包括:主份控制單元和備份控制單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小型化中繼數(shù)傳用戶終端系統(tǒng)，其特征在于:所述的發(fā)射通道包括:發(fā)射模塊A和發(fā)射模塊B。
4.一種小型化中繼用戶數(shù)傳終端實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于用戶星與中繼衛(wèi)星之間載荷數(shù)據(jù)下傳的功能，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下: (1)在初始工作狀態(tài)，跟蹤接收模塊搜索通過接收天線接收到的中繼衛(wèi)星信號(hào)，發(fā)射模塊持續(xù)發(fā)送引導(dǎo)碼，經(jīng)過功率放大模塊，通過發(fā)射天線送給中繼衛(wèi)星，預(yù)置完成后，在約定的時(shí)間段到達(dá)后，轉(zhuǎn)入步驟(2)； (2)在正常工作狀態(tài)，系統(tǒng)控制模塊根據(jù)指令控制終端系統(tǒng)進(jìn)入天線AOCC程序跟蹤+自跟工作模式，接收外置算好的角度信息控制天線轉(zhuǎn)動(dòng)，引導(dǎo)天線搜索中繼衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限時(shí)，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到自跟門限時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如果無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到AOCC程控跟蹤模式； 在正常工作狀態(tài)下，若外置的角度信息有誤，則系統(tǒng)控制模塊控制系統(tǒng)進(jìn)入天線GPS程序跟蹤+自跟工作模式，系統(tǒng)控制模塊自身開始計(jì)算天線需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，引導(dǎo)天線搜索衛(wèi)星，當(dāng)跟蹤接收模塊數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限時(shí)，進(jìn)入自跟模式；若自跟過程丟失信標(biāo)，則重新搜索信標(biāo)信號(hào)，當(dāng)信標(biāo)數(shù)字AGC電平再次達(dá)到自跟門限時(shí)，重新進(jìn)入自跟模式，如果無法搜索到信標(biāo)信號(hào)，退回到GPS程控跟蹤模式； 系統(tǒng)控制模塊控制接收天線跟蹤上中繼衛(wèi)星后，中繼衛(wèi)星跟蹤上中繼數(shù)傳終端系統(tǒng)，完成雙向捕獲后，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。 若天線AOCC程控跟蹤+自跟工作模式和GPS程序跟蹤+自跟工作模式都無法進(jìn)入，則轉(zhuǎn)入步驟(3)； (3)在故障工作狀態(tài)，衛(wèi)星跟蹤模塊采用螺旋掃描的方式搜索信標(biāo)，若掃描過程接收通道信標(biāo)數(shù)字AGC電平達(dá)到自跟門限，則進(jìn)入自跟模式，進(jìn)行載荷數(shù)據(jù)傳輸工作。若掃描過程中，信標(biāo)數(shù)字AGC電平未達(dá)到自跟門限，則持續(xù)掃描，直至跟蹤結(jié)束。
【文檔編號(hào)】H04B1/38GK103684504SQ201310576942
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】張蕾, 石雷, 李紅寶, 李冠群, 王淼, 趙鍵, 李琳琳, 宮景豐, 辛保禮 申請(qǐng)人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司