本發(fā)明屬于飛行器測控通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法。
背景技術(shù)：
隨著空間飛行器測控通信技術(shù)的發(fā)展，中繼測控在飛行器上得到了應(yīng)用，當前飛行器上采用的中繼測控有s頻段和ka頻段兩種。s頻段中繼測控主要采用固定波束天線，實現(xiàn)低速寬覆蓋通信。ka頻段中繼測控主要采用帶機械伺服的拋物面天線，實現(xiàn)高速通信。
當前有的飛行器只采用s頻段中繼測控，無法實現(xiàn)高速通信；有的只采用ka頻段中繼測控，無法實現(xiàn)實時寬波束覆蓋；現(xiàn)有兩種形式中繼測控獨立設(shè)置，互不關(guān)聯(lián)，資源浪費且效率較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法，包括s頻段中繼測控及ka頻段中繼測控兩種通信鏈路，且兩種頻段中繼采用一體化關(guān)聯(lián)設(shè)計技術(shù)；其中s頻段中繼測控通信鏈路采用寬波束天線，對天對地面組陣收發(fā)，實現(xiàn)寬波束覆蓋；ka頻段中繼測控通信鏈路采用相控陣天線，實現(xiàn)平臺姿態(tài)連續(xù)變化情況下ka中繼鏈路快速跟蹤保持，對天對地面組陣收發(fā)，實現(xiàn)寬波束覆蓋。本發(fā)明解決了飛行器中繼測控中單獨使用s頻段中繼測控通信速率較低、單獨使用ka頻段中繼測控實時覆蓋范圍小、兩種形式中繼測控互不關(guān)聯(lián)效率較低的問題。
一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法，所述測控系統(tǒng)包括ka頻段相控陣天線、中繼測控終端、對地面s接收天線、對天面s接收天線、對地面s發(fā)射天線以及對天面s發(fā)射天線；
所述測控方法分為前向測控通信鏈路模式和返向測控通信鏈路模式，其中前向測控通信鏈路模式的測控方法為：
中繼星將地面指揮中心發(fā)出的s頻段前向遙控信號轉(zhuǎn)發(fā)給對地面s接收天線和所述對天面s接收天線，所述對地面s接收天線和所述對天面s接收天線將實時接收到的s頻段前向遙控信號發(fā)送給中繼測控終端；
所述中繼測控終端根據(jù)兩路s頻段前向遙控信號生成遙控指令a，然后將遙控指令a發(fā)送給飛行器平臺，從而控制飛行器平臺；
同時，中繼星將地面指揮中心發(fā)出的ka頻段前向遙控信號轉(zhuǎn)發(fā)給ka頻段相控陣天線，所述中繼測控終端根據(jù)遙控指令a控制ka頻段相控陣天線是否開機：如果開機，則ka頻段相控陣天線將接收到的ka頻段前向遙控信號發(fā)送給中繼測控終端；
所述中繼測控終端根據(jù)ka頻段前向遙控信號生成遙控指令b，然后將遙控指令b發(fā)送給飛行器平臺，從而控制飛行器平臺；
如果中繼測控終端同時生成遙控指令a和遙控指令b，則中繼測控終端按照設(shè)定的優(yōu)先級選擇一路遙控指令對飛行器平臺進行控制；
返向測控通信鏈路模式的測控方法為：
所述中繼測控終端接收飛行器平臺的遙測數(shù)據(jù)，同時采集自身產(chǎn)生的以及ka頻段相控陣天線的遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)這三種遙測數(shù)據(jù)生成低速遙測數(shù)據(jù)和高速遙測數(shù)據(jù)；
地面指揮中心根據(jù)所述低速遙測數(shù)據(jù)控制ka頻段相控陣天線是否開機：如果開機，則ka頻段相控陣天線將高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，最后由中繼星將高速遙測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面指揮中心；
同時，中繼測控終端將所述低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，進而將低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，最后由中繼星將低速遙測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面指揮中心。
進一步地，所述中繼測控終端始終處于工作狀態(tài)，且包括ka基帶模塊、ka射頻接收模塊、ka射頻發(fā)射模塊、s基帶模塊、s射頻接收模塊以及s射頻發(fā)射模塊；
所述中繼測控終端根據(jù)兩路s頻段前向遙控信號生成遙控指令a，然后將遙控指令a發(fā)送給飛行器平臺，具體步驟為：
步驟1-1：所述s射頻接收模塊將接收到的兩路s頻段前向遙控信號合成一路信號，并對其依次進行濾波、低噪聲放大、下變頻、中頻濾波以及agc放大后得到中頻信號；
步驟1-2：所述s基帶模塊接收s射頻接收模塊輸出的中頻信號，并對中頻信號進行ad采樣，然后將ad采樣后的信號送入s基帶模塊中依次進行捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼后，得到遙控指令a，最后將遙控指令a經(jīng)自身的遙控422接口傳送到飛行器平臺；
所述中繼測控終端根據(jù)遙控指令a控制ka頻段相控陣天線是否開機，具體步驟為：
步驟2-1：所述ka基帶模塊接收s基帶模塊譯碼得到的遙控指令a，并根據(jù)所述遙控指令a控制ka頻段相控陣天線的是否開機；其中，如果遙控指令a有效，ka頻段相控陣天線開機，如果遙控指令a無效，ka頻段相控陣天線不開機；
所述中繼測控終端根據(jù)ka頻段前向遙控信號生成遙控指令b，然后將遙控指令b發(fā)送給飛行器平臺，具體步驟為：
步驟3-1：所述ka射頻接收模塊將接收到的ka頻段前向遙控信號依次進行濾波、低噪聲放大、下變頻、中頻濾波以及agc放大后得到中頻信號；
步驟3-2：所述ka基帶模塊接收ka射頻接收模塊輸出的中頻信號，并對中頻信號進行ad采樣，然后將ad采樣后的信號送入ka基帶模塊中依次進行捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼后，得到遙控指令b，最后將遙控指令b傳送到s基帶模塊，s基帶模塊又將遙控指令b經(jīng)自身的遙控422接口傳送到飛行器平臺；
所述中繼測控終端接收飛行器平臺的遙測數(shù)據(jù)，同時采集自身產(chǎn)生的以及ka頻段相控陣天線的遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)這三種遙測數(shù)據(jù)生成低速遙測數(shù)據(jù)和高速遙測數(shù)據(jù)，具體步驟為：
步驟4-1：所述ka基帶模塊通過自身的遙測422接口接收飛行器平臺傳送的遙測數(shù)據(jù)，然后將這三種遙測數(shù)據(jù)進行編幀、編碼以及成形濾波得到高速遙測數(shù)據(jù)；然后，所述ka基帶模塊在所述高速遙測數(shù)據(jù)中提取飛行器平臺遙測數(shù)據(jù)和自身遙測數(shù)據(jù)，并將這2種遙測數(shù)據(jù)形成低速遙測數(shù)據(jù)，然后傳送到s基帶模塊；
所述地面指揮中心根據(jù)所述低速遙測數(shù)據(jù)控制ka頻段相控陣天線是否開機，從而將高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，具體步驟為：
步驟5-1：所述ka射頻發(fā)射模塊接收ka基帶模塊輸出的高速遙測數(shù)據(jù)，并依次對其進行載波調(diào)制、小信號放大以及濾波，再將濾波后的高速遙測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絢a頻段相控陣天線；同時地面指揮中心根據(jù)步驟4-1所述的低速遙測數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的低速遙測數(shù)據(jù)與控制指令對應(yīng)關(guān)系，生成對應(yīng)的控制指令，從而控制ka頻段相控陣天線是否開機，如果控制指令有效，則ka頻段相控陣天線開機，且ka頻段相控陣天線將濾波后的高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星；如果控制指令無效，則ka頻段相控陣天線保持關(guān)機狀態(tài)；
所述中繼測控終端將所述低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，進而發(fā)射到中繼星，具體步驟為：
步驟6-1：所述s基帶模塊實時接收ka基帶模塊輸出的低速遙測數(shù)據(jù)；
步驟6-2：所述s基帶模塊對低速遙測數(shù)據(jù)依次進行組幀、編碼、擴頻調(diào)制，再將擴頻調(diào)制后的數(shù)據(jù)傳送到s射頻發(fā)射模塊；s射頻發(fā)射模塊對接收到數(shù)據(jù)進行上變頻、放大、濾波后，輸出到所述對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，將所述數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星。
進一步地，步驟4-1所述的高速遙測數(shù)據(jù)傳輸速率為mbps，所述的低速遙測數(shù)據(jù)傳輸速率為kbps。
進一步地，所述ka頻段相控陣天線、對地面s接收天線、對天面s接收天線、對地面s發(fā)射天線以及對天面s發(fā)射天線通過射頻電纜與中繼測控終端連接。
進一步地，步驟3-2所述的遙控指令b和步驟4-1所述的低速遙測數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部總線傳輸給s基帶模塊。
進一步地，所述對地面s接收天線和對天面s接收天線為固定寬波束天線組陣。
進一步地，一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法，其特征在于，所述測控系統(tǒng)還包括s電源模塊和ka電源模塊，其中ka電源模塊為ka基帶模塊、ka射頻接收模塊以及ka射頻發(fā)射模塊提供電能，s電源模塊為s基帶模塊、s射頻接收模塊以及s射頻發(fā)射模塊提供電能。
進一步地，一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法，其特征在于，步驟1-2和步驟3-2中的捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼操作分別在s基帶模塊和ka基帶模塊中的基帶信號處理單元fpga中完成。
有益效果：
本發(fā)明通過采用了ka-s多頻段中繼一體化設(shè)計技術(shù)，兼顧實現(xiàn)了飛行器s頻段寬波束全球?qū)崟r連續(xù)測控與ka頻段高碼率長時間數(shù)據(jù)傳輸，傳統(tǒng)的ka頻段中繼測控通信鏈路采用的是剖面天線，利用電機驅(qū)動剖面天線產(chǎn)生機械運動從而實現(xiàn)切換波束，而本發(fā)明采用相控陣天線接收遙控指令去切換天線的相位變換，無需機械驅(qū)動，就能實現(xiàn)波束的快速切換，即使在飛行器姿態(tài)連續(xù)變化情況下也能快速跟蹤保持；此外本發(fā)明通過ka-s頻段中繼關(guān)聯(lián)設(shè)計提高了飛行器平臺測控的效率與可靠性，還解決了飛行器平臺中繼測控中單獨使用s頻段中繼測控通信速率較低、單獨使用ka頻段中繼測控實時覆蓋范圍小、兩種形式中繼測控互不關(guān)聯(lián)效率較低的問題。
附圖說明
圖1為本發(fā)明ka-s多頻段中繼一體化測控系統(tǒng)組成原理圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細敘述。
如圖1所示，為本發(fā)明ka-s多頻段中繼一體化測控系統(tǒng)組成原理圖，一種基于ka-s頻段中繼一體化測控系統(tǒng)的測控方法，所述測控系統(tǒng)包括ka頻段相控陣天線、中繼測控終端、對地面s接收天線、對天面s接收天線、對地面s發(fā)射天線以及對天面s發(fā)射天線；
所述測控方法分為前向測控通信鏈路模式和返向測控通信鏈路模式，其中前向測控通信鏈路模式的測控方法為：
中繼星將地面指揮中心發(fā)出的s頻段前向遙控信號轉(zhuǎn)發(fā)給對地面s接收天線和所述對天面s接收天線，所述對地面s接收天線和所述對天面s接收天線將實時接收到的s頻段前向遙控信號發(fā)送給中繼測控終端；
所述中繼測控終端根據(jù)兩路s頻段前向遙控信號生成遙控指令a，然后將遙控指令a發(fā)送給飛行器平臺，從而控制飛行器平臺；
同時，中繼星將地面指揮中心發(fā)出的ka頻段前向遙控信號轉(zhuǎn)發(fā)給ka頻段相控陣天線，所述中繼測控終端根據(jù)遙控指令a控制ka頻段相控陣天線是否開機：如果開機，則ka頻段相控陣天線將接收到的ka頻段前向遙控信號發(fā)送給中繼測控終端；
所述中繼測控終端根據(jù)ka頻段前向遙控信號生成遙控指令b，然后將遙控指令b發(fā)送給飛行器平臺，從而控制飛行器平臺；
如果中繼測控終端同時生成遙控指令a和遙控指令b，則中繼測控終端按照設(shè)定的優(yōu)先級選擇一路遙控指令對飛行器平臺進行控制；
返向測控通信鏈路模式的測控方法為：
所述中繼測控終端接收飛行器平臺的遙測數(shù)據(jù)，同時采集自身產(chǎn)生的以及ka頻段相控陣天線的遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)這三種遙測數(shù)據(jù)生成低速遙測數(shù)據(jù)和高速遙測數(shù)據(jù)；其中，ka頻段相控陣天線的遙測數(shù)據(jù)從ka基帶模塊實時接收；
地面指揮中心根據(jù)所述低速遙測數(shù)據(jù)控制ka頻段相控陣天線是否開機：如果開機，則ka頻段相控陣天線將高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，最后由中繼星將高速遙測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面指揮中心；
同時，中繼測控終端將所述低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，進而將低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，最后由中繼星將低速遙測數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至地面指揮中心。
進一步地，所述中繼測控終端始終處于工作狀態(tài)，且包括ka基帶模塊、ka射頻接收模塊、ka射頻發(fā)射模塊、s基帶模塊、s射頻接收模塊以及s射頻發(fā)射模塊；
所述中繼測控終端根據(jù)兩路s頻段前向遙控信號生成遙控指令a，然后將遙控指令a發(fā)送給飛行器平臺，具體步驟為：
步驟1-1：所述s射頻接收模塊將接收到的兩路s頻段前向遙控信號合成一路信號，并對其依次進行濾波、低噪聲放大、下變頻、中頻濾波以及agc放大后得到中頻信號；
步驟1-2：所述s基帶模塊接收s射頻接收模塊輸出的中頻信號，并對中頻信號進行ad采樣，然后將ad采樣后的信號送入s基帶模塊中依次進行捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼后，得到遙控指令a，最后將遙控指令a經(jīng)自身的遙控422接口傳送到飛行器平臺；
所述中繼測控終端根據(jù)遙控指令a控制ka頻段相控陣天線是否開機，具體步驟為：
步驟2-1：所述ka基帶模塊接收s基帶模塊譯碼得到的遙控指令a，并根據(jù)所述遙控指令a控制ka頻段相控陣天線的是否開機；其中，如果遙控指令a有效，ka頻段相控陣天線開機，如果遙控指令a無效，ka頻段相控陣天線不開機；
所述中繼測控終端根據(jù)ka頻段前向遙控信號生成遙控指令b，然后將遙控指令b發(fā)送給飛行器平臺，具體步驟為：
步驟3-1：所述ka射頻接收模塊將接收到的ka頻段前向遙控信號依次進行濾波、低噪聲放大、下變頻、中頻濾波以及agc放大后得到中頻信號；
步驟3-2：所述ka基帶模塊接收ka射頻接收模塊輸出的中頻信號，并對中頻信號進行ad采樣，然后將ad采樣后的信號送入ka基帶模塊中依次進行捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼后，得到遙控指令b，最后將遙控指令b傳送到s基帶模塊，s基帶模塊又將遙控指令b經(jīng)自身的遙控422接口傳送到飛行器平臺；
所述中繼測控終端接收飛行器平臺的遙測數(shù)據(jù)，同時采集自身產(chǎn)生的以及ka頻段相控陣天線的遙測數(shù)據(jù)，并根據(jù)這三種遙測數(shù)據(jù)生成低速遙測數(shù)據(jù)和高速遙測數(shù)據(jù)，具體步驟為：
步驟4-1：所述ka基帶模塊通過自身的遙測422接口接收飛行器平臺傳送的遙測數(shù)據(jù)，然后將這三種遙測數(shù)據(jù)進行編幀、編碼以及成形濾波得到高速遙測數(shù)據(jù)；然后，所述ka基帶模塊在所述高速遙測數(shù)據(jù)中提取飛行器平臺遙測數(shù)據(jù)和自身遙測數(shù)據(jù)，并將這2種遙測數(shù)據(jù)形成低速遙測數(shù)據(jù)，然后傳送到s基帶模塊；
所述地面指揮中心根據(jù)所述低速遙測數(shù)據(jù)控制ka頻段相控陣天線是否開機，從而將高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星，具體步驟為：
步驟5-1：所述ka射頻發(fā)射模塊接收ka基帶模塊輸出的高速遙測數(shù)據(jù)，并依次對其進行載波調(diào)制、小信號放大以及濾波，再將濾波后的高速遙測數(shù)據(jù)傳輸?shù)絢a頻段相控陣天線；同時地面指揮中心根據(jù)步驟4-1所述的低速遙測數(shù)據(jù)以及預(yù)設(shè)的低速遙測數(shù)據(jù)與控制指令對應(yīng)關(guān)系，生成對應(yīng)的控制指令，從而控制ka頻段相控陣天線是否開機，如果控制指令有效，則ka頻段相控陣天線開機，且ka頻段相控陣天線將濾波后的高速遙測數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星；如果控制指令無效，則ka頻段相控陣天線保持關(guān)機狀態(tài)；
所述中繼測控終端將所述低速遙測數(shù)據(jù)發(fā)送到對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，進而發(fā)射到中繼星，具體步驟為：
步驟6-1：所述s基帶模塊實時接收ka基帶模塊輸出的低速遙測數(shù)據(jù)；
步驟6-2：所述s基帶模塊對低速遙測數(shù)據(jù)依次進行組幀、編碼、擴頻調(diào)制，再將擴頻調(diào)制后的數(shù)據(jù)傳送到s射頻發(fā)射模塊；s射頻發(fā)射模塊對接收到數(shù)據(jù)進行上變頻、放大、濾波后，輸出到所述對地面s發(fā)射天線和對天面s發(fā)射天線，將所述數(shù)據(jù)發(fā)射到中繼星。
進一步地，步驟4-1所述的高速遙測數(shù)據(jù)傳輸速率為mbps，所述的低速遙測數(shù)據(jù)傳輸速率為kbps。
進一步地，所述ka頻段相控陣天線、對地面s接收天線、對天面s接收天線、對地面s發(fā)射天線以及對天面s發(fā)射天線通過射頻電纜與中繼測控終端連接。
進一步地，步驟3-2所述的遙控指令b和步驟4-1所述的低速遙測數(shù)據(jù)，通過內(nèi)部總線傳輸給s基帶模塊。
進一步地，所述對地面s接收天線和對天面s接收天線為固定寬波束天線組陣。
進一步地，所述測控系統(tǒng)還包括s電源模塊和ka電源模塊，其中ka電源模塊為ka基帶模塊、ka射頻接收模塊以及ka射頻發(fā)射模塊提供電能，s電源模塊為s基帶模塊、s射頻接收模塊以及s射頻發(fā)射模塊提供電能。
進一步地，步驟1-2和步驟3-2中的捕獲、跟蹤、比特同步、解調(diào)以及譯碼操作分別在s基帶模塊和ka基帶模塊中的基帶信號處理單元fpga中完成。
當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。