一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器的制造方法
【专利摘要】本发明提供用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器，包括：双模式导航卫星授时模块，用于接收解调GPS/BD2导航卫星信号，并解析出秒脉冲1pps时标信号；本地1pps同步模块，产生本地秒脉冲1pps信号，并通过锁相环跟踪双模式导航卫星授时模块产生的秒脉冲1pps信号，实现地面终端模拟器与世界统一时间UTC的同步；扩频发射机模块，对基带信号进行扩频、调制，并进行多普勒补偿与星地距离补偿，产生带有多普勒补偿与延迟控制的上行链路信号；扩频接收机模块，接收低轨卫星下行链路信号，对其进行捕获、跟踪，解调出下行数据帧信息。本发明适用于低轨卫星准同步通信系统的对接试验，便于低轨卫星的研制与测试。
【专利说明】一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器
【技术领域】
[0001] 本发明涉及卫星通信中的地面终端模拟器领域，尤其是低轨卫星准同步通信系 统，具体地，涉及一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器。
【背景技术】
[0002] 随着科技的不断发展，时代的不断进步，人们利用卫星移动通信系统实现了以前 无法办到的事情，比如利用卫星系统可以进行全球电视直播、全球定位、军事通讯、商业通 讯等等，进一步地，卫星通信系统按照工作轨道，一般可以分为了 3大类，即低轨道卫星通 信系统、中轨道卫星通信系统、高轨道卫星通信系统。
[0003] 低轨道卫星移动通信系统由卫星星座、关口地球站、系统控制中心、网络控制中心 和用户单元等组成。低轨道卫星移动系统的基本组成：在若干个轨道平面上布置多颗卫星， 由通信链路将多个轨道平面上的卫星联结起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平 台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区内用户至少被一颗卫星覆盖，用户可以随时接 入系统。
[0004] 一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器，是指能够接收处理卫星或 卫星模拟器发射的下行有效信号，并对上行信号进行多普勒补偿与星地距离补偿，发射带 有多普勒补偿与延迟控制的上行有效信号。地面终端模拟器它可以接收处理卫星高动态信 号，并对其进行多普勒补偿与星地距离补偿；也可以产生特定信号，验证卫星接收机的捕获 跟踪性能；还可以作为比较标准，检验接收机的动态测量精度等。地面终端模拟器是卫星在 轨运行联调测试的重要依据，也将在后续地面终端研制过程中起到重要的指导作用。传统 的异步CDMA系统是一个自干扰系统，采用准同步技术后可以利用相互正交的伪随机码（PN Code)来消除这种多址干扰（MAI)，大大提高了系统的通信容量，因此低轨卫星准同步通信 系统近年来备受人们的关注，但国内外没有查到有关用于低轨卫星准同步通信系统的地面 终端模拟器等相关专利，故本专利针对低轨卫星准同步通信系统的应用背景，发明一种用 于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于低轨卫星准同步通信系统 的地面终端模拟器的控制方法以及相应的控制装置。
[0006] 根据本发明的一个方面，提供一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟 器，其特征在于，包括：
[0007] 双模式导航卫星授时模块，该模块用于接收解调GPS/BD2导航卫星信号，并解析 出秒脉冲lpps时标信号；
[0008] 本地lpps同步模块，该模块产生本地秒脉冲lpps信号，并通过锁相环跟踪双模式 导航卫星授时模块产生的秒脉冲lpps信号，实现地面终端模拟器与世界统一时间UTC的同
[K 少；
[0009] 扩频发射机模块，该模块对基带信号进行扩频、调制，产生带有多普勒补偿与延迟 控制的上行链路信号；
[0010] 扩频接收机模块，该模块接收低轨卫星下行链路信号，对其进行捕获、跟踪，解调 出下行数据帧信息；
[0011] 其中，所述扩频发射机模块中包含：
[0012] 多普勒补偿模块，其用于根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及卫星与地面终端 模拟器的短时相对运动速度，预测出上行多普勒频移，并对上行信号进行多普勒补偿。
[0013] 其中，所述双模式导航卫星授时模块与所述本地lpps同步模块连接并通讯，所述 本地lpps同步模块分别与所述扩频发射机模块、所述扩频接收机模块连接并通讯。
[0014] 优选地，所述扩频发射机模块还包括星地距离补偿模块，其用于通过对本地lpps 与下行导频信号的测量得到星地传输距离，从而预测出上行星地传输延迟，并对上行信号 进行星地距离补偿。
[0015] 优选地，所述扩频发射机模块包括：
[0016] 基带数据模块，其用于储存地面终端模拟器要发射的原始比特数据流；
[0017] 成形内插滤波模块，其用于消除码间干扰并压缩传输带宽；
[0018] PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序列；
[0019] 码NC0模块，其用于根据码NC0控制字产生对应的码频率；
[0020] 载波NC0模块，其用于根据载波NC0控制字利用直接数字频率合成器DDS产生对 应频率的正弦载波样本；
[0021] 优选地，基带数据模块分别与PN码发生器模块、成形内插滤波模块连接并通讯， PN码发生器模块与码NC0模块连接并通讯，码NC0模块与多普勒补偿模块连接并通讯、多普 勒补偿模块与星地距离补偿模块连接并通讯，载波NC0模块分别与多普勒补偿模块、成形 内插滤波模块连接并通讯。
[0022] 优选地，所述扩频接收机模块包括：
[0023] 相关器模块，其用于将本地产生的超前、即时、滞后PN码序列与接收到的下变频 信号进行相关累加；
[0024] PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序列；
[0025] 码NC0模块，其用于根据码NC0控制字产生对应的码频率；
[0026] 载波NC0模块，其用于根据载波NC0控制字利用直接数字频率合成器DDS产生对 应频率的正弦载波样本；
[0027] 下采样模块，其用于对下变频后的信号进行抽取采样，即将高采样率降为低采样 率。
[0028] 优选地，码NC0模块与PN码发生器模块连接并通讯，PN码发生器模块与相关器模 块连接并通讯。
[0029] 优选地，在所述地面终端模拟器中通过如下步骤实现与低轨卫星之间的通讯，其 中所述地面终端模拟器以码分多址方式接入所述低轨卫星系统，将所述地面终端模拟器表 不为k :
[0030] a.所述地面终端模拟器k通过所述双模式导航卫星授时模块接收GPS/BD2导航信 号并解析出lpps秒脉冲信号；
[0031] b.所述地面终端模拟器k中的本地lpps同步模块产生本地lpps信号并通过锁相 环跟踪所述lpps秒脉冲信号，使其与所述lpps秒脉冲信号保持同步；
[0032] c.所述扩频接收机模块接收来自所述低轨卫星的下行导频信号，从中解调出ID 信息；
[0033] d.所述地面终端模拟器k将所述解调出的ID与自身ID比较，若二者一致，则对上 行数据帧进行补偿处理，并针对所述补偿处理后的上行数据帧进行扩频、调制处理，然后将 上行调制信号发送出去。
[0034] 优选地，在所述步骤d中通过如下步骤对所述上行信号进行补偿处理：
[0035] 所述多普勒补偿模块根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及所述低轨卫星与所 述地面终端模拟器的短时相对运动速度，预测出上行多普勒频移，并对所述上行数据帧进 行多普勒补偿。
[0036] 优选地，在所述步骤d中通过如下步骤对所述上行信号进行扩频、调制处理：
[0037] 所述星地距离补偿模块通过对本地lpps与下行导频信号的测量得到星地传输距 离Δ<(〇，预测实际发射上行数据帧的时延变化量;I丨⑴，形成提前控制量Δ<(〇 + ^(〇 ,并 在扩频发射机模块中对上行数据帧进行扩频、调制后，在时刻将上 行调制信号通过天线发射出去。
[0038] 优选地，所述低轨卫星接收到所述上行调制信号后，执行如下步骤：根据所述上行 调制信号解调出上行数据帧，获取帧头到达时间，并将其与低轨卫星本地lpps信号进行比 较，得到测量时差，根据所述测量时差判断地面终端模拟器k是否达到准同步接入。
[0039] 优选地，若测量时差小于3个PN码码片宽度，则所述低轨卫星确定所述地面终端 模拟器k达到上行准同步接入。
[0040] 优选地，所述低轨卫星通过第三方导航授时模块保持与UTC时间同步。
[0041] 优选地，所述地面终端模拟器k与低轨卫星的时刻均以导频信号特定的扩频码相 位作为依据。
[0042] 本发明通过所述地面终端模拟器双模式导航卫星授时模块接收GPS/BD2导航信 号并解析出lpps秒脉中信号，所述地面终端模拟器中的本地lpps同步模块产生本地lpps 信号并通过PLL锁相环跟踪所述lpps信号，使其与所述lpps信号保持同步，本地lpps同 步锁定后，所述扩频接收机模块接收来自所述低轨卫星的下行导频信号，从中解调出ID信 息，所述地面终端模拟器将解调出的ID与自身ID比较，若二者一致，所述多普勒补偿模块 根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及所述低轨卫星与所述地面终端模拟器的短时相对 运动速度，预测出上行多普勒频移，并对上行信号进行所述多普勒补偿。本发明便于低轨卫 星在轨进行准同步通信测试，适用于低轨卫星准同步通信系统的对接试验，对于在轨验证 低轨卫星准同步通信系统具有重要意义。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：
[0044] 图1示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器的组成结构示意图；
[0045] 图2示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中DSP 与FPGA协同工作，实现地面终端模拟器功能的结构示意图；
[0046] 图3示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在地面终端模拟器中扩频发射机模 块的功能实现结构示意图；
[0047] 图4示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在地面终端模拟器中扩频接收机模 块的功能实现结构示意图；
[0048] 图5示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器的功能实现结构示意图；
[0049] 图6示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器实现与低轨卫星之间通讯的具体流程图；
[0050] 图7示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端与低轨卫星之间通讯的原理示意图；
[0051] 图8示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中若干 地面终端与低轨卫星之间通讯的时序示意图；以及
[0052] 图9示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中若干 地面终端与低轨卫星之间通讯的结构拓扑图。
【具体实施方式】
[0053] 图1示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器的组成结构示意图，具体地，如图1中所示，所述在低轨卫星准同步通讯系统中 的卫星模拟器包括双模式导航卫星授时模块、本地lpps同步模块、扩频发射机模块、扩频 接收机模块、多普勒补偿模块以及星地距离补偿模块。
[0054] 具体地，所述双模式导航卫星授时模块用于接收解调GPS/BD2导航卫星信号，并 解析出秒脉冲lpps时标信号，更为具体地，所述双模式导航卫星授时模块利用第三方导航 卫星（GPS/BD2)授时接收机实现本地时钟和世界统一时间UTC的同步，所述卫星导航接收 机在跟踪多个卫星求解PVT时，优选地求出本地时钟相对于世界时间的时间差，所述时间 差既可以直接以数字方式送出，也可以以物理秒脉冲lpps方式送出。本领域技术人员理 解，在静态情况下，同步误差精度一般可以达到25ns，在动态情况下，一般优于100ns。本领 域技术人员理解，所述双模式导航卫星授时模块的具体应用属于目前现有技术，在此不予 赘述。
[0055] 所述双模式导航卫星授时模块优选地连接本地lpps同步模块并通讯。所述本地 lpps同步模块的主要功能是产生本地秒脉冲lpps信号，并通过锁相环跟踪所述双模式导 航卫星授时模块产生的秒脉冲lpps信号，实现地面终端模拟器与世界统一时间UTC的同 步。更为具体地，所述双模式导航卫星授时模块输出的物理秒脉冲lpps送给所述本地lpps 同步模块，进一步地，所述本地lpps同步模块产生本地lpps信号并与所述双模式导航卫 星授时模块产生的外部lpps信号通过超前滞后比较器后输出相位差，再通过完好性判决 器选择器、IIR滤波器后送给数字DDS反馈给本地秒脉冲发生器，本地秒脉冲发生器通过所 述的反馈信息不断调整相位，更进一步地，使得与GPS/BD2导航授时接收机产生的秒脉冲 lpps相位保持同步，进一步地，实现与世界统一时间UTC的同步。
[0056] 优选地，所述本地lpps同步模块分别与所述扩频发射机模块、所述扩频接收机模 块连接并通讯，本领域技术人员理解，所述扩频发射机模块主要用于对基带信号进行扩频、 调制，产生带有多普勒补偿与延迟控制的上行链路信号，具体地，所述扩频发射机优选地会 根据所述多普勒补偿以及星地距离补偿提前发射所述上行链路信号，进一步地，所述低轨 卫星在接收到所述上行链路信号后，达到准同步的效果。所述扩频接收机模块主要的功能 是接收低轨卫星下行链路信号，对其进行捕获、跟踪，解调出下行数据帧信息，具体地，所述 扩频接收机模块解调出所述下行数据帧信息后，优选地通过所述多普勒补偿模块以及所述 星地距离补偿模块，对所述上行数据帧信息的发送时间进行预估计，使其与所述低轨卫星 实现准同步。
[0057] 优选地，所述地面终端模拟器还包括多普勒补偿模块，所述多普勒补偿模块用于 根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及卫星与地面终端模拟器的短时相对运动速度，预测 出上行多普勒频移，并对上行信号进行多普勒补偿。本领域技术人员理解，所述低轨卫星相 对于所述地面终端保持着相对运动，这不可避免的造成了所述多普勒频移，进一步地，对卫 星通讯造成影响，所述多普勒补偿模块是为了解决所述问题，根据所述捕获到的下行载波 频率以及所述相对运动速度，预测出所述上行多普勒频移造成的时间差，对所述上行信号 进行补偿。优选地，所述多普勒补偿模块被置于所述扩频发射机模块中，本领域技术人员理 解，所述多普勒效应属于公知常识，在此不予赘述。
[0058] 优选地，所述地面终端模拟器还包括星地距离补偿模块，所述星地距离补偿模块 通过对本地lpps与下行导频信号的测量得到星地传输距离，从而预测出上行星地传输延 迟，并对上行信号进行星地距离补偿。具体地，本领域技术人员理解，由于所述星地距离的 存在，所述上行数据信号通过所述扩频发射机发射后，不可避免的造成了传输延迟，进一步 地，通过提前发射所述信号，可以实现所述准同步，更进一步地，根据所述多普勒频移以及 所述星地距离延迟，计算出所述总的延迟量，进一步地，我们可以通过提前发射所述上行信 号，所述提前量为所述总的延迟时间。本领域技术人员理解，所述通过计算得到所述延迟时 间以及对所述上行信号发射时间进行预估计将在本发明【具体实施方式】中讲到，在此不予赘 述。
[0059] 更进一步地，在图1所示的一个优选变化例中，所述地面终端模拟器仅仅包括所 述双模式导航卫星授时模块、本地lpps同步模块、扩频发射机模块、扩频接收机模块，而并 不包括所述多普勒补偿模块以及星地距离补偿模块。在这样的变化例中，所述地面终端模 拟器仍然可以与与其对应的低轨卫星相通讯，或者与其对应的低轨卫星模拟器相通讯，但 由于不具备所述多普勒补偿模块以及星地距离补偿模块，优选地则所述地面终端模拟器很 难与所述低轨卫星保持准同步。
[0060] 图2示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中DSP 与FPGA协同工作，实现地面终端模拟器功能的结构示意图。本领域技术人员理解，优选地， 所述地面终端模拟器采用DSP以及FPGA协同工作来实现所述低轨卫星准同步，具体地，所 述DSP与所述FPGA协同工作是根据本发明另一个方面来说明所述地面终端模拟器的工作 流程，具体地，是根据所述地面终端模拟器的软件无线电来实现所述程序的流程控制。
[0061] 进一步地，所述DSP与所述FPGA同时应用于所述扩频发射机模块以及所述扩频接 收机模块中，具体地，如图所示，在所述DSP中，所述DSP主要实现扩频捕获、环路跟踪、帧同 步以及整个程序流控制，而在所述FPGA中，主要实现lpps同步模块、多普勒补偿模块、星地 距离补偿模块以及扩频调制模块。进一步地，所述DSP以及所述FPGA具有高速运算、灵活 编程等特点，并具有强大的中频信号处理能力、数据管理能力和通信能力，本领域技术人员 理解，所述使用所述DSP以及所述FPGA来实现控制所述地面终端模拟器的工作流程属于本 发明的【具体实施方式】，所述DSP以及所述FPGA属于目前现有技术手段，并不影响本发明的 技术方案，在此不予赘述。
[0062] 具体地，本领域技术人员理解，可以参考图1所述实施例来实现所述FPGA中所述 lpps同步模块、多普勒补偿模块、星地距离补偿模块以及扩频调制模块，在此不予赘述。
[0063] 更进一步地，本领域技术人员理解，所述扩频调制是指在扩频发射机模块中对所 述上行数据帧进行扩频并调制，所述扩频捕获是指捕获下行载波频率，所述环路跟踪是指 对所述信号进行跟踪解调，解调出帧同步信号，本领域技术人员理解，所述DSP在所述地面 终端模拟器中的工作流程将在本发明的【具体实施方式】中讲到，在此不予赘述。
[0064] 图3示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在地面终端模拟器中扩频发射机模 块的功能实现结构示意图，如图3所示，所述扩频发射机模块主要包括如下相应的模块： [0065] 基带数据模块，其用于发射地面终端模拟器要发射的原始比特数据流。
[0066] 成形内插滤波模块，其用于消除码间干扰并压缩传输带宽；
[0067] PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序列；
[0068] 码NC0模块，其用于根据码NC0控制字产生对应的码频率；
[0069] 载波NC0模块，其用于通过调整相位增量来实现载波NC0的多普勒控制，根据载波 NC0控制字产生对应的载波频率；更为具体地，所述载波NC0模块是用直接数字频率合成器 DDS产生一个正弦或余弦载波样本，采用高速时钟进行相位累加并通过ROM查找表的结构 来实现载波样本的产生；优选地，基带数据模块分别与PN码发生器模块、成形内插滤波模 块连接并通讯，PN码发生器模块与码NC0模块连接并通讯，码NC0模块与多普勒补偿模块 连接并通讯、多普勒补偿模块与星地距离补偿模块连接并通讯，载波NC0模块分别与多普 勒补偿模块、成形内插滤波模块连接并通讯。
[0070] 本领域技术人员理解，在所述扩频发射机模块进行相应流程控制之前，所述多普 勒补偿模块以及所述星地距离补偿模块将所述延迟量通过所述载波NC0控制字以及所述 伪码NC0控制字传输给所述扩频发射机模块，进一步地，如图所示，所述扩频发射机模块根 据所述伪码NC0控制字产生相应的PN码对所述基带信号进行扩频、成形内插滤波，再根据 所述载波NC0控制字产生相应的正、余弦载波对扩频信号进行正交调制，最后通过DAC输出 中频信号。
[0071] 图4示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在地面终端模拟器中扩频接收机模 块的功能实现结构示意图，如图4所示，所述扩频接收机模块主要包括相关器模块、PN码发 生器模块、码NC0模块、载波NC0模块以及下采样模块。具体地，所述相关器模块，其用于将 本地产生的超前、即时、滞后PN码序列与接收到的下变频信号进行相关累加。
[0072] 相应地，所述PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序 列。
[0073] 具体地，所述码NC0模块，其用于根据码NC0控制字产生对应的码频率。
[0074] 具体地，所述载波NC0模块，其用于通过调整相位增量来实现载波NC0的多普勒控 制，根据载波NC0控制字产生对应的载波频率。更为具体地，所述载波NC0模块是用直接数 字频率合成器DDS产生一个正弦或余弦载波样本，采用高速时钟进行相位累加并通过ROM 查找表的结构来实现载波样本的产生。
[0075] 具体地，所述下采样模块，其用于对下变频后的信号进行抽取采样，即将高采样率 降为低采样率。
[0076] 其中，码NC0模块与PN码发生器模块连接并通讯，PN码发生器模块与所述相关器 模块连接并通讯。
[0077] 本领域技术人员理解，所述扩频接收机模块接收下行信号后，经过ADC采样，进而 分别与本地正、余弦载波相乘下变频，进一步地，下采样到伪码速率的两倍后通过EMIF接 口送给DSP捕获模块，所述捕获模块采用基于FFT的并行码相位捕获算法，将所述捕获到 的载波NC0控制字、伪码NC0控制字和伪码初始相位通过EMIF接口送给所述FPGA，在所述 FPGA中，所述PN码发生器根据所述伪码NC0控制字以及伪码初始相位产生超前、即时、滞 后PN码，分别与下变频后的信号进行I、Q两路相关，再将相关值（IE/QE/IP/QP/IL/QL)通 过所述EMIF接口送给DSP环路跟踪模块，所述DSP环路跟踪模块通过跟踪解调，解调出帧 同步信号，所述帧同步信号再通过EMIF 口送给所述FPGA星地距离补偿模块，所述星地距离 补偿模块将所述帧同步信号与所述本地lpps信号进行时差测量，计算出星地传输距离，并 预测出上行星地传输延迟，再将延迟量送给扩频发射机模块，对上行信号进行延迟控制。
[0078] 图5示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器的功能实现结构示意图，本领域技术人员理解，如图5所示，所述卫星模拟器由 扩频发射机模块、扩频接收机模块、等构成，具体地，所述图3具体介绍了扩频发射机模块， 所述图4具体介绍了扩频接收机模块，进一步地，所述图5中采用DSP以及FPGA协同工作 并通过扩频发射机模块以及扩频接收机模块在图5中体现出来。本领域技术人员理解，所 述发射机模块通过所述多普勒延迟量以及星地距离延迟量，在预测的时间提前发射所述上 行链路信号，从而实现低轨卫星准同步，进一步地，所述卫星模拟器的具体工作流程可以参 考图3以及图4,在此不予赘述。
[0079] 图6示出根据本发明的一个【具体实施方式】的，在低轨卫星准同步通讯系统中地面 终端模拟器实现与低轨卫星之间通讯的具体流程图，本领域技术人员理解，优选地，所述地 面终端模拟器以码分多址方式接入所述低轨卫星系统，将所述地面终端模拟器表示为k，具 体地，包括如下步骤：
[0080] 首先执行步骤S101，所述地面终端模拟器k通过所述双模式导航卫星授时模块接 收GPS/BD2导航信号并解析出lpps秒脉冲信号，所述步骤的目的是为了通过所述双模式 导航授时模块的导航信号，以所述导航信号为校准基准，并通过所述基准，逐步调整本地时 间，从而达到所述地面终端本地时间与世界时间同步。优选地，所述GPS/BD2导航信号优选 地采用lpps秒脉冲信号。
[0081] 然后进入步骤S102,所述地面终端模拟器k中的本地lpps同步模块产生本地 lpps信号并通过锁相环跟踪所述lpps秒脉冲信号，使其与所述lpps秒脉冲信号保持同步， 所述步骤的目的是为了使所述地面终端本地时间与世界时间同步，本领域技术人员理解， 所述同步的方式以及过程在本发明的双模式导航授时模块的描述中有具体讲到，在此不予 赘述。
[0082] 优选地，所述低轨卫星通过第三方导航授时模块保持与UTC时间同步。
[0083] 在执行完步骤S102后，进入步骤S103,所述扩频接收机模块接收来自所述低轨卫 星的下行导频信号，从中解调出ID信息，所述步骤S103的目的是为了确定所述下行导频信 号是否对应所述地面终端k，进一步地，本领域技术人员理解，所述步骤还可以通过所述接 收到的下行导频信号的时间以及信息判断所述低轨卫星与所述地面终端k的星地距离以 及所述多普勒频移等等因素。
[0084] 最后，进入步骤S104,所述地面终端模拟器k将所述解调出的ID与自身ID比较， 若二者一致，则对上行数据帧进行补偿处理，并针对所述补偿处理后的上行数据帧进行扩 频、调制处理，然后将上行调制信号发送出去，所述步骤根据所述多普勒延迟以及所述星地 距离延迟，提前发射所述上行调制信号。
[0085] 优选地，在所述步骤S104中，所述补偿处理是指所述多普勒补偿模块根据捕获跟 踪得到的下行载波频率以及所述低轨卫星与所述地面终端模拟器的短时相对运动速度，预 测出上行多普勒频移，并对所述上行数据帧进行多普勒补偿。更为具体地，本领域技术人员 理解可以参考上述图1所示实施例实现通过所述多普勒补偿模块实现所述补偿处理的过 程，在此不予赘述。
[0086] 优选地，所述星地距离补偿模块通过对本地lpps与下行导频信号的测量 得到星地传输距离Δ?((〇,预测实际发射上行数据帧的时延变化量％(〇,形成提前控 制量△<(〇 + %(〇,并在扩频发射机模块中对上行数据帧进行扩频、调制后，在时刻
【权利要求】
1. 一种用于低轨卫星准同步通信系统的地面终端模拟器，其特征在于，包括： 双模式导航卫星授时模块，该模块用于接收解调GPS/BD2导航卫星信号，并解析出秒 脉冲lpps时标信号； 本地lpps同步模块，该模块产生本地秒脉冲lpps信号，并通过锁相环跟踪双模式导航 卫星授时模块产生的秒脉冲lpps信号，实现地面终端模拟器与世界统一时间UTC的同步； 扩频发射机模块，该模块对基带信号进行扩频、调制，产生带有多普勒补偿与延迟控制 的上行链路信号； 扩频接收机模块，该模块接收低轨卫星下行链路信号，对其进行捕获、跟踪，解调出下 行数据帧信息； 其中，所述扩频发射机模块包括： 多普勒补偿模块，其用于根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及卫星与地面终端模拟 器的短时相对运动速度，预测出上行多普勒频移，并对上行信号进行多普勒补偿； 其中，所述双模式导航卫星授时模块与所述本地lpps同步模块连接并通讯，所述本地 lpps同步模块分别与所述扩频发射机模块、所述扩频接收机模块连接并通讯。
2. 根据权利要求1所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述扩频发射机模块还包括 星地距离补偿模块，其用于通过对本地lpps与下行导频信号的测量得到星地传输距离，从 而预测出上行星地传输延迟，并对上行信号进行星地距离补偿。
3. 根据权利要求1或2所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述扩频发射机模块包 括： 基带数据模块，其用于储存地面终端模拟器要发射的原始比特数据流； 成形内插滤波模块，其用于消除码间干扰并压缩传输带宽； PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序列； 码NCO模块，其用于根据码NCO控制字产生对应的码频率； 载波NCO模块，其用于根据载波NCO控制字利用直接数字频率合成器DDS产生对应频 率的正弦载波样本； 其中，基带数据模块分别与PN码发生器模块、成形内插滤波模块连接并通讯，PN码发 生器模块与码NCO模块连接并通讯，码NCO模块与多普勒补偿模块连接并通讯，多普勒补偿 模块与星地距离补偿模块连接并通讯，载波NCO模块分别与多普勒补偿模块、成形内插滤 波模块连接并通讯。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述扩频接收机 模块包括： 相关器模块，其用于将本地产生的超前、即时、滞后PN码序列与接收到的下变频信号 进行相关累加； PN码发生器模块，其用于根据本源多项式和初始相位产生PN码序列； 码NCO模块，其用于根据码NCO控制字产生对应的码频率； 载波NCO模块，其用于根据载波NCO控制字利用直接数字频率合成器DDS产生对应频 率的正弦载波样本；下采样模块，其用于对下变频后的信号进行抽取采样，即将高采样率降 为低采样率； 其中，码NCO模块与PN码发生器模块连接并通讯，PN码发生器模块与相关器模块连接 并通讯。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的地面终端模拟器，其特征在于，在所述地面终端 模拟器中通过如下步骤实现与低轨卫星之间的通讯，其中所述地面终端模拟器以码分多址 方式接入所述低轨卫星系统，将所述地面终端模拟器表示为k : a. 所述地面终端模拟器k通过所述双模式导航卫星授时模块接收GPS/BD2导航信号并 解析出lpps秒脉冲信号； b. 所述地面终端模拟器k中的本地lpps同步模块产生本地lpps信号并通过锁相环跟 踪所述lpps秒脉冲信号，使其与所述lpps秒脉冲信号保持同步； c. 所述扩频接收机模块接收来自所述低轨卫星的下行导频信号，从中解调出ID信息； d. 所述地面终端模拟器k将所述解调出的ID与自身ID比较，若二者一致，则对上行数 据帧进行补偿处理，并对所述补偿处理后的上行数据帧进行扩频、调制处理，然后将上行调 制信号发送出去。
6. 根据权利要求5所述的地面终端模拟器，其特征在于，在所述步骤d中通过如下步骤 对所述上行信号进行补偿处理： -所述多普勒补偿模块根据捕获跟踪得到的下行载波频率以及所述低轨卫星与所述地 面终端模拟器的短时相对运动速度，预测出上行多普勒频移，并对所述上行数据帧进行多 普勒补偿。
7. 根据权利要求5或6所述的地面终端模拟器，其特征在于，在所述步骤d中通过如下 步骤对所述上行信号进行扩频、调制处理： -所述星地距离补偿模块通过对本地lpps与下行导频信号的测量得到星地传输距离 Δ?((〇，预测实际发射上行数据帧的时延变化量
形成提前控制量Δ?((〇 + 4(〇，并在 扩频发射机模块中对上行数据帧进行扩频、调制后，在时刻
将上行 调制信号通过天线发射出去。
8. 根据权利要求7所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述低轨卫星接收到所述上 行调制信号后，执行如下步骤：根据所述上行调制信号解调出上行数据帧，获取帧头到达时 间:^W，并将其与低轨卫星本地1PPS信号进行比较，得到测量时差5⑴= ⑴|， 根据测量时差S (t)判断地面终端模拟器k是否达到准同步接入。
9. 根据权利要求8所述的地面终端模拟器，其特征在于，若测量时差δ (t)小于3个 PN码码片宽度，则所述低轨卫星确定所述地面终端模拟器k达到上行准同步接入。
10. 根据权利要求5至9中任一项所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述低轨卫星 通过第三方导航授时模块保持与UTC时间同步。
11. 根据权利要求5至10中任一项所述的地面终端模拟器，其特征在于，所述地面终端 模拟器k与低轨卫星的时刻
均以导频信号特定的扩频码相 位作为依据。
【文档编号】G01S19/23GK104297765SQ201410497717
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】吴康, 梁旭文, 丁晟, 陈毅君, 侯缋玲 申请人:上海欧科微航天科技有限公司