基于扩频体制的星载s频段中继用户终端系统及应用方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，包括:测控应答机1，通过宽波束S接收天线2与中继卫星建立S频段测控链路，进行前向遥控通信;测控应答机1通过功率放大器3将返向遥测信号功率放大，通过宽波束S发射天线4或窄波束Ka/S天线5与中继卫星建立测控链路，进行返向遥测通信;功率放大器3为一路输入、二路输出，可通过卫星程控或地面指令控制两路信号的通断。本发明还公开了其应用方法，定义了具体的工作模式。本发明解决了以往卫星S频段中继用户终端与中继卫星通信单次工作时间短、无法监控Ka/S链路建立过程等问题，加强了卫星应急测控能力。
【专利说明】基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统及应用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星测控通信，尤其是卫星与中继卫星建立通信，并由中继卫星转发卫星信号，具体是一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统及应用方法。
【背景技术】
[0002]新型星载S频段中继用户终端用于卫星与中继卫星之间的通信，可提供一个前向通道和两个返向通道，两个返问通道分别是功率放大器大增益通道和小增益通道；大增益通道由于S发射天线具有天线波束宽，易使中继卫星捕获信号，但功耗大的特点；小增益通道具有功耗小、而且Ka/S天线具有自适应跟踪的能力，能够与中继卫星建立长时间的通信，但波束窄，中继卫星不易捕获信号。在应用本发明之前，星载单台测控设备对中继测控系统只有单个发射通道，并且采用单S发射通道模式功耗大、单次工作时间短，采用单Ka/S发射通道模式，捕获时间长，无法监控Ka/S建链过程，应急测控能力差；
[0003]目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统及应用方法。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的。
[0006]根据本发明的一个方面，提供了一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统及应用方法，包括测控应答机、S接收天线、功率放大器、S发射天线以及Ka/S天线，其中:
[0007]所述测控应答机，接收通过中继卫星转发来的地面遥控信号，完成解调解扩，并将遥控基带数据送遥控终端；接收卫星星上遥测数据，完成扩频调制后，通过功率放大器进行信号放大，放大后信号再经S发射天线或Ka/S天线向中继卫星发送；
[0008]所述S接收天线，为卫星与中继卫星建立前向测控通道，接收中继卫星发来的前向遥控信号，并传给测控应答机，由于波束宽，视场范围广，易于捕获中继卫星信号；当卫星姿态上下翻转时，可作为对地测控天线接收地面站发送的遥控信号；
[0009]所述功率放大器，将测控应答机发给S发射天线或Ka/S天线的返向遥测信号进行放大，使天线EIRP (有效全向辐射功率)达到卫星与中继卫星测控通信的要求；功率放大器内部设置两个通道，其中，第一个通道为大增益通道，将信号发送到S发射天线(4)，该通道放大增益大，功耗较大，适用于卫星与中继卫星通信前期信号捕获私Ka/S链路建立实时监视；第二个通道为小增益通道，将信号发送到Ka/S天线(5)，该通道放大增益小，功耗较小，适用于卫星与中继卫星完成Ka/S链路建立后的返向测控通信；
[0010]所述S发射天线，为卫星与中继卫星建立返向测控通道，接收测控应答机发来的返向遥测信号，由于波束宽，视场范围广，易于使中继卫星捕获信号；当卫星姿态上下翻转时，可作为对地测控天线向地面站发送遥测信号；[0011]所述Ka/S天线，与星载Ka频段中继用户终端共用，具备S频段信号发射功能，为卫星与中继卫星建立中继测控通道，接收测控应答机发来的返向遥测信号并向中继卫星发送；在卫星与中继卫星Ka/S链路建立后，接替S发射天线向中继卫星发送返向遥测信号。
[0012]优选地，所述S接收天线和S发射天线均为宽波束固定天线；所述Ka/S天线为窄波束定向天线。
[0013]优选地，所述Ka/S天线具有二维转动机构，可自动跟踪中继卫星，实现单次较长时间通信。
[0014]本发明的另一方面，提供了一种上述基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的应用方法，包括如下步骤:
[0015]步骤1，根据卫星测控需求，确定测控应答机采用的扩频体制，再进一步根据确定的扩频体制确定前向测控通道和返向测控通道的数量；
[0016]步骤2，根据中继卫星运行轨道及其中继测控通道指标，设计对中继测控链路，确定对中继测控链路的中继测控天线波束宽度和增益要求，选取合适方向图的S接收天线和S发射天线；
[0017]步骤3，根据步骤2中中继测控链路的增益设计结果，确定测控应答机的接收灵敏度和发射功率，选取合适的Ka/S天线，要求对中继测控通道的G/T值和EIRP值满足通信要求，同时选取合适的功率放大器；
[0018]步骤4，由卫星程控或中继卫星发送指令打开功率放大器大增益通道，返向遥测信号通过S发射天线向中继卫星发送，建立返向遥测链路，地面可实时监视Ka/S链路建立过程；Ka/S天线按程序设定指向中继卫星，进行KSA(K波单址业务)、SSA(S波段单址业务)返向链路建立，在链路建立(自动跟踪)后，由卫星程控或中继卫星发送指令关闭功率放大器大增益通道，打开小增益通道，返向遥测信号通过Ka/S天线发送；
[0019]步骤5，定义基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的测控工作模式，中继卫星进行测控通信时按照所述工作模式要求工作。
[0020]优选地，步骤I中，确定测控应答机采用非相干扩频体制。
[0021]优选地,步骤4中，S发射天线与Ka/S天线联合工作。
[0022]优选地，步骤5中，测控工作模式包括:
[0023]模式1:返向遥测，通过卫星自主方式或中继卫星发送前向遥控指令打开功率放大器大增益通道，建立返向遥测链路；
[0024]模式2:前向遥控和返向遥测；
[0025]模式3:前向遥控，接收通道处于常开模式，在中继卫星可见弧段内均可实施遥控任务或进行应急测控。
[0026]本发明提供的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统及应用方法，解决了现有技术中星载用户终端与中继卫星之间难以捕获、工作时间短、无法监控Ka/S建链过程等问题，可实现提高星载用户终端对中继卫星的捕获能力，增加与中继卫星通信时间，提高应急测控能力。
[0027]本发明由于综合运用宽波束S接收、发射天线、窄波束Ka/S天线和双通道功率放大器的特点，提高了星载用户终端与中继卫星的双向捕获能力，增加了与中继卫星通信时间，可以实时监控用户终端与中继卫星Ka/S链路建立过程，提高了应急测控能力。在减少卫星配置、节约卫星资源、降低卫星成本等方面取得了有益效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]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:
[0029]图1为本发明结构示意图；
[0030]图中:I为测控应答机，2为S接收天线，3为功率放大器，4为S发射天线，5为Ka/S天线。
【具体实施方式】
[0031]下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
[0032]如图1所示，本实施例提供了一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，包括测控应答机1、S接收天线2、功率放大器3、S发射天线4以及Ka/S天线5，具体地:
[0033]所述测控应答机1，接收通过中继卫星转发来的地面遥控信号，完成解调解扩，并将遥控基带数据送遥控终端；接收卫星星上遥测数据，完成扩频调制后，通过功率放大器进行信号放大，放大后信号再经S发射天线或Ka/S天线向中继卫星发送；
[0034]所述S接收天线2，为卫星与中继卫星建立前向测控通道，接收中继卫星发来的前向遥控信号，并传给测控应答机，由于波束宽，视场范围广，易于捕获中继卫星信号；当卫星姿态上下翻转时，可作为对地测控天线接收地面站发送的遥控信号；
[0035]所述功率放大器3，将测控应答机发给S发射天线或Ka/S天线的返向遥测信号进行放大，使天线EIRP(有效全向辐射功率)达到卫星与中继卫星测控通信的要求；功率放大器内部设置两个通道，其中，第一个通道为大增益通道，将信号发送到5发射天线(4)，该通道放大增益大，功耗较大，适用于卫星与中继卫星通信前期信号捕获私Ka/S链路建立实时监视；第二个通道为小增益通道，将信号发送到Ka/S天线(5)，该通道放大增益小，功耗较小，适用于卫星与中继卫星完成Ka/S链路建立后的返向测控通信；
[0036]所述S发射天线4，为卫星与中继卫星建立返向测控通道，接收测控应答机发来的返向遥测信号，由于波束宽，视场范围广，易于使中继卫星捕获信号；当卫星姿态上下翻转时，可作为对地测控天线向地面站发送遥测信号；
[0037]所述Ka/S天线5，与星载Ka频段中继用户终端共用，具备S频段信号发射功能，为卫星与中继卫星建立中继测控通道，接收测控应答机发来的返向遥测信号并向中继卫星发送；在卫星与中继卫星Ka/S链路建立后，接替S发射天线向中继卫星发送返向遥测信号。
[0038]进一步地，所述S接收天线和S发射天线均为宽波束固定天线；所述Ka/S天线为窄波束定向天线。
[0039]进一步地，所述Ka/S天线具有二维转动机构，可自动跟踪中继卫星，实现单次较长时间通信。
[0040]本实施提供的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，其应用方法包括如下步骤:
[0041]步骤1，根据卫星测控需求，确定测控应答机采用的扩频体制，再进一步根据确定的扩频体制确定前向测控通道和返向测控通道的数量；
[0042]步骤2，根据中继卫星运行轨道及其中继测控通道指标，设计对中继测控链路，确定对中继测控链路的中继测控天线波束宽度和增益要求，选取合适方向图的S接收天线和S发射天线；
[0043]步骤3，根据步骤2中中继测控链路的增益设计结果，确定测控应答机的接收灵敏度和发射功率，选取合适的Ka/S天线，要求对中继测控通道的G/T值和EIRP值满足通信要求，同时选取合适的功率放大器；
[0044]步骤4，由卫星程控或中继卫星发送指令打开功率放大器大增益通道，返向遥测信号通过S发射天线向中继卫星发送，建立返向遥测链路，地面可实时监视Ka/S链路建立过程；Ka/S天线按程序设定指向中继卫星，进行KSA(K波单址业务)、SSA(S波段单址业务)返向链路建立，在链路建立(自动跟踪)后，由卫星程控或中继卫星发送指令关闭功率放大器大增益通道，打开小增益通道，返向遥测信号通过Ka/S天线发送；
[0045]步骤5，定义基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的测控工作模式，如表一所示，中继卫星进行测控通信时按照所述工作模式要求工作。
[0046]进一步地，步骤I中，确定测控应答机采用非相干扩频体制。
[0047]进一步地,步骤4中，S发射天线与Ka/S天线联合工作。
[0048]进一步地，步骤5中，测控工作模式包括:
[0049]模式1:返向遥测，通过卫星自主方式或中继卫星发送前向遥控指令打开功率放大器大增益通道，建立返向遥测链路；
[0050]模式2:前向遥控和返向遥测；
[0051]模式3:前向遥控，接收通道处于常开模式，在中继卫星可见弧段内均可实施遥控任务或进行应急测控。
[0052]表1
[0053]
【权利要求】
1.一种基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，其特征在于，包括测控应答机(1)、S接收天线(2)、功率放大器(3)、S发射天线(4)以及Ka/S天线(5)，其中: 所述测控应答机(I)， -接收通过中继卫星转发来的地面遥控信号，完成解调解扩，并将遥控基带数据送遥控终端； -接收卫星星上遥测数据，完成扩频调制后，通过功率放大器(3)进行信号放大，放大后信号再经S发射天线(4)或Ka/S天线(5)向中继卫星发送； 所述S接收天线(2)，为卫星与中继卫星之间建立前向测控通道，接收中继卫星发来的前向遥控信号，并传给测控应答机(I);当卫星姿态上下翻转时，作为对地测控天线接收地面站发送的遥控信号； 所述功率放大器(3)，将测控应答机(I)发给S发射天线(4)或Ka/S天线(5)的返向遥测信号进行放大，使天线EIRP达到卫星与中继卫星测控通信的要求；功率放大器(3)内部设置两个通道，其中，第一个通道为大增益通道，将信号发送到S发射天线(4)，用于卫星与中继卫星通信前期信号捕获和Ka/S链路建立实时监视；第二个通道为小增益通道，将信号发送到Ka/S天线(5)，用于卫星与中继卫星完成Ka/S链路建立后的返向测控通信； 所述S发射天线(4)，为卫星与中继卫星之间建立返向测控通道，接收测控应答机(I)发来的返向遥测信号；当卫星姿态上下翻转时，作为地测控天线向地面站发送遥测信号； 所述Ka/S天线(5)，与星载Ka频段中继用户终端共用，具备S频段信号发射功能，为卫星与中继卫星建立中继测控通道，接收测控应答机(I)发来的返向遥测信号并向中继卫星发送；在卫星与中继卫星Ka/S链路建立后，接替S发射天线(4)向中继卫星发送返向遥测信号。
2.根据权利要求1所述的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，其特征在于，所述S接收天线(2)和S发射天线(4)均为宽波束固定天线；所述Ka/S天线(5)为窄波束定向天线。
3.根据权利要求2所述的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统，其特征在于，所述Ka/S天线(5)具有二维转动机构，可自动跟踪中继卫星，实现单次较长时间通信。
4.一种如权利要求1至3中任一项所述的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的应用方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，根据卫星测控需求，确定测控应答机(I)采用的扩频体制，再进一步根据确定的扩频体制确定前向测控通道和返向测控通道的数量； 步骤2，根据中继卫星运行轨道及其中继测控通道指标，设计对中继测控链路，确定对中继测控链路的中继测控天线波束宽度和增益要求，选取合适方向图的S接收天线(2)和S发射天线⑷； 步骤3，根据步骤2中中继测控链路的增益设计结果，确定测控应答机(I)的接收灵敏度和发射功率，选取合适的Ka/S天线(5)，要求对中继测控通道的G/T值和EIRP值满足通信要求，同时选取合适的功率放大器(3); 步骤4，由卫星程控或中继卫星发送指令打开功率放大器(3)大增益通道，返向遥测信号通过S发射天线(4)向中继卫星发送，建立返向遥测链路，地面可实时监视Ka/S链路建立过程；Ka/S天线(5)按程序设定指向中继卫星，进行KSA、SSA返向链路建立，在链路建立后，由卫星程控或中继卫星发送指令关闭功率放大器(3)大增益通道，打开小增益通道，返向遥测信号通过Ka/S天线(5)发送； 步骤5，定义基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的测控工作模式，中继卫星进行测控通信时按照所述测控工作模式要求工作。
5.根据权利要求4所述的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的应用方法，其特征在于，步骤I中，确定测控应答机(I)采用非相干扩频体制。
6.根据权利要求4所述的基于扩频体制的星载S频段中继用户终端系统的应用方法，其特征在于，步骤4中，S发射天线⑷与Ka/S天线(5)联合工作。
7.根据权利要求4所述的基于扩频体制的新型星载5频段中继用户终端的应用方法，其特征在于，步骤5中，测控工作模式包括: 模式1:返向遥测，通过卫星自主方式或中继卫星发送前向遥控指令打开功率放大器(3)大增益通道，建立返向遥测链路； 模式2:前向遥控和返向遥测； 模式3:前向遥控，接收通道处于常开模式，在中继卫星可见弧段内均可实施遥控任务或进行应急测控。
【文档编号】H04B7/15GK103490808SQ201310349986
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月12日 优先权日:2013年8月12日
【发明者】吴友华, 袁伟 申请人:上海卫星工程研究所