飞行器综合信息处理子系统及航天测控系统的制作方法

本发明涉及航天测控技术领域，具体涉及一种飞行器综合信息处理子系统及航天测控系统。

背景技术：

航天测控系统的发展大致经历了三个阶段：第一阶段为地基测控时代，主要在上世纪70年代前，标志是完成了测控站的测量体制的开发。研制成功了用于远程导弹系统，以及具有多业务服务能力的统一载波测量设备(如统一S波段测控系统)，实现了多业务传输和轨道测控的综合。第二阶段是天基测控时代，主要在20世纪80年代至90年代，成功开发了全球范围(包括近地空间)的高精密卫星导航定位系统(GPS)和跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)，在此基础上建成了一个全球高精度、高速率测控与传输系统。第三阶段地基天基联合应用时代，主要是在20世纪90年代以后，美国在军事综合信息系统运行的基础上，对运行系统作了大范围扩展应用研究，提出了航天稀布阵雷达，近地轨道布设GPS/通信星座，针对GPS、TDRSS系统研制了功能更强的新卫星平台，TDRS开辟了新频段(Ka)，提高了传输速率，增设了新的地面测控站。

目前，随着作战模式的不断发展，飞行器中的飞航导弹需区分高低弹道，高弹道为领弹，其它则为战斗弹；但由于飞航导弹的飞行速度慢，一旦其中的领弹被攻击，网络将很难再恢复；同时由于现有飞行器的通信方法单一，使得对飞行器的测控存在易中断且数据获取不完全的缺陷。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种飞行器综合信息处理子系统及航天测控系统，采用软件无线电和开放式架构，将协同、视距超视距一体测控进行一体化设计，实现了多种无线通信功能，且集成化高、成本低及可扩展性强。

为解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种飞行器综合信息处理子系统，包括：通信连接的射频前端模块、数据处理模块、加解密模块及接口电源模块；

所述射频前端模块，用于将接收的原射频载波信号进行下变频及滤波处理，得到中频载波信号，并将该中频载波信号发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块，用于将接收的所述中频载波信号转化为加密信源信息，将该加密信源信息发送至所述加解密模块；以及，用于将接收的加密后的待发送信源信息经基带处理及上变频处理后转化为射频载波信号，将该射频载波信号发送至射频载波信号的接收方；

所述加解密模块，用于在接收到所述加密信源信息后对该加密信源信息进行解密，得到所述解密后的信源信息，并将该解密后的信源信息发送至接口电源模块；以及，在接收到接口电源模块待发送信源信息后对该待发送信源信息进行加密，得到所述加密后的待发送信源信息，并将该加密后的待发送信源信息发送至所述数据处理模块。

进一步的，所述接口电源模块，用于为所述子系统中的各模块进行供电，并提供各模块之间通信的接口；

其中，通信所用的线路包括：用于传输数据的数据总线、用于传输交互控制信息的控制总线及用于实时监测所述子系统中各模块状态的自测试总线。

进一步的，所述射频前端模块包括：

射频载波信号接收单元，用于接收所述子系统外部的射频载波信号；

下变频处理单元，用于对所述原射频载波信号进行下变频及滤波处理，得到中频载波信号；

中频载波信号发送单元，用于将所述中频载波信号发送至所述数据处理模块。

进一步的，所述数据处理模块包括：

中频载波信号接收单元，用于接收所述射频前端模块发送的中频载波信号，并将该中频载波信号转化为加密信源信息，以及将该加密信源信息发送至所述基带处理单元；

基带处理单元，用于对中频载波信号接收单元的信息进行解扩、解调及解码处理，并发送至加解密模块；以及对加解密模块发送的信息进行编码、调制及扩频处理，并将处理后得到的中频载波信号发送至上变频处理单元；

上变频处理单元，用于对所述基带处理单元发送的所述中频载波信号进行上变频处理，并将处理后的射频载波信号发送至射频载波信号发送单元；

射频载波信号发送单元，用于将所述上变频处理单元发送的射频载波信号发送至射频载波信号的接收方。

进一步的，所述加解密模块包括：

加密单元，用于接收所述数据处理模块发送的加密信源信息，对该加密信源信息进行解密，得到所述解密后的信源信息，并将该解密后的信源信息发送至接口电源模块；

解密单元，用于接收接口电源模块发送的待发送信源信息，对该待发送信源信息进行加密，得到所述加密后的待发送信源信息，并将该加密后的待发送信源信息发送至所述数据处理模块。

进一步的，所述基带处理单元中设有现场可编程门阵列FPGA处理器，用于对所述中频载波信号进行基带数据的多链路并行处理；

其中，所述多链路包括：协同链路、视距链路及超视距链路。

另一方面，本发明还提供了一种航天测控系统，所述航天测控系统中包括所述的飞行器综合信息处理子系统，还包括：数据传输子系统和地面测控子系统；

所述数据传输子系统用于将所述飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号进行功率放大，并将功率放大后的射频载波信号发送至所述地面测控子系统；

所述地面测控子系统用于接收所述射频载波信号，并将所述射频载波信号进行信号处理。

进一步的，所述飞行器综合信息处理子系统安装在机箱内，且集成在机箱的背板上；所述机箱内设置在所述飞行器中。

进一步的，所述数据传输子系统包括：

数据传输发送单元，用于对所述飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号进行分时功率放大；

天线单元，用于对所述射频载波信号进行辐射或接收，且所述天线单元包括对星天线、对地天线及组网天线。

进一步的，所述地面测控子系统包括：

数据接收及处理单元，用于发送和接收飞行器上的飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号，并对射频载波信号进行信号处理，其中，所述信号处理包括对信号的解析、分发、查询、存储、处理、显示、回放、分析、统计及打印；

链路监控单元，用于对链路进行监控以及对天线信道设备进行故障自动告警；

加解密单元，用于对射频载波信号进行加密或解密；

对外通信单元，用于通过通信网络与系统外部的外围设备进行通信。

由上述技术方案可知，本发明所述的一种飞行器综合信息处理子系统及航天测控系统，子系统包括通信连接的射频前端模块、数据处理模块、加解密模块及接口电源模块，射频前端模块将接收的原射频载波信号进行下变频及滤波处理；数据处理模块将接收的中频载波信号转化为加密信源信息，以及将加密后的待发送信源信息经基带及上变频处理后转化为射频载波信号；加解密模块对加密信源信息进行解密，得到解密后的信源信息，并将该解密后的信源信息发送至接口电源模块；本发明采用软件无线电和开放式架构，将协同、视距及超视距一体测控进行一体化设计。实现了多种无线通信功能，且集成化高、成本低及可扩展性强。可有力支撑飞行器实现协同、视距及超视距一体测控等功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一中的一种飞行器综合信息处理子系统的一种具体实施例的结构示意图；

图2是本发明的综合信息处理子系统中射频前端模块10的一种具体实施例的结构示意图；

图3是本发明的综合信息处理子系统中数据处理模块20的一种具体实施例的结构示意图；

图4是本发明的综合信息处理子系统中加解密模块30的一种具体实施例的结构示意图；

图5是本发明实施例一中的一种航天测控系统的一种具体实施例的结构示意图；

图6是本发明的航天测控系统中数据传输子系统50的一种具体实施例的结构示意图；

图7是本发明的航天测控系统中地面测控子系统60的一种具体实施例的结构示意图；

图8是本发明具体应用例中的包括飞行器综合信息处理子系统的一种航天测控系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例一提供了一种飞行器综合信息处理子系统的一种具体实施方式。参见图1，该综合信息处理子系统具体包括如下内容：

通信连接的射频前端模块10、数据处理模块20、加解密模块30及接口电源模块40。

所述射频前端模块10，用于将接收的原射频载波信号进行下变频及滤波处理，得到中频载波信号，并将该中频载波信号发送至所述数据处理模块。

在射频前端模块10中，射频前端模块10接收原射频载波信号的发送方发送的原射频载波信号，在本发明中，原射频载波信号的发送方即为下述的数据传输子系统，且射频前端模块10主要用于完成射频载波信号的下变频及滤波等过程，其中的下变频部分采用分立式、宽频带、可配置的信道，适应多种链路的频率范围，其中下变频是将特定的频率经过变频器变换成比较低的频率,以利于解调出载有的信息；而滤波(Wave filtering)是将信号中特定波段频率滤除的操作，是抑制和防止干扰的一项重要措施。

所述数据处理模块20，用于将接收的所述中频载波信号转化为加密信源信息，将该加密信源信息发送至所述加解密模块；以及，用于接收的加密后的待发送信源信息经基带处理及上变频处理后转化为射频载波信号，将该射频载波信号发送至射频载波信号的接收方。

在数据处理模块20中，数据处理模块20用于对中频载波信号进行基带处理，且基带处理部分采用FPGA处理器架构，可并行处理协同链路、视距链路和超视距链路等多条链路的基带信息；同时，数据处理模块20也用于将接收的加密后的待发送信源信息进行上变频处理，转化为射频载波信号所述上变频为经过变频器变换成更高的适合发射或传输的频率，且上变频部分也采用分立式、宽频带、可配置的信道，适应多种链路的频率范围，其中，所述原射频载波信号的发送方即为下述系统中的数据传输子系统。

所述加解密模块30，用于在接收到所述加密信源信息后对该加密信源信息进行解密，得到所述解密后的信源信息，并将该解密后的信源信息发送至接口电源模块；以及，在接收到接口电源模块待发送信源信息后对该待发送信源信息进行加密，得到所述加密后的待发送信源信息，并将该加密后的待发送信源信息发送至所述数据处理模块。

在加解密模块30中，加解密模块30主要完成多种信源的加解密，进行功能集成设计；上述子系统主要完成数据传输系统供电、对外接口、加解密、基带处理、上下变频等功能，综上，飞行器综合信息处理子系统采用基于开放式架构模块设计，共有四个模块，模块之间采用高速总线通过背板进行互联。

接口电源模块40，用于为所述子系统中的各模块进行供电，并提供各模块之间通信的接口；

在接口电源模块40中，通信所用的线路包括：用于传输数据的数据总线、用于传输交互控制信息的控制总线及用于实时监测所述子系统中各模块状态的自测试总线；接口电源模块40采用数据、控制、自测试三种总线集成设计，其中数据总线采用Rapid IO总线，控制总线采用CAN总线，自测试采用I²C总线。3种总线各司其职，共同完成系统的内部通信和互联。

从上述描述可知，本发明的实施例中的子系统使用一套硬件设备即实现了多种无线通信功能，可有力支撑飞行器实现协同、视距及超视距一体测控等功能；为航天测控系统提供了一种通用框架，通用可扩展开放式数据传输系统采用“集成化、低成本和可扩展”的设计思路，采用软件无线电和开放式架构，将协同、视距及超视距一体测控进行一体化设计。

在一种具体实现方式中，本发明提供了上述子系统中的射频前端模块10的一种具体实施方式。参见图2，该射频前端模块10具体包括如下内容：

射频载波信号接收单元11，用于接收所述子系统外部的射频载波信号。

下变频处理单元12，用于对所述原射频载波信号进行下变频及滤波处理，得到中频载波信号。

中频载波信号发送单元13，用于将所述中频载波信号发送至所述数据处理模块20。

从上述描述可知，本发明的实施例实现了射频前端模块的信号接收及处理的过程，保证了子系统能够接收及处理的信号的多样性与及时性。

在一种具体实现方式中，本发明提供了上述子系统中的数据处理模块20的一种具体实施方式。参见图3，该数据处理模块20具体包括如下内容：

中频载波信号接收单元21，用于接收所述射频前端模块发送的中频载波信号，并将该中频载波信号转化为加密信源信息，以及将该加密信源信息发送至所述基带处理单元22。

基带处理单元22，用于对中频载波信号接收单元21的信息进行解扩、解调及解码处理，并发送至加解密模块；以及对加解密模块30发送的信息进行编码、调制及扩频处理，并将处理后得到的中频载波信号发送至上变频处理单元23。

上变频处理单元23，用于对所述基带处理单元22发送的所述中频载波信号进行上变频处理，并将处理后的射频载波信号发送至射频载波信号发送单元24。

射频载波信号发送单元24，用于将所述上变频处理单元23发送的射频载波信号发送至射频载波信号的接收方。

在上述描述中，所述基带处理单元22中设有现场可编程门阵列FPGA处理器，用于对所述中频载波信号进行基带数据的多链路并行处理；其中，所述多链路包括：协同链路、视距链路及超视距链路，且射频载波信号发送至射频载波信号的接收方即为后述的数据传输子系统。

从上述描述可知，本发明的实施例实现了对信号的基带处理及上变频处理，保证了飞行器在接收信号后，能够及时且可靠的将回复信息传回至信号的发送方。

在一种具体实现方式中，本发明的实施例提供了上述子系统中的加解密模块30的一种具体实施方式。参见图4，该加解密模块30具体包括如下内容：

加密单元31，用于接收所述数据处理模块20发送的加密信源信息，对该加密信源信息进行解密，得到所述解密后的信源信息，并将该解密后的信源信息发送至接口电源模块。

解密单元32，用于接收接口电源模块40发送的待发送信源信息，对该待发送信源信息进行加密，得到所述加密后的待发送信源信息，并将该加密后的待发送信源信息发送至所述数据处理模块20。

在一种具体实现方式中，本发明的实施例保证了数据信号在传输过程中的安全性，提高了航天测控系统的安全系数。

本发明实施例二提供了一种航天测控系统的一种具体实施方式。参见图5，该一种航天测控系统具体包括如下内容：

上述的飞行器综合信息处理子系统，还包括：数据传输子系统50和地面测控子系统60；

飞行器综合信息处理子系统安装在机箱内，且集成在机箱的背板上；所述机箱内设置在所述飞行器中。

所述数据传输子系统50用于将所述飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号进行功率放大，并将功率放大后的射频载波信号发送至所述地面测控子系统60。

所述地面测控子系统60用于接收所述射频载波信号，并将所述射频载波信号进行信号处理。

从上述描述可知，本发明的实施例中的数据传输系统在飞行器上的设备主要由综合信息处理机、数据传输发射机、对星天线和对地天线等组成；通过可扩展开放式的硬件架构设计，可融合和扩展多种通信链路，满足飞行器的多种通信需求。

在一种具体实现方式中，本发明的实施例提供了上述系统中的数据传输子系统50的一种具体实施方式。参见图6，该数据传输子系统50具体包括如下内容：

数据传输发送单元51，用于对所述飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号进行分时功率放大。

天线单元52，用于对所述射频载波信号进行辐射或接收，且所述天线单元包括对星天线、对地天线及组网天线。

从上述描述可知，本发明的实施例通过标准化模块的设计，便于系统进行更好的功能划分，便于模块的原位替换和维护。

在一种具体实现方式中，本发明的实施例提供了上述系统中的地面测控子系统60的一种具体实施方式。参见图7，该地面测控子系统60具体包括如下内容：

数据接收及处理单元61，用于发送和接收飞行器上的飞行器综合信息处理子系统发出的射频载波信号，并对射频载波信号进行信号处理，其中，所述信号处理包括对信号的解析、分发、查询、存储、处理、显示、回放、分析、统计及打印。

链路监控单元62，用于对链路进行监控以及对天线信道设备进行故障自动告警。

加解密单元63，用于对射频载波信号进行加密或解密。

对外通信单元64，用于通过通信网络与系统外部的外围设备进行通信。

从上述描述可知，本发明的实施例提供了一种地面设备，且地面设备由测控站、外围设备等组成，通过可扩展开放式的硬件架构设计，可融合和扩展多种通信链路，满足飞行器的多种通信需求。

为更进一步的说明本方案，本发明提供一种包括飞行器综合信息处理子系统的一种航天测控系统的具体应用例。参见图8，该航天测控系统具体包括如下内容：

a)通用可扩展开放式航天测控系统硬件架构设计：

通用可扩展开放式航天测控系统采用“集成化、低成本和可扩展”的设计思路，采用软件无线电和开放式架构，将协同、视距及超视距一体测控进行一体化设计。战术武器上的设备由飞行器综合信息处理子系统、数据传输发射机、对星天线、对地天线和组网天线等组成，实现战术武器信号的收发处理；地面设备由测控站、外围设备等组成，实现地面信息的处理。

b)基于开放式架构的模块设计：

飞行器综合信息处理子系统采用开放式架构，由接口电源模块、数据处理模块、射频前端模块、加解密模块、背板和机箱等组成。各模块按照相同功能集成进行划分，形成了有机整体。各模块均采用标准化的结构和接口，具备一定的通用性和互换性。

c)高速控制、数据总线集成设计：

飞行器综合信息处理子系统内部采用数据、控制、自测试3种总线集成设计，其中数据总线采用Rapid IO总线，控制总线采用CAN总线，自测试采用I2C总线。3种总线各司其职，共同完成系统的内部通信和互联。

具体包括：

1、通用可扩展开放式航天测控系统硬件架构设计

航天测控系统在飞行器上的设备主要由飞行器综合信息处理子系统、数据传输发射机、对星天线和对地天线等组成。各设备的具体功能和设计如下：

a)飞行器综合信息处理子系统：

飞行器综合信息处理子系统主要完成航天测控系统供电、对外接口、加解密、基带处理、上下变频等功能。飞行器综合信息处理子系统硬件采用基于开放式架构模块设计，共有4个模块，模块之间采用高速总线通过背板进行互联。

飞行器综合信息处理子系统的供电由外系统统一供电，供电电压为28V±4V。

对外接口可根据系统需要进行配置，可包括1553B、LVDS、RS422等。

b)数据传输发射机

数据传输发射机主要完成航天测控系统功率放大功能。数据传输发射机采用集成化设计思路，相近频段的功放统一、采用宽频带设计，不同频段的功放进行集成，功放均分时工作。

c)对星天线/对地天线/组网天线

天线主要完成射频信号的辐射和接收，可根据增益和角域需要选用微带天线、多波束天线和相控阵天线等。

地面设备由测控站、外围设备等组成，其中测控站的功能和设计如下：

a)数据的接收和处理：

发送和接收飞行器的信号，对信号进行解析、分发、查询、存储、处理、显示、回放、分析、统计及打印等。

b)链路监控：

对链路进行监控，对天线信道设备进行故障自动告警。

c)加解密：

对信息进行加解密。

d)对外通信：

通过通信网络与外围设备进行通讯。

2、基于开放式架构的模块设计

飞行器综合信息处理子系统采用基于开放式架构的模块设计，由背板和机箱以及4个模块构成，模块分别为接口电源模块、数据处理模块、射频前端模块、加解密模块，模块均符合VITA48.2标准3U 1.00in标准。各模块的功能如下：

a)接口电源模块：

接口电源模块主要完成内外部信息转换、对外接口、对内接口、供配电等功能。

b)数据处理模块：

数据处理模块主要完成数据的基带处理、信号的上变频。

c)射频前端模块：

射频前端模块主要完成信号的下变频、滤波等。

d)加解密模块：

加解密模块主要完成信源信息的加解密。

3、高速控制、数据总线集成设计。

a)数据总线：

数据总线主要用于传输高速数据,采用Rapid IO总线，速率可达3.25Gbps。采用点对点模式，由接口电源模块作为核心，分别与其余三个模块建立单独的通道进行通信。

b)控制总线：

控制总线主要用于传输模块间的交互控制信息，采用CAN总线，速率可达1Mbps。采用主从方式，接口/电源是主节点，其他节点均为从节点，数据传输方式为命令响应式。

c)自测试总线：

自测试总线主要用于各模块的第三方监测，监测各模块的温度、电压和状态等，采用I2C总线，速率可达100kbps。采用主从模式，接口电源模块为主设备，其它模块为从设备。

从上述描述可知，本发明的具体应用例通过可扩展开放式的硬件架构设计，可融合和扩展多种通信链路，满足飞行器的多种通信需求；通过标准化模块的设计，便于系统进行更好的功能划分，便于模块的原位替换和维护；通过不同总线的功能划分，使各总线各司其职，便于系统的扩展和维护。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。