本发明属于飞行器测控通信技术领域，尤其涉及一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法。
背景技术：
随着空间飞行器测控通信技术的发展，中继测控在飞行器上得到了应用，当前飞行器上采用的中继测控有s频段和ka频段两种。s频段中继测控主要采用固定波束天线，实现低速宽覆盖通信。ka频段中继测控主要采用带机械伺服的抛物面天线，实现高速通信。
当前有的飞行器只采用s频段中继测控，无法实现高速通信；有的只采用ka频段中继测控，无法实现实时宽波束覆盖；现有两种形式中继测控独立设置，互不关联，资源浪费且效率较低。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法，包括s频段中继测控及ka频段中继测控两种通信链路，且两种频段中继采用一体化关联设计技术；其中s频段中继测控通信链路采用宽波束天线，对天对地面组阵收发，实现宽波束覆盖；ka频段中继测控通信链路采用相控阵天线，实现平台姿态连续变化情况下ka中继链路快速跟踪保持，对天对地面组阵收发，实现宽波束覆盖。本发明解决了飞行器中继测控中单独使用s频段中继测控通信速率较低、单独使用ka频段中继测控实时覆盖范围小、两种形式中继测控互不关联效率较低的问题。
一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法，所述测控系统包括ka频段相控阵天线、中继测控终端、对地面s接收天线、对天面s接收天线、对地面s发射天线以及对天面s发射天线；
所述测控方法分为前向测控通信链路模式和返向测控通信链路模式，其中前向测控通信链路模式的测控方法为：
中继星将地面指挥中心发出的s频段前向遥控信号转发给对地面s接收天线和所述对天面s接收天线，所述对地面s接收天线和所述对天面s接收天线将实时接收到的s频段前向遥控信号发送给中继测控终端；
所述中继测控终端根据两路s频段前向遥控信号生成遥控指令a，然后将遥控指令a发送给飞行器平台，从而控制飞行器平台；
同时，中继星将地面指挥中心发出的ka频段前向遥控信号转发给ka频段相控阵天线，所述中继测控终端根据遥控指令a控制ka频段相控阵天线是否开机：如果开机，则ka频段相控阵天线将接收到的ka频段前向遥控信号发送给中继测控终端；
所述中继测控终端根据ka频段前向遥控信号生成遥控指令b，然后将遥控指令b发送给飞行器平台，从而控制飞行器平台；
如果中继测控终端同时生成遥控指令a和遥控指令b，则中继测控终端按照设定的优先级选择一路遥控指令对飞行器平台进行控制；
返向测控通信链路模式的测控方法为：
所述中继测控终端接收飞行器平台的遥测数据，同时采集自身产生的以及ka频段相控阵天线的遥测数据，并根据这三种遥测数据生成低速遥测数据和高速遥测数据；
地面指挥中心根据所述低速遥测数据控制ka频段相控阵天线是否开机：如果开机，则ka频段相控阵天线将高速遥测数据发射到中继星，最后由中继星将高速遥测数据转发至地面指挥中心；
同时，中继测控终端将所述低速遥测数据发送到对地面s发射天线和对天面s发射天线，进而将低速遥测数据发射到中继星，最后由中继星将低速遥测数据转发至地面指挥中心。
进一步地，所述中继测控终端始终处于工作状态，且包括ka基带模块、ka射频接收模块、ka射频发射模块、s基带模块、s射频接收模块以及s射频发射模块；
所述中继测控终端根据两路s频段前向遥控信号生成遥控指令a，然后将遥控指令a发送给飞行器平台，具体步骤为：
步骤1-1：所述s射频接收模块将接收到的两路s频段前向遥控信号合成一路信号，并对其依次进行滤波、低噪声放大、下变频、中频滤波以及agc放大后得到中频信号；
步骤1-2：所述s基带模块接收s射频接收模块输出的中频信号，并对中频信号进行ad采样，然后将ad采样后的信号送入s基带模块中依次进行捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码后，得到遥控指令a，最后将遥控指令a经自身的遥控422接口传送到飞行器平台；
所述中继测控终端根据遥控指令a控制ka频段相控阵天线是否开机，具体步骤为：
步骤2-1：所述ka基带模块接收s基带模块译码得到的遥控指令a，并根据所述遥控指令a控制ka频段相控阵天线的是否开机；其中，如果遥控指令a有效，ka频段相控阵天线开机，如果遥控指令a无效，ka频段相控阵天线不开机；
所述中继测控终端根据ka频段前向遥控信号生成遥控指令b，然后将遥控指令b发送给飞行器平台，具体步骤为：
步骤3-1：所述ka射频接收模块将接收到的ka频段前向遥控信号依次进行滤波、低噪声放大、下变频、中频滤波以及agc放大后得到中频信号；
步骤3-2：所述ka基带模块接收ka射频接收模块输出的中频信号，并对中频信号进行ad采样，然后将ad采样后的信号送入ka基带模块中依次进行捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码后，得到遥控指令b，最后将遥控指令b传送到s基带模块，s基带模块又将遥控指令b经自身的遥控422接口传送到飞行器平台；
所述中继测控终端接收飞行器平台的遥测数据，同时采集自身产生的以及ka频段相控阵天线的遥测数据，并根据这三种遥测数据生成低速遥测数据和高速遥测数据，具体步骤为：
步骤4-1：所述ka基带模块通过自身的遥测422接口接收飞行器平台传送的遥测数据，然后将这三种遥测数据进行编帧、编码以及成形滤波得到高速遥测数据；然后，所述ka基带模块在所述高速遥测数据中提取飞行器平台遥测数据和自身遥测数据，并将这2种遥测数据形成低速遥测数据，然后传送到s基带模块；
所述地面指挥中心根据所述低速遥测数据控制ka频段相控阵天线是否开机，从而将高速遥测数据发射到中继星，具体步骤为：
步骤5-1：所述ka射频发射模块接收ka基带模块输出的高速遥测数据，并依次对其进行载波调制、小信号放大以及滤波，再将滤波后的高速遥测数据传输到ka频段相控阵天线；同时地面指挥中心根据步骤4-1所述的低速遥测数据以及预设的低速遥测数据与控制指令对应关系，生成对应的控制指令，从而控制ka频段相控阵天线是否开机，如果控制指令有效，则ka频段相控阵天线开机，且ka频段相控阵天线将滤波后的高速遥测数据发射到中继星；如果控制指令无效，则ka频段相控阵天线保持关机状态；
所述中继测控终端将所述低速遥测数据发送到对地面s发射天线和对天面s发射天线，进而发射到中继星，具体步骤为：
步骤6-1：所述s基带模块实时接收ka基带模块输出的低速遥测数据；
步骤6-2：所述s基带模块对低速遥测数据依次进行组帧、编码、扩频调制，再将扩频调制后的数据传送到s射频发射模块；s射频发射模块对接收到数据进行上变频、放大、滤波后，输出到所述对地面s发射天线和对天面s发射天线，将所述数据发射到中继星。
进一步地，步骤4-1所述的高速遥测数据传输速率为mbps，所述的低速遥测数据传输速率为kbps。
进一步地，所述ka频段相控阵天线、对地面s接收天线、对天面s接收天线、对地面s发射天线以及对天面s发射天线通过射频电缆与中继测控终端连接。
进一步地，步骤3-2所述的遥控指令b和步骤4-1所述的低速遥测数据，通过内部总线传输给s基带模块。
进一步地，所述对地面s接收天线和对天面s接收天线为固定宽波束天线组阵。
进一步地，一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法，其特征在于，所述测控系统还包括s电源模块和ka电源模块，其中ka电源模块为ka基带模块、ka射频接收模块以及ka射频发射模块提供电能，s电源模块为s基带模块、s射频接收模块以及s射频发射模块提供电能。
进一步地，一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法，其特征在于，步骤1-2和步骤3-2中的捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码操作分别在s基带模块和ka基带模块中的基带信号处理单元fpga中完成。
有益效果：
本发明通过采用了ka-s多频段中继一体化设计技术，兼顾实现了飞行器s频段宽波束全球实时连续测控与ka频段高码率长时间数据传输，传统的ka频段中继测控通信链路采用的是剖面天线，利用电机驱动剖面天线产生机械运动从而实现切换波束，而本发明采用相控阵天线接收遥控指令去切换天线的相位变换，无需机械驱动，就能实现波束的快速切换，即使在飞行器姿态连续变化情况下也能快速跟踪保持；此外本发明通过ka-s频段中继关联设计提高了飞行器平台测控的效率与可靠性，还解决了飞行器平台中继测控中单独使用s频段中继测控通信速率较低、单独使用ka频段中继测控实时覆盖范围小、两种形式中继测控互不关联效率较低的问题。
附图说明
图1为本发明ka-s多频段中继一体化测控系统组成原理图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细叙述。
如图1所示，为本发明ka-s多频段中继一体化测控系统组成原理图，一种基于ka-s频段中继一体化测控系统的测控方法，所述测控系统包括ka频段相控阵天线、中继测控终端、对地面s接收天线、对天面s接收天线、对地面s发射天线以及对天面s发射天线；
所述测控方法分为前向测控通信链路模式和返向测控通信链路模式，其中前向测控通信链路模式的测控方法为：
中继星将地面指挥中心发出的s频段前向遥控信号转发给对地面s接收天线和所述对天面s接收天线，所述对地面s接收天线和所述对天面s接收天线将实时接收到的s频段前向遥控信号发送给中继测控终端；
所述中继测控终端根据两路s频段前向遥控信号生成遥控指令a，然后将遥控指令a发送给飞行器平台，从而控制飞行器平台；
同时，中继星将地面指挥中心发出的ka频段前向遥控信号转发给ka频段相控阵天线，所述中继测控终端根据遥控指令a控制ka频段相控阵天线是否开机：如果开机，则ka频段相控阵天线将接收到的ka频段前向遥控信号发送给中继测控终端；
所述中继测控终端根据ka频段前向遥控信号生成遥控指令b，然后将遥控指令b发送给飞行器平台，从而控制飞行器平台；
如果中继测控终端同时生成遥控指令a和遥控指令b，则中继测控终端按照设定的优先级选择一路遥控指令对飞行器平台进行控制；
返向测控通信链路模式的测控方法为：
所述中继测控终端接收飞行器平台的遥测数据，同时采集自身产生的以及ka频段相控阵天线的遥测数据，并根据这三种遥测数据生成低速遥测数据和高速遥测数据；其中，ka频段相控阵天线的遥测数据从ka基带模块实时接收；
地面指挥中心根据所述低速遥测数据控制ka频段相控阵天线是否开机：如果开机，则ka频段相控阵天线将高速遥测数据发射到中继星，最后由中继星将高速遥测数据转发至地面指挥中心；
同时，中继测控终端将所述低速遥测数据发送到对地面s发射天线和对天面s发射天线，进而将低速遥测数据发射到中继星，最后由中继星将低速遥测数据转发至地面指挥中心。
进一步地，所述中继测控终端始终处于工作状态，且包括ka基带模块、ka射频接收模块、ka射频发射模块、s基带模块、s射频接收模块以及s射频发射模块；
所述中继测控终端根据两路s频段前向遥控信号生成遥控指令a，然后将遥控指令a发送给飞行器平台，具体步骤为：
步骤1-1：所述s射频接收模块将接收到的两路s频段前向遥控信号合成一路信号，并对其依次进行滤波、低噪声放大、下变频、中频滤波以及agc放大后得到中频信号；
步骤1-2：所述s基带模块接收s射频接收模块输出的中频信号，并对中频信号进行ad采样，然后将ad采样后的信号送入s基带模块中依次进行捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码后，得到遥控指令a，最后将遥控指令a经自身的遥控422接口传送到飞行器平台；
所述中继测控终端根据遥控指令a控制ka频段相控阵天线是否开机，具体步骤为：
步骤2-1：所述ka基带模块接收s基带模块译码得到的遥控指令a，并根据所述遥控指令a控制ka频段相控阵天线的是否开机；其中，如果遥控指令a有效，ka频段相控阵天线开机，如果遥控指令a无效，ka频段相控阵天线不开机；
所述中继测控终端根据ka频段前向遥控信号生成遥控指令b，然后将遥控指令b发送给飞行器平台，具体步骤为：
步骤3-1：所述ka射频接收模块将接收到的ka频段前向遥控信号依次进行滤波、低噪声放大、下变频、中频滤波以及agc放大后得到中频信号；
步骤3-2：所述ka基带模块接收ka射频接收模块输出的中频信号，并对中频信号进行ad采样，然后将ad采样后的信号送入ka基带模块中依次进行捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码后，得到遥控指令b，最后将遥控指令b传送到s基带模块，s基带模块又将遥控指令b经自身的遥控422接口传送到飞行器平台；
所述中继测控终端接收飞行器平台的遥测数据，同时采集自身产生的以及ka频段相控阵天线的遥测数据，并根据这三种遥测数据生成低速遥测数据和高速遥测数据，具体步骤为：
步骤4-1：所述ka基带模块通过自身的遥测422接口接收飞行器平台传送的遥测数据，然后将这三种遥测数据进行编帧、编码以及成形滤波得到高速遥测数据；然后，所述ka基带模块在所述高速遥测数据中提取飞行器平台遥测数据和自身遥测数据，并将这2种遥测数据形成低速遥测数据，然后传送到s基带模块；
所述地面指挥中心根据所述低速遥测数据控制ka频段相控阵天线是否开机，从而将高速遥测数据发射到中继星，具体步骤为：
步骤5-1：所述ka射频发射模块接收ka基带模块输出的高速遥测数据，并依次对其进行载波调制、小信号放大以及滤波，再将滤波后的高速遥测数据传输到ka频段相控阵天线；同时地面指挥中心根据步骤4-1所述的低速遥测数据以及预设的低速遥测数据与控制指令对应关系，生成对应的控制指令，从而控制ka频段相控阵天线是否开机，如果控制指令有效，则ka频段相控阵天线开机，且ka频段相控阵天线将滤波后的高速遥测数据发射到中继星；如果控制指令无效，则ka频段相控阵天线保持关机状态；
所述中继测控终端将所述低速遥测数据发送到对地面s发射天线和对天面s发射天线，进而发射到中继星，具体步骤为：
步骤6-1：所述s基带模块实时接收ka基带模块输出的低速遥测数据；
步骤6-2：所述s基带模块对低速遥测数据依次进行组帧、编码、扩频调制，再将扩频调制后的数据传送到s射频发射模块；s射频发射模块对接收到数据进行上变频、放大、滤波后，输出到所述对地面s发射天线和对天面s发射天线，将所述数据发射到中继星。
进一步地，步骤4-1所述的高速遥测数据传输速率为mbps，所述的低速遥测数据传输速率为kbps。
进一步地，所述ka频段相控阵天线、对地面s接收天线、对天面s接收天线、对地面s发射天线以及对天面s发射天线通过射频电缆与中继测控终端连接。
进一步地，步骤3-2所述的遥控指令b和步骤4-1所述的低速遥测数据，通过内部总线传输给s基带模块。
进一步地，所述对地面s接收天线和对天面s接收天线为固定宽波束天线组阵。
进一步地，所述测控系统还包括s电源模块和ka电源模块，其中ka电源模块为ka基带模块、ka射频接收模块以及ka射频发射模块提供电能，s电源模块为s基带模块、s射频接收模块以及s射频发射模块提供电能。
进一步地，步骤1-2和步骤3-2中的捕获、跟踪、比特同步、解调以及译码操作分别在s基带模块和ka基带模块中的基带信号处理单元fpga中完成。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。