星间距离测量装置的制作方法

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种星间距离测量装置。

背景技术：

利用多个卫星协同完成特定任务是卫星应用的主要模式之一，无论在军事航天领域还是在民用领域都有广泛的应用，例如美国国防部和美国国家航空航天局支持的大学纳卫星计划、以及美国国家航空航天局和德国航空中心合作的grace(gravityrecoveryandclimateexperiment)地球重力场反演系统等。

卫星的星间距离值对于多星协同任务的实现具有重要意义，是多星协同控制的基础；第一方面，基于对星间距离的实时监控，能够及时控制卫星编队构型，有效地避免成员卫星的碰撞，例如德国陆地合成孔径雷达编队卫星terrasar-x和tandem-x的星间距离仅为几百米，在进行协同作业时需要实时监测二者之间的距离以便于及时控制，降低碰撞风险；第二方面，星间距离测量直接决定了卫星编队任务的实现，例如太空任务grace即是通过测量双星距离的变化值来反演地球重力场。

公开号为cn101526613a、名称为《基于星间信息交换的星间相对距离测量装置》的中国专利文献公开了一种星间相对距离测量装置，该星间相对距离测量装置由现场可编程门阵列fpga处理器通过内部搭建电路实现信号时延的测量，从而计算出星间相对的距离关系；但利用该装置完成星间测距需要专门对现场可编辑门阵列fpga进行编程开发，导致软件开发工作量大，人力开发成本和硬件实现成本高。

因此，开发一种结构简单、开发成本低、可推广使用的能够实现精准测距的星间距离测量装置，成为了本领域的技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种星间距离测量装置。

为此，本发明公开了一种星间距离测量装置，所述装置安装在卫星的星载平台上，所述装置包括：控制单元、sx1280芯片单元、射频放大单元、双工器和天线；

所述控制单元分别连接所述卫星的星务计算机、所述sx1280芯片单元、所述射频放大单元和所述双工器，所述控制单元用于与所述星务计算机进行信息交流、以及用于控制所述sx1280芯片单元、所述射频放大单元和所述双工器的工作状态；

所述sx1280芯片单元的射频端分别连接所述射频放大单元的输入端和所述双工器的输出端，所述sx1280芯片单元用于测距信号的生成及接收解析；

所述射频放大单元的输出端连接所述双工器的输入端，所述射频放大单元用于对所述sx1280芯片单元输出的测距信号进行放大；

所述双工器的发射端连接所述天线，所述双工器设置有可切换的接收通路和发射通路，所述双工器用于接收或发射测距信号。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述控制单元为基于flash架构的smartfusion2芯片，所述控制单元通过can总线与所述星务计算机连接，所述控制单元通过所述can总线接收所述星务计算机的指令、以及将所述sx1280芯片单元的测距结果发送给所述星务计算机。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述sx1280芯片单元为采用lora调制方式的sx1280射频芯片，所述sx1280芯片单元通过串行外设接口连接所述控制单元，所述控制单元通过所述串行外设接口控制所述sx1280芯片单元的工作参数和工作状态。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述sx1280芯片单元和所述控制单元还通过两个连接线相互连接，两个所述连接线包括复位线和状态线，所述控制单元通过所述复位线对所述sx1280芯片单元进行复位控制，所述sx1280芯片单元通过所述状态线向所述控制单元发送工作状态信息。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述射频放大单元为功率放大器，所述功率放大器的放大增益根据需要进行测距的两个卫星间的星间距离最大值确定。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述功率放大器的放大增益采用式1计算；

lmax＝3×10^g/20(1)

其中，lmax表示需要进行测距的两个卫星间的星间距离最大值，lmax的单位为km，g表示所述功率放大器的放大增益，g的单位为db。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述双工器为具有接收通路和发射通路的微波开关，所述微波开关通过射频电缆连接所述天线。

进一步地，在所述星间距离测量装置中，所述天线为收发共用全向天线。

本发明的星间距离测量装置通过利用sx1280芯片单元自带的测距功能，能够实现星间距离测量，且星间距离测量的实现只需通过控制单元对sx1280芯片单元进行参数配置和工作模式控制即可，无需进行单独的测距功能的开发工作，结构简单，体积小，能耗低，灵敏度高，硬件成本和开发成本低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的星间距离测量装置的结构原理图；

图2为本发明一个实施例的星间距离测量装置中控制单元和sx1280芯片单元的连接关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

如附图1所示，本发明实施例提供了一种星间距离测量装置，该星间距离测量装置安装在卫星的星载平台上，该装置包括：控制单元、sx1280芯片单元、射频放大单元、双工器和天线；控制单元分别连接卫星的星务计算机、sx1280芯片单元、射频放大单元和双工器，控制单元用于与星务计算机进行信息交流、以及用于控制sx1280芯片单元、射频放大单元和双工器的工作状态；sx1280芯片单元的射频端分别连接射频放大单元的输入端和双工器的输出端，sx1280芯片单元用于测距信号的生成及接收解析；射频放大单元的输出端连接双工器的输入端，射频放大单元用于对sx1280芯片单元输出的测距信号进行放大；双工器的发射端连接天线，双工器设置有可切换的接收通路和发射通路，双工器用于发射或接收测距信号。

以下对本发明实施例提供的星间距离测量装置的结构及工作原理进行具体说明。

具体地，当本卫星需要确定本卫星与其他卫星的星间距离时，星务计算机向控制单元发送指令，控制单元根据星务计算机的指令对sx1280芯片单元进行参数配置，将sx1280芯片单元由空闲状态调整为工作状态，即将sx1280芯片单元配置成测距引擎模式和主从模块，同时控制单元根据星务计算机的指令对双工器进行控制，使双工器处于接收通路开启状态；此时，天线接收来自其他卫星的测距信号并将接收到的测距信号通过双工器送至sx1280芯片单元，sx1280芯片单元对接收到的测距信号进行解析处理，以确定本卫星与需要进行星间测距的其他卫星间的距离，并将获得的星间测距结果送至控制单元，控制单元将接收到的星间测距结果送至星务计算机。

当其他卫星需要确定其与本卫星的星间距离时，星务计算机向控制单元发送指令，控制单元根据星务计算机的指令对sx1280芯片单元进行参数配置，将sx1280芯片单元由空闲状态调整为工作状态，即将sx1280芯片单元配置成测距引擎模式和主从模块，同时控制单元根据星务计算机的指令对双工器进行控制，使双工器处于发射通路开启状态；此时，sx1280芯片单元生成带有标记的测距信号并送至射频放大单元，射频放大单元对接收到的测距信号进行放大，并经双工器将放大后的测距信号送至天线，天线将测距信号发射出去，以便于其他卫星接收，其他卫星通过对本卫星发射出的测距信号进行解析处理，能够确定其与本卫星的星间距离。

本发明实施例中，控制单元可以为基于flash架构的smartfusion2芯片，控制单元通过can总线(controllerareanetwork，can)与星务计算机连接，控制单元通过can总线接收星务计算机的指令、以及将sx1280芯片单元的测距结果发送给星务计算机；如此设置，能够便于控制单元与星务计算机之间的信息传递交流。

进一步地，sx1280芯片单元可以为采用lora调制方式的sx1280射频芯片，sx1280芯片单元通过串行外设(spi)接口连接控制单元，控制单元通过串行外设接口控制sx1280芯片单元的工作参数和工作状态。如此设置，利用sx1280射频芯片自带的基于tof(timeofflight)原理的测距功能能够直接实现星间测距，无需单独开展测距软件的开发；并且控制单元能够通过spi接口对sx1280射频芯片的工作状态和工作参数进行精准控制、以及通过spi接口读取sx1280射频芯片的内部寄存器中寄存的信息，例如读取寄存器寄存的星间测距结果。

其中，sx1280射频芯片的工作频段可以设置为2.43ghz，射频信号输出功耗可以配置为12.5dbm。

进一步地，为了方便控制单元对sx1280芯片单元的控制，并确保该星间距离测量装置的可靠性；如附图2所示，本发明实施例中，sx1280芯片单元和控制单元还通过两个连接线相互连接，两个连接线包括复位线和状态线，控制单元通过复位线对sx1280芯片单元进行复位控制，sx1280芯片单元通过状态线向控制单元发送工作状态信息。

具体地，当控制单元通过复位线向sx1280芯片单元输入的复位信号的电平为高电平时，sx1280芯片单元进行复位；当sx1280芯片单元通过状态线向控制单元输入的状态信号的电平为低电平时，表示sx1280芯片单元处于空闲状态，当sx1280芯片单元通过状态线向控制单元输入的状态信号的电平为高电平时，表示sx1280芯片单元处于工作状态。

进一步地，本发明实施例中，射频放大单元为功率放大器，功率放大器的放大增益根据需要进行测距的两个卫星间的星间距离最大值确定；功率放大器可以通过射频电缆连接sx1280芯片单元和双工器，射频电缆的接口可以为sma接口。

对于如何根据需要进行测距的两个卫星间的星间距离最大值确定功率放大器的放大增益，以下进行具体说明。

具体地，本发明实施例中，功率放大器的放大增益采用式1计算；

lmax＝3×10^g/20(1)

式1中，lmax表示需要进行测距的两个卫星间的星间距离最大值，lmax的单位为km，g表示功率放大器的放大增益，g的单位为db。

基于式1可知，当放大增益g为0db时，即不采用放大器对测距信号进行放大时，该星间距离测量装置的稳定测量距离为3km。

其中，功率放大器可以采用型号为wbpa2060a的低功耗放大器。

进一步地，本发明实施例中，双工器可以为具有接收通路和发射通路的微波开关，微波开关通过射频电缆连接sx1280芯片单元、射频放大单元和天线。其中，射频电缆的接口可以为sma接口。

如此设置，控制单元可以通过控制信号对微波开关进行控制，例如当微波开关接收到来自控制单元的控制信号为高电平时，微波开关处于发射通路开启状态；当微波开关接收到来自控制单元的控制信号为低电平时，微波开关处于接收通路开启状态。

其中，本发明实施例中，双工器可以采用型号为8762b的微波开关。

进一步地，本发明实施例中，天线可以为收发共用全向天线；如此设置，能够满足该星间距离测量装置的双向测距需求。

可见，本发明实施例提供的星间距离测量装置通过利用sx1280芯片单元自带的测距功能，能够实现星间距离测量，且星间距离测量的实现只需通过控制单元对sx1280芯片单元进行参数配置和工作模式控制即可，无需进行单独的测距功能的开发工作，结构简单，体积小，能耗低，灵敏度高，硬件成本和开发成本低。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：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；而这些修改或者替换，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。