基于星地协同处理的低轨卫星载波监测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星通信技术领域，具体是基于星地协同处理的低轨卫星载波监测系统。

背景技术

[0002] 随着卫星通信系统的不断发展，对卫星的运行状态和信号质量的监测变得越来越重要，传统的低轨卫星载波监测系统存在监测精度低、效率不高以及卫星与地面之间通信
质量差等问题，因此导致对卫星的运作产生较大的隐患问题，如何去妥善解决这些问题，以
实现卫星的高效安全运作，这是目卫星通信领域的难点和痛点。

发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供基于星地协同处理的低轨卫星载波监测系统。

[0004] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：基于星地协同处理的低轨卫星载波监测系统，包括监测中心，监测中心通信连接有低轨卫星载波监测终端、地面监测站以及星地
协同处理模块；

[0005] 所述低轨卫星载波监测终端用于接收若干个低轨卫星进行通信时的载波，并对每个低轨卫星的载波进行数据处理后生成相应的载波递送信号，建立每个载波递送信号由低轨卫星载波监测终端传输至面监测站的无线通信链路；

[0006] 所述地面监测站用于获取每个经由无线通信链路传输的载波递送信号进行同步操作，并对同步操作后的载波递送信号进行数据分析，进而生成相应的星地协同任务，为每个星地协同任务关联预设的协同指令后发送至星地协同处理模块；

[0007] 所述星地协同处理模块用于根据每个星地协同任务所关联的协同指令调度出相应的卫星操作工序，并对卫星操作工序数据压缩后生成相应的数据流，通过无线通信链路返回数据流至对应的低轨卫星处，进而对低轨卫星进行调整。

[0008] 进一步的，接收若干个低轨卫星进行通信时的载波，并对每个低轨卫星的载波进行数据处理后生成相应的载波递送信号的过程包括：

[0009] 对若干个低轨卫星进行编号，并记为i，i＝1，2，3，……，n，n为大于0的自然数，将编号为i的低轨卫星进行通信时的载波记为ZB[i]，设置低轨卫星载波监测终端的数据接收时段、状态检验时段以及故障处理时段；

[0010] 在数据接收时段内，对每个低轨卫星的载波进行接收，在状态检验时段对低轨卫星载波监测终端自身进行状态检验，根据状态检验的结果决定是否在故障处理时段内对低轨卫星载波监测终端进行排障处理；

[0011] 对接收到的每个低轨卫星的载波进行数据处理，数据处理包括下变频与滤波、模拟数字转换以及数字信号处理，通过下变频与滤波将每个处于高频频段的载波转换为中频频段的模拟信号，获取每个低轨卫星对应载波转换为中频频段的模拟信号，通过模拟数字转换将每个低轨卫星对应的模拟信号转换为数字信号，数字信号处理包括基带处理、频谱分析以及载波跟踪，基带处理包括对数字信号的解调和解码，对解调后的数字信号进行解码，对数字信号进行频谱分析，进而获取相应低轨卫星的卫星参数，对每个低轨卫星的载波进行载波跟踪，进而获取每个低轨卫星对应载波的信号强度，当信号强度超过载波递送信
号所预设的最小生成阈值时，则生成相应低轨卫星对应载波的载波递送信号。

[0012] 进一步的，建立每个载波递送信号由低轨卫星载波监测终端传输至地面监测站的无线通信链路的过程包括：

[0013] 由低轨卫星载波监测终端为每个低轨卫星生成一个链路申请指令，并将每个低轨卫星的编号与其链路申请指令合并，合并后发送至地面监测站，当地面监测站接收到每个低轨卫星对应的链路申请指令后，由地面监测站分配与链路申请指令数目相等的不同的地面信息接收频段，并将地面信息接收频段返回至相应的低轨卫星，由低轨卫星根据自身的通信频段以及所返回接收的地面信息接收频段，构建出每个低轨卫星在低轨卫星载波监测终端与地面监测站之间进行自身载波递送信号传输的无线通信链路。

[0014] 进一步的，地面监测站获取每个经由无线通信链路传输的载波递送信号进行同步操作的过程包括：

[0015] 将编号为i的低轨卫星对应无线通信链路传输的载波递送信号记为σ[i]，设置编号为i的低轨卫星对应无线通信链路进行载波递送信号传输时的限定传输参数，限定传输参数包括限定丢包率、限定传输速率以及限定延迟率，将编号为i的低轨卫星的无线通信链
路的限定丢包率、限定传输速率以及限定延迟率分别记为α[i]、β[i]以及γ[i]；

[0016] 获取每个载波递送信号在相应无线通信链路进行传输的实时传输参数，实时传输参数包括实时丢包率、实时传输速率以及实时延迟率，将编号为i的低轨卫星的无线通信链
路的实时丢包率、实时传输速率以及实时延迟率分别记为α[i]实时、β[i]实时以及γ[i]实时；

[0017] 当α[i]实时≤α[i]，β[i]实时≥β[i]以及γ[i]实时≤γ[i]同时成立时，则标记当前载波递送信号σ[i]对应的无线通信链路为正常链路，否则，则标记无线通信链路为异常链路，将异常链路的全部链路记录数据传输至监测中心，由监测中心根据链路记录数据生成相应的链路校正参数，通过链路校正参数将异常链路转换为正常链路；

[0018] 对所有经由正常链路进行传输的载波递送信号进行同步操作，将载波递送信号划分为若干个信号帧，并将第一个和最后一个信号帧分别标记为帧头以及帧尾，将帧头和帧尾之间的若干个信号帧标记为待检测帧，从每个载波递送信号的帧头开始，将若干个待检测帧与预设的帧位置进行对齐操作，直至操作至每个载波递送信号对应的帧尾结束。

[0019] 进一步的，对同步操作后的载波递送信号进行数据分析，进而生成相应的星地协同任务的过程包括：

[0020] 对载波递送信号通过信号处理算法进行处理，进而生成相应的滤波特征、时域特征以及频域特征，对每个载波递送信号对应的滤波特征、时域特征以及频域特征进行数据分析，进而将滤波特征、时域特征以及频域特征分别符合各自预设期望特征参数的载波递送信号归类为A类信号集，将滤波特征、时域特征以及频域特征有且仅有一个不符合各自期望特征参数的载波递送信号归类为B类信号集，将滤波特征、时域特征以及频域特征至少有两个不符合各自期望特征参数的载波递送信号归类为C类信号集；

[0021] 所述星地协同任务包括甲级协同任务、乙级协同任务以及丙级协同任务，所述A类信号集、B类信号集以及C类信号集对应的载波递送信号分别生成不同的星地协同任务，其中，根据A类信号集生成甲级协同任务，根据B类信号集生成乙级协同任务，根据C类信号集生成丙级协同任务。

[0022] 进一步的，为每个星地协同任务关联预设的协同指令后发送至星地协同处理模块的过程包括：

[0023] 预设的协同指令包括监测指令、检修指令一以及检修指令二；

[0024] 当星地协同任务为甲级协同任务时，对应关联的协同指令为监测指令；

[0025] 当星地协同任务为乙级协同任务时，对应关联的协同指令为监测指令和检修指令一；

[0026] 当星地协同任务为丙级协同任务时，对应关联的协同指令为监测指令和检修指令二；

[0027] 当每个星地协同任务的协同指令都关联完成后，将全部的星地协同任务与其关联的协同指令后发送至星地协同处理模块。

[0028] 进一步的，根据每个星地协同任务所关联的协同指令调度出相应的卫星操作工序，并对卫星操作工序数据压缩后生成相应的数据流，通过无线通信链路返回数据流至对应的低轨卫星处的过程包括：

[0029] 设置工序数据库用于存储若干类别的卫星操作工序，将每个星地协同任务的协同指令输入至工序数据库内，由工序数据库按照协同指令匹配出每个星地协同任务对应的卫星操作工序，卫星操作工序的类别包括卫星监测工序、卫星检修工序一以及卫星检修工序二；

[0030] 当工序数据库内接收到协同指令仅为监测指令时，则匹配出的卫星操作工序为卫星监测工序，当工序数据库内接收到的协同指令为监测指令和检修指令一时，则匹配出的卫星操作工序为卫星监测工序以及卫星检修工序一，当工序数据库内接收到的协同指令为
监测指令和检修指令二时，则匹配出的卫星操作工序为卫星监测工序以及卫星检修工序二；

[0031] 当每个星地协同任务都匹配到相应的卫星操作工序后，对每个星地协同任务对应的卫星操作工序进行数据压缩，进而生成每个星地协同任务对应的数据流，将数据流通过无线通信链路返回至对应的低轨卫星处。

[0032] 进一步的，对低轨卫星进行调整的过程包括：

[0033] 将甲级协同任务、乙级协同任务以及丙级协同任务各自对应的卫星操作工序进行数据压缩后生成相应的数据流，并分别标识为甲类数据流、乙类数据流以及丙类数据流；

[0034] 当低轨卫星接收到甲类数据流后，设置一个监测周期对低轨卫星进行实时监测，进而获取低轨卫星运行对应的全部在轨运行数据，并根据在轨运行数据对低轨卫星进行实时的运行调整，运行调整包括对低轨卫星的在轨高度、卫星帆板角度以及卫星运行速度的变更，变更后低轨卫星的在轨高度、卫星帆板角度以及卫星运行速度处于各自预设的数值范围内；

[0035] 当低轨卫星接收到乙类数据流后，在执行甲类数据流对应操作的基础上，通过低轨卫星内预设的自检程序对低轨卫星进行故障检测，并生成相应故障参数，根据故障参数生成相应的自检参数对低轨卫星进行故障修复；

[0036] 当低轨卫星接收到丙类数据流后，在执行甲类数据流对应操作的基础上，对低轨卫星接入远程故障检修程序，将低轨卫星全部的运行参数导入至远程故障检修程序内，进而根据运行参数定位出当前低轨卫星的故障类型，并成立检修小组对当前低轨卫星进行故障检修。

[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过低轨卫星载波监测终端接收若干个低轨卫星进行通信时的载波，并对载波数据处理后生成相应的载波递送信号，建立每个载波递送信号由低轨卫星载波监测终端传输至地面监测站的无线通信链路，通过地面监测站获取每个经由无线通信链路传输的载波递送信号，并在完成载波递送信号的同步操作后进行数据分析，生成相应的星地协同任务，为每个星地协同任务关联预设的协同指令后发送至星地协同处理模块，由星地协同处理模块根据每个星地协同任务所关联的协同指令调度出相应的卫星操作工序，并对卫星操作工序数据压缩后生成相应的数据流，通过无线通信链路返回数据流至对应的低轨卫星处，进而对低轨卫星进行调整，实现了低轨卫星的高效安全运作。