本發(fā)明屬于衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，具體地，涉及一種低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置及方法。

背景技術(shù)：

低軌衛(wèi)星數(shù)傳分系統(tǒng)和中繼分系統(tǒng)，裝載于各類低軌衛(wèi)星及其他航天器上，是低軌衛(wèi)星的重要組成部分。數(shù)傳分系統(tǒng)的主要功能是對(duì)衛(wèi)星有效載荷分系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)接、格式化、存儲(chǔ)、編碼、加擾、調(diào)制及功率放大，以確保數(shù)據(jù)可靠星地傳輸。由于低軌衛(wèi)星存在連續(xù)多圈境內(nèi)地面站不可見的情況，在境外工作時(shí)數(shù)傳分系統(tǒng)接收載荷數(shù)據(jù)并記錄，待衛(wèi)星飛回境內(nèi)地面站可見時(shí)回放存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)對(duì)地下傳。

為了有效提高星上數(shù)據(jù)下傳至地面站的實(shí)時(shí)性，越來(lái)越多的低軌衛(wèi)星裝備了中繼分系統(tǒng)。作為中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的用戶終端，中繼分系統(tǒng)可與中繼衛(wèi)星系統(tǒng)、航天器運(yùn)控系統(tǒng)及測(cè)控系統(tǒng)等協(xié)同工作，完成航天器與中繼衛(wèi)星系統(tǒng)之間的數(shù)傳數(shù)據(jù)中繼傳輸任務(wù)。當(dāng)?shù)蛙壭l(wèi)星在境外工作時(shí)，有效載荷分系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)可通過(guò)中繼終端傳輸至中繼衛(wèi)星，再通過(guò)中繼衛(wèi)星發(fā)送至地面站，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、連續(xù)的中繼，無(wú)需等待衛(wèi)星飛回境內(nèi)時(shí)再對(duì)地下傳數(shù)據(jù)，極大的提高了遙感任務(wù)執(zhí)行的有效性。

目前，需要同時(shí)裝載數(shù)傳分系統(tǒng)和中繼分系統(tǒng)的低軌衛(wèi)星越來(lái)越多。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，往往針對(duì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的設(shè)備分別進(jìn)行設(shè)計(jì)建造，系統(tǒng)間相似的功能未進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，但是整星的功耗、重量有一定的限制，不能無(wú)限擴(kuò)展。而星載數(shù)傳和中繼系統(tǒng)在基帶處理方面非常相似，所涉及的硬件設(shè)備具有通用性。如何在有限重量、功耗約束下，統(tǒng)籌考慮設(shè)計(jì)數(shù)傳、中繼基帶處理方式，在降低系統(tǒng)復(fù)雜度和提高系統(tǒng)集成度的同時(shí)應(yīng)用數(shù)傳、中繼傳輸技術(shù)，成為一個(gè)重要研究?jī)?nèi)容。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置及方法，其在一臺(tái)設(shè)備內(nèi)同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)傳分系統(tǒng)、中繼分系統(tǒng)的復(fù)接、格式化、存儲(chǔ)、加密、編碼、加擾等基帶處理，具有工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、在軌應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置，其特征在于，其包括填充幀裝置、第一緩存器、第二緩存器、實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元、實(shí)時(shí)格式化單元、延時(shí)通道調(diào)度單元、延時(shí)格式化單元、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)流調(diào)度單元、rs編碼器、加擾器、并串變換器，填充幀裝置、第一緩存器都位于實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元的左側(cè)且都與實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元相連，實(shí)時(shí)格式化單元位于實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元的右側(cè)且與實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元相連，延時(shí)通道調(diào)度單元位于第二緩存器的右側(cè)且與第二緩存器相連，延時(shí)格式化單元位于延時(shí)通道調(diào)度單元的右側(cè)且與延時(shí)通道調(diào)度單元相連，存儲(chǔ)器位于延時(shí)格式化單元的右側(cè)且與延時(shí)格式化單元相連，實(shí)時(shí)格式化單元、存儲(chǔ)器都位于數(shù)據(jù)流調(diào)度單元的左側(cè)且都與數(shù)據(jù)流調(diào)度單元相連，rs編碼器位于數(shù)據(jù)流調(diào)度單元的右側(cè)且與數(shù)據(jù)流調(diào)度單元相連，加擾器位于rs編碼器的右側(cè)且與rs編碼器相連，并串變換器位于加擾器的右側(cè)且與加擾器相連，并串變換器的兩端分別與數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)、中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)相連。

所述填充幀裝置，用于生成填充幀，當(dāng)信道空閑時(shí)，將填充幀數(shù)據(jù)發(fā)送至所述實(shí)時(shí)調(diào)度單元；

所述第一緩存器，完成實(shí)時(shí)輸入載荷數(shù)據(jù)的緩存，當(dāng)存滿緩存設(shè)計(jì)要求的字節(jié)數(shù)后，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述實(shí)時(shí)調(diào)度單元；

所述第二緩存器，完成延時(shí)輸入載荷數(shù)據(jù)的緩存，當(dāng)存滿緩存設(shè)計(jì)要求的字節(jié)數(shù)后，將延時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述延時(shí)調(diào)度單元；

所述實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元，用于根據(jù)載荷數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)和排序算法，將相應(yīng)的實(shí)時(shí)載荷數(shù)據(jù)調(diào)度至所述實(shí)時(shí)格式化單元；

所述實(shí)時(shí)格式化單元，用于按照ccsds標(biāo)準(zhǔn)建議的數(shù)據(jù)格式對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式編排；

所述延時(shí)通道調(diào)度單元，用于根據(jù)載荷數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)和排序算法，將相應(yīng)的延時(shí)載荷數(shù)據(jù)調(diào)度至所述延時(shí)格式化單元；

所述延時(shí)格式化單元，用于按照ccsds標(biāo)準(zhǔn)建議的數(shù)據(jù)格式對(duì)延時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式編排；

所述存儲(chǔ)器，用于所述延時(shí)格式化單元輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

所述數(shù)據(jù)流調(diào)度單元，通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放指令選擇傳輸所述實(shí)時(shí)格式化單元輸入數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)器輸入數(shù)據(jù)；

所述rs編碼器，完成實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放數(shù)據(jù)的rs編碼；

所述加擾器，完成實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放數(shù)據(jù)的加擾；

所述并串變換器，完成所述加擾器輸出的8路并行數(shù)據(jù)至2路并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。

本發(fā)明還提供一種低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，其包括以下步驟：

步驟一，設(shè)計(jì)基帶處理一體化；

步驟二，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸硬件接口一致性；

步驟三，設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼差異性。

優(yōu)選地，所述設(shè)計(jì)基帶處理一體化是通過(guò)所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置同時(shí)完成數(shù)傳分系統(tǒng)與中繼分系統(tǒng)的基帶處理，將處理后的數(shù)據(jù)流分別傳輸至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)及中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)。

優(yōu)選地，所述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸硬件接口一致性是令所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置輸出至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)的數(shù)據(jù)速率和中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)的數(shù)據(jù)速率一致，硬件接口及協(xié)議都采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

優(yōu)選地，所述設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼差異性是通過(guò)指令進(jìn)行設(shè)置，令所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置輸出至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼和中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼進(jìn)行不同設(shè)計(jì)，以滿足衛(wèi)星與地面站、衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星的鏈路建立的不同需求。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：本發(fā)明能夠滿足低軌衛(wèi)星在有限功耗、重量約束下同時(shí)應(yīng)用數(shù)傳、中繼數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的任務(wù)需求，設(shè)計(jì)方法合理、可靠，具有工程實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、在軌應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)，為未來(lái)低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼系統(tǒng)基帶處理設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明數(shù)據(jù)和時(shí)鐘時(shí)序的關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1所示，本發(fā)明低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置包括填充幀裝置2、第一緩存器3、第二緩存器4、實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5、實(shí)時(shí)格式化單元6、延時(shí)通道調(diào)度單元7、延時(shí)格式化單元8、存儲(chǔ)器9、數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10、rs(里德所羅)編碼器11、加擾器12、并串變換器13，填充幀裝置2、第一緩存器3都位于實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5的左側(cè)且都與實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5相連，實(shí)時(shí)格式化單元6位于實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5的右側(cè)且與實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5相連，延時(shí)通道調(diào)度單元7位于第二緩存器4的右側(cè)且與第二緩存器4相連，延時(shí)格式化單元8位于延時(shí)通道調(diào)度單元7的右側(cè)且與延時(shí)通道調(diào)度單元7相連，存儲(chǔ)器9位于延時(shí)格式化單元8的右側(cè)且與延時(shí)格式化單元8相連，實(shí)時(shí)格式化單元6、存儲(chǔ)器9都位于數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10的左側(cè)且都與數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10相連，rs編碼器11位于數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10的右側(cè)且與數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10相連，加擾器12位于rs編碼器11的右側(cè)且與rs編碼器11相連，并串變換器13位于加擾器12的右側(cè)且與加擾器12相連，并串變換器13的兩端分別與數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)、中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)相連。

所述填充幀裝置2，用于生成填充幀，當(dāng)信道空閑時(shí)，將填充幀數(shù)據(jù)發(fā)送至所述實(shí)時(shí)調(diào)度單元5；

所述第一緩存器3，完成實(shí)時(shí)輸入載荷數(shù)據(jù)的緩存，當(dāng)存滿緩存設(shè)計(jì)要求的字節(jié)數(shù)后，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述實(shí)時(shí)調(diào)度單元5；

所述第二緩存器4，完成延時(shí)輸入載荷數(shù)據(jù)的緩存，當(dāng)存滿緩存設(shè)計(jì)要求的字節(jié)數(shù)后，將延時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送至所述延時(shí)調(diào)度單元7；

所述實(shí)時(shí)通道調(diào)度單元5，用于根據(jù)載荷數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)和排序算法，將相應(yīng)的實(shí)時(shí)載荷數(shù)據(jù)調(diào)度至所述實(shí)時(shí)格式化單元6；

所述實(shí)時(shí)格式化單元6，用于按照ccsds標(biāo)準(zhǔn)建議的數(shù)據(jù)格式對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式編排；

所述延時(shí)通道調(diào)度單元7，用于根據(jù)載荷數(shù)據(jù)優(yōu)先權(quán)和排序算法，將相應(yīng)的延時(shí)載荷數(shù)據(jù)調(diào)度至所述延時(shí)格式化單元8；

所述延時(shí)格式化單元8，用于按照ccsds標(biāo)準(zhǔn)建議的數(shù)據(jù)格式對(duì)延時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的格式編排；

所述存儲(chǔ)器9，用于所述延時(shí)格式化單元8輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

所述數(shù)據(jù)流調(diào)度單元10，通過(guò)實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放指令選擇傳輸所述實(shí)時(shí)格式化單元6輸入數(shù)據(jù)或存儲(chǔ)器9輸入數(shù)據(jù)；

所述rs編碼器11，完成實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放數(shù)據(jù)的rs編碼；

所述加擾器12，完成實(shí)時(shí)傳輸或延時(shí)回放數(shù)據(jù)的加擾；

所述并串變換器13，完成所述加擾器12輸出的8路并行數(shù)據(jù)至2路并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換處理。

本發(fā)明低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)方法包括以下步驟：

步驟一，設(shè)計(jì)基帶處理一體化；

步驟二，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸硬件接口一致性；

步驟三，設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼差異性。

所述設(shè)計(jì)基帶處理一體化是通過(guò)所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置同時(shí)完成數(shù)傳分系統(tǒng)與中繼分系統(tǒng)的基帶處理，將處理后的數(shù)據(jù)流分別傳輸至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)及中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)；

設(shè)計(jì)基帶處理一體化是根據(jù)數(shù)傳分系統(tǒng)與地面運(yùn)控系統(tǒng)的信息傳輸約定，數(shù)傳分系統(tǒng)需要進(jìn)行aos(高級(jí)操作系統(tǒng))組幀、存儲(chǔ)、編碼、加擾等基帶處理。根據(jù)中繼分系統(tǒng)與大系統(tǒng)的信息傳輸約定，中繼分系統(tǒng)需要進(jìn)行aos組幀、存儲(chǔ)、編碼、加擾等基帶處理。由于數(shù)傳分系統(tǒng)與中繼分系統(tǒng)在基帶處理流程及要求一致，因此可由低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置同時(shí)完成數(shù)傳分系統(tǒng)的基帶處理與中繼分系統(tǒng)的基帶處理，將處理后數(shù)據(jù)流分別傳輸至中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)和數(shù)傳分系統(tǒng)的頻單機(jī)，中繼分系統(tǒng)不再設(shè)計(jì)進(jìn)行基帶處理的單機(jī)。

所述設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸硬件接口一致性是令所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置輸出至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)的數(shù)據(jù)速率和中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)的數(shù)據(jù)速率一致，硬件接口及協(xié)議都采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)；

設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸硬件接口一致性是低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置將基帶處理后的數(shù)據(jù)流分別傳輸至中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)和數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)，由于二者需要的數(shù)據(jù)速率一致，因此在硬件接口及協(xié)議上采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

所述設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼差異性是通過(guò)指令進(jìn)行設(shè)置，令所述低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置輸出至數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼和中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼進(jìn)行不同設(shè)計(jì)，以滿足衛(wèi)星與地面站、衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星的鏈路建立的不同需求；

低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置與中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)、數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)都采用lvds(低電壓差分信號(hào))通信接口，數(shù)據(jù)特性如下：data(數(shù)據(jù))，其碼速率為150mbps，碼寬為2bits，碼型為nrz-l非歸零碼；clk(時(shí)鐘)，其頻率為75mhz，占空比為45％～55％；數(shù)據(jù)和時(shí)鐘時(shí)序的關(guān)系圖如圖2所示；

設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼差異性是在延時(shí)模式時(shí)，為了確保衛(wèi)星與地面站、衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星的鏈路可靠建立，因此需要針對(duì)延時(shí)傳輸?shù)那闆r設(shè)計(jì)引導(dǎo)碼，針對(duì)數(shù)傳直接下傳和中繼轉(zhuǎn)發(fā)下傳的不同需求，低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置輸出至中繼分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼和數(shù)傳分系統(tǒng)射頻單機(jī)的引導(dǎo)碼都需要通過(guò)指令進(jìn)行設(shè)置；

設(shè)置數(shù)傳分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼，具體內(nèi)容如下：為了確保衛(wèi)星和地面站順利建立通信鏈路，數(shù)傳分系統(tǒng)在延時(shí)回放前輸出引導(dǎo)碼，持續(xù)時(shí)間為5s，數(shù)傳分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼的內(nèi)容為“1acffc1d”+“1234123412……”+“編碼校驗(yàn)位”，所述數(shù)傳分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼是幀長(zhǎng)為1024字節(jié)的循環(huán)數(shù)據(jù)，以確保整幀傳輸；

設(shè)置中繼分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼，具體內(nèi)容如下：為了確保用戶星與中繼衛(wèi)星順利建立通信鏈路，要求用戶星提前發(fā)送引導(dǎo)數(shù)據(jù)，以幫助建立星—星—地同步鏈路，考慮到若由中繼分系統(tǒng)提供引導(dǎo)數(shù)據(jù)，待數(shù)傳數(shù)據(jù)要傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)切換中存在銜接問題，會(huì)導(dǎo)致地面失鎖，由低軌衛(wèi)星數(shù)傳及中繼基帶處理一體化設(shè)計(jì)裝置提供中繼分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼，持續(xù)時(shí)間為1min或3min，可通過(guò)指令選擇，所述中繼分系統(tǒng)的引導(dǎo)碼的格式和內(nèi)容等要求都與所述數(shù)傳引導(dǎo)碼保持一致。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。