一種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器，包括雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊；本地1pps同步模塊，產(chǎn)生本地秒脈沖1pps信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊產(chǎn)生的秒脈沖1pps信號(hào)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星模擬器與世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的同步；擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊，模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)、模擬星地距離傳輸延遲，并通過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)與星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)；擴(kuò)頻接收機(jī)模塊，接收終端上行鏈路信號(hào)，對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤，解調(diào)出幀同步信號(hào)，并與本地1pps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，通過(guò)測(cè)量誤差判斷上行信號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。本發(fā)明適用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的對(duì)接試驗(yàn)，便于地面站或地面終端的研制與測(cè)試。
【專利說(shuō)明】-種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信中的衛(wèi)星模擬器領(lǐng)域，尤其是低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)，具 體地，涉及一種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的不斷發(fā)展，時(shí)代的不斷進(jìn)步，人們利用衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了以前 無(wú)法辦到的事情，比如利用衛(wèi)星系統(tǒng)可以進(jìn)行全球電視直播、全球定位、軍事通訊、商業(yè)通 訊等等，進(jìn)一步地，衛(wèi)星通信系統(tǒng)按照工作軌道，一般可以分為了 3大類，即低軌道衛(wèi)星通 信系統(tǒng)、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
[0003] 低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)由衛(wèi)星星座、關(guān)口地球站、系統(tǒng)控制中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心 和用戶單元等組成。低軌道衛(wèi)星移動(dòng)系統(tǒng)的基本組成：在若干個(gè)軌道平面上布置多顆衛(wèi)星， 由通信鏈路將多個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星聯(lián)結(jié)起來(lái)。整個(gè)星座如同結(jié)構(gòu)上連成一體的大型平 臺(tái)，在地球表面形成蜂窩狀服務(wù)小區(qū)，服務(wù)區(qū)內(nèi)用戶至少被一顆衛(wèi)星覆蓋，用戶可以隨時(shí)接 入系統(tǒng)。
[0004] 衛(wèi)星模擬器是指能夠模擬衛(wèi)星真實(shí)發(fā)射的有效載荷信號(hào)，并能接收和處理地面終 端或地面站發(fā)射的有效信號(hào)。衛(wèi)星模擬器功能強(qiáng)大，應(yīng)用廣泛，它可以模擬產(chǎn)生衛(wèi)星高動(dòng)態(tài) 信號(hào)，檢驗(yàn)終端接收機(jī)的捕獲跟蹤性能；也可以產(chǎn)生特定信號(hào)，驗(yàn)證測(cè)試方案的可行性；還 可以作為比較標(biāo)準(zhǔn)，檢驗(yàn)接收機(jī)的動(dòng)態(tài)測(cè)量精度等。衛(wèi)星模擬器是衛(wèi)星地面接收系統(tǒng)和運(yùn) 行控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)測(cè)試的重要依據(jù)，也將在后續(xù)衛(wèi)星研制過(guò)程中起到重要的指導(dǎo)作用。
[0005] 由于GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的模擬和研究大部分集中 于GPS衛(wèi)星模擬器上。由于國(guó)內(nèi)對(duì)衛(wèi)星信號(hào)模擬器的研究起步較晚，再加上國(guó)外技術(shù)的封 鎖，目前國(guó)內(nèi)衛(wèi)星信號(hào)模擬器的研究還相對(duì)比較落后，所研制的衛(wèi)星信號(hào)模擬器大部分也 只限于GPS衛(wèi)星Ll頻率的C/A碼信號(hào)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)相關(guān)單位開(kāi)展了用于特殊場(chǎng)合的特定 衛(wèi)星模擬器，上海微小衛(wèi)星工程中心與上海郵電部第一研究所聯(lián)合研制了XX衛(wèi)星模擬器， 該衛(wèi)星模擬器主要用于XX衛(wèi)星地檢設(shè)備的研制與測(cè)試，也為后續(xù)XX衛(wèi)星研制提供重要的 指導(dǎo)作用。
[0006] 傳統(tǒng)的異步CDMA系統(tǒng)是一個(gè)自干擾系統(tǒng)，采用準(zhǔn)同步技術(shù)后可以利用相互正交 的偽隨機(jī)碼（PNCode)來(lái)消除這種多址干擾（MI)，大大提高了系統(tǒng)的通信容量，因此低軌 衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)近年來(lái)備受人們的關(guān)注，但國(guó)內(nèi)外沒(méi)有查到有關(guān)用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步 通信系統(tǒng)的衛(wèi)星模擬器等相關(guān)專利，故本專利針對(duì)低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的應(yīng)用背景， 發(fā)明一種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 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用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng) 的新型衛(wèi)星模擬器的控制方法以及相應(yīng)的控制裝置。
[0008] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器， 其特征在于，包括：
[0009] 雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊，其用于接收解調(diào)GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并解析出秒 脈沖Ipps時(shí)標(biāo)信號(hào)；
[0010] 本地Ipps同步模塊，其用于產(chǎn)生本地秒脈沖Ipps信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤雙模式 導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊產(chǎn)生的秒脈沖Ipps信號(hào)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星模擬器與世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的同步；
[0011] 擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊，其用于模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)、模擬星地距離傳輸延遲，然后通過(guò) 擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)與星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)；
[0012] 擴(kuò)頻接收機(jī)模塊，其用于接收終端上行鏈路信號(hào)，對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤，解調(diào) 出幀同步信號(hào)，并與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，通過(guò)測(cè)量誤差判斷上行信號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn) 同步接入；
[0013] 其中，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊包括：
[0014] 多普勒模擬模塊，用于模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)；
[0015] 其中，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊與所述本地Ipps同步模塊連接并通訊，所述 本地Ipps同步模塊分別與所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊、所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊連接并通訊。
[0016] 優(yōu)選地，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊還包括星地距離模擬模塊，其用于模擬星地距離傳 輸延遲。
[0017] 優(yōu)選地，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊還包括：
[0018] 基帶數(shù)據(jù)模塊，也即信源數(shù)據(jù)，其用于存儲(chǔ)衛(wèi)星要發(fā)射的原始比特?cái)?shù)據(jù)流；
[0019] 成形內(nèi)插濾波模塊，其用于消除碼間干擾并壓縮傳輸帶寬；
[0020] PN碼發(fā)生器模塊，其用于根據(jù)本源多項(xiàng)式和初始相位產(chǎn)生PN碼序列
[0021] 碼NCO模塊，其用于根據(jù)碼NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的碼頻率；
[0022] 載波NCO模塊，其用于根據(jù)載波NCO控制字利用直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生對(duì) 應(yīng)頻率的正弦載波樣本；
[0023] 迭代計(jì)算模塊，其用于將EMIF接口得到的多普勒變化率換算成NC0,對(duì)載波NCO和 碼NCO進(jìn)行更新，并將更新后的載波NCO控制字和碼NCO控制字分別送給載波NCO模塊和 碼NCO模塊；
[0024] 其中，迭代計(jì)算模塊分別與載波NCO模塊和碼NCO模塊連接并通訊，碼NCO模塊與 PN碼發(fā)生器模塊連接并通訊，成形內(nèi)插濾波模塊分別與PN碼發(fā)生器模塊和基帶數(shù)據(jù)模塊 模塊連接并通訊。
[0025] 優(yōu)選地，所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊包括：
[0026] 準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊，其用于通過(guò)比較幀同步信號(hào)與本地Ipps信號(hào)，檢測(cè)上行信號(hào)是 否達(dá)到準(zhǔn)同步接入；
[0027] 相關(guān)器模塊，其用于將本地產(chǎn)生的超前、即時(shí)、滯后PN碼序列與接收到的下變頻 信號(hào)進(jìn)行相關(guān)累加；
[0028] 捕獲模塊，其用于對(duì)下采樣后的信號(hào)進(jìn)行捕獲，捕獲采用基于FFT的部分匹配濾 波快速捕獲算法，捕獲得到載波頻偏與偽碼相位；
[0029] 下采樣模塊，其用于對(duì)下變頻后的信號(hào)進(jìn)行抽取采樣，即將高采樣率降為低采樣 率；
[0030] 其中，所述下采樣模塊與捕獲模塊連接并通訊，所述捕獲模塊分別與PN碼發(fā)生器 模塊、碼NCO模塊以及載波NCO模塊連接并通訊，PN碼發(fā)生器模塊與相關(guān)器模塊連接并通 訊。
[0031] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬器用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的對(duì)接試驗(yàn)，若干地面終 端接入所述衛(wèi)星模擬器，在所述衛(wèi)星模擬器中通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)與其中一個(gè)地面終端之間 的通訊，其中，所述地面終端以碼分多址方式接入所述衛(wèi)星模擬器，其中，所述地面終端表 不為k:
[0032] a.所述衛(wèi)星模擬器通過(guò)所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊接收GPS/BD2導(dǎo)航信號(hào)并 解析出Ipps秒脈沖信號(hào)；
[0033] b.所述衛(wèi)星模擬器中的本地Ipps同步模塊產(chǎn)生本地Ipps信號(hào)并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤 所述Ipps秒脈沖信號(hào)，使其與所述Ipps秒脈沖信號(hào)保持同步；
[0034] c.所述衛(wèi)星模擬器模擬星地距離延遲Δ^(?)與多普勒頻移Δ//(〇，并在本地 Ipps信號(hào)延遲Δ彳⑴后時(shí)刻：(0+￥(0將下行導(dǎo)頻進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將下行調(diào)制信號(hào) 通過(guò)天線發(fā)送給地面終端；
[0035] d.所述衛(wèi)星模擬器接收到由所述地面終端k發(fā)送的上行調(diào)制信號(hào)后，從中解調(diào) 出上行數(shù)據(jù)幀，獲取幀頭到達(dá)時(shí)間T/G),并將其與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行比較，得到測(cè)量時(shí)差 5⑴=I7L(O-CM根據(jù)測(cè)量時(shí)差S⑴判斷地面終端k是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。 9
[0036] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬器中的星地距離延遲Δ?((〇與多普勒頻移Δ//(〇根據(jù)所述 衛(wèi)星模擬器與所述地面終端k的相對(duì)位置與相對(duì)速度計(jì)算得到。
[0037] 優(yōu)選地，若測(cè)量時(shí)差δ (t)小于3個(gè)PN碼碼片寬度，則所述衛(wèi)星模擬器確定所述 地面終端k達(dá)到上行準(zhǔn)同步接入。
[0038] 優(yōu)選地，所述地面終端k通過(guò)第三方導(dǎo)航授時(shí)模塊保持與UTC時(shí)間同步。
[0039] 優(yōu)選地，所述地面終端k與所述衛(wèi)星模擬器的時(shí)刻 (?+1)-Δ以0-4(0、Γ?均以導(dǎo)頻信號(hào)特定的擴(kuò)頻碼相位作為依據(jù)。
[0040] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬器中的地面終端k為參與低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的任一 地面終端，其他終端的工作流程同地面終端k。
[0041] 本發(fā)明通過(guò)所述衛(wèi)星模擬器以及與其相適應(yīng)的地面終端協(xié)同工作實(shí)現(xiàn)了低軌衛(wèi) 星與地面終端的準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)，具體地，所述衛(wèi)星模擬器由雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊、本 地Ipps同步模塊、擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊以及擴(kuò)頻接收機(jī)模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊 主要負(fù)責(zé)接收GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)并解析出秒脈沖Ipps信號(hào)；本地Ipps同步模塊產(chǎn)生 本地Ipps信號(hào)并采用鎖相環(huán)跟蹤授時(shí)模塊輸出的Ipps信號(hào)，使其與授時(shí)模塊Ipps保持同 步；擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)并模擬星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)；擴(kuò)頻 接收機(jī)模塊接收來(lái)自終端上行信號(hào)并檢測(cè)上行信號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。
[0042] 更為具體地，通過(guò)本發(fā)明，可以給低軌衛(wèi)星系統(tǒng)領(lǐng)域帶來(lái)如下有益效果：（1)對(duì)于 在地面驗(yàn)證低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)，采用本發(fā)明可以為地面站或地面終端提供衛(wèi)星模擬 器，用于發(fā)送帶有多普勒動(dòng)態(tài)和星地距離延遲的下行信號(hào)和接收上行信號(hào)，并檢測(cè)上行信 號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入；以及（2)本發(fā)明適用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的對(duì)接試驗(yàn)，便 于地面站或地面終端的研制與測(cè)試，對(duì)于后續(xù)衛(wèi)星研制有著重要的指導(dǎo)作用。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0043] 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：
[0044]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器的組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中DSP 與FPGA協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)新型衛(wèi)星模擬器功能的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在新型衛(wèi)星模擬器中擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模 塊的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在新型衛(wèi)星模擬器中擴(kuò)頻接收機(jī)模 塊的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器實(shí)現(xiàn)與地面終端之間通訊的具體流程圖；
[0050] 圖7示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中地面 終端與低軌衛(wèi)星之間通訊的原理示意圖；
[0051] 圖8示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中若干 地面終端與低軌衛(wèi)星之間通訊的時(shí)序示意圖；以及
[0052] 圖9示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中若干 地面終端與低軌衛(wèi)星之間通訊的結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D。

【具體實(shí)施方式】
[0053] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實(shí)施例可以實(shí)現(xiàn)所 述變化例，在此不予贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0054] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器的組成結(jié)構(gòu)示意圖，進(jìn)一步地，如圖所示，所述新型衛(wèi)星模擬器主要由雙模式導(dǎo) 航衛(wèi)星授時(shí)模塊、本地Ipps同步模塊、擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊、擴(kuò)頻接收機(jī)模塊構(gòu)成。
[0055] 所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊用于接收解調(diào)GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并解析出秒 脈沖Ipps時(shí)標(biāo)信號(hào)，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)是指一種第三方導(dǎo) 航衛(wèi)星，所述導(dǎo)航衛(wèi)星能夠提供標(biāo)準(zhǔn)的世界時(shí)間，進(jìn)一步地，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊 接收解調(diào)GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)并進(jìn)行解析是為了與所述世界時(shí)間進(jìn)行同步。更為具體 地，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊利用第三方導(dǎo)航衛(wèi)星（GPS/BD2)授時(shí)接收機(jī)實(shí)現(xiàn)本地時(shí) 鐘和世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的同步，所述衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)在跟蹤多個(gè)衛(wèi)星求解PVT時(shí)，優(yōu)選地求 出本地時(shí)鐘相對(duì)于世界時(shí)間的時(shí)間差，所述時(shí)間差既可以直接以數(shù)字方式送出，也可以以 物理秒脈沖Ipps方式送出。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在靜態(tài)情況下，同步誤差精度一般可以 達(dá)到25ns，在動(dòng)態(tài)情況下，一般優(yōu)于100ns。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授 時(shí)模塊的具體應(yīng)用屬于目前現(xiàn)有技術(shù)，在此不予贅述。
[0056] 優(yōu)選地，所述新型衛(wèi)星模擬器中的所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊連接所述本地 Ipps同步模塊，所述本地Ipps同步模塊產(chǎn)生本地秒脈沖Ipps信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤雙 模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊產(chǎn)生的秒脈沖Ipps信號(hào)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星模擬器與世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的 同步，進(jìn)一步地，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊接收來(lái)自GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)后，優(yōu)選 地，被所述雙模式導(dǎo)航授時(shí)接收機(jī)所接收，進(jìn)一步地，所述雙模式導(dǎo)航授時(shí)接收機(jī)輸出的物 理秒脈沖Ipps送給所述本地Ipps同步模塊，所述本地Ipps同步模塊產(chǎn)生本地Ipps信號(hào) 并與所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊產(chǎn)生的外部Ipps信號(hào)通過(guò)超前滯后比較器后輸出相位 差，進(jìn)一步地，通過(guò)完好性判決器選擇器、IIR濾波器后送給數(shù)字DDS反饋給本地秒脈沖發(fā) 生器，本地秒脈沖發(fā)生器通過(guò)反饋信息不斷調(diào)整相位使得與所述GPS/BD2導(dǎo)航授時(shí)接收機(jī) 產(chǎn)生的秒脈沖Ipps相位保持同步，進(jìn)一步地，實(shí)現(xiàn)與世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的同步。本領(lǐng)域技 術(shù)人員理解，所述完好性判決器選擇器、IIR濾波器、數(shù)字DDS、本地秒脈沖發(fā)生器屬于本領(lǐng) 域現(xiàn)有技術(shù)或產(chǎn)品，在此不予贅述。
[0057] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，進(jìn)一步地，所述本地Ipps同步模塊優(yōu)選地分別連接擴(kuò)頻發(fā) 射機(jī)模塊以及擴(kuò)頻接收機(jī)模塊。具體地，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊中優(yōu)選地置有多普勒模擬模 塊以及星地距離模擬模塊，所述多普勒模擬模塊用于模擬所述多普勒動(dòng)態(tài)，所述星地距離 模擬模塊用于模擬所述地面終端與所述低軌衛(wèi)星之間的距離，更為具體地，所述擴(kuò)頻發(fā)射 機(jī)模塊模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)、模擬星地距離傳輸延遲，然后通過(guò)擴(kuò)頻調(diào)制產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多 普勒動(dòng)態(tài)與星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)，優(yōu)選地，在本地Ipps與外部Ipps同步鎖定后所 述本地Ipps同步模塊將本地Ipps信號(hào)提供給擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊與擴(kuò)頻接收機(jī)模塊。擴(kuò)頻發(fā) 射機(jī)模塊的主要功能是延遲發(fā)射下行導(dǎo)頻信號(hào)，具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在本地Ipps 時(shí)刻根據(jù)星地距離和衛(wèi)星多普勒產(chǎn)生帶有多普勒動(dòng)態(tài)且模擬星地距離延遲的下行導(dǎo)頻信 號(hào)，并將所述帶有多普勒動(dòng)態(tài)的下行導(dǎo)頻信號(hào)延遲發(fā)送給所述地面終端。
[0058] 所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊接收終端上行鏈路信號(hào)，對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤，解調(diào)出 幀同步信號(hào)，并與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，通過(guò)測(cè)量誤差判斷上行信號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn)同 步接入，更為具體地，所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊在接收來(lái)自地面終端的上行鏈路信號(hào)同時(shí)，在本 地Ipps時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，直到跟蹤解調(diào)出終端上行幀同步信號(hào)，并通過(guò)時(shí)差測(cè)量判斷終端上 行是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述通過(guò)測(cè)量時(shí)差來(lái)判斷所述地面終端是 否達(dá)到準(zhǔn)同步接入的方法以及具體操作流程將在本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】中講到，在此不予 贅述。
[0059] 更進(jìn)一步地，圖中示出的GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)并不屬于所述新型衛(wèi)星模擬器的 主要構(gòu)成部分，所述GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)是同步世界時(shí)間的第三方信號(hào)，在這樣的變化 例中，所述衛(wèi)星模擬器仍然可以與地面終端進(jìn)行通訊，但若少了所述衛(wèi)星模擬器與所述世 界時(shí)間進(jìn)行同步的相關(guān)流程，所述衛(wèi)星模擬器很難與所述地面終端進(jìn)行準(zhǔn)同步。
[0060] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中DSP 與FPGA協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)新型衛(wèi)星模擬器功能的結(jié)構(gòu)示意圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，考慮 到要準(zhǔn)確模擬該新型衛(wèi)星模擬器的功能和性能，需要采用具有靈活編程能力的軟件無(wú)線 電（SDR)硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。具體地，采用基于功能強(qiáng)大的FPGA+DSP的SDR硬件平臺(tái)，該 SDR平臺(tái)采用Xilinx公司的高性能Virtex5系列FPGA，以及TI公司的高性能定點(diǎn)處理器 TMS320C6455,充分發(fā)揮FPGA和DSP的高速運(yùn)算、靈活編程的優(yōu)點(diǎn)，具有強(qiáng)大的中頻信號(hào)處 理能力、數(shù)據(jù)管理能力和通信能力。優(yōu)選地，所述新型衛(wèi)星模擬器采用DSP以及FPGA協(xié)同 工作來(lái)實(shí)現(xiàn)所述低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步，具體地，所述DSP與所述FPGA協(xié)同工作是根據(jù)本發(fā)明另 一個(gè)方面來(lái)說(shuō)明所述新型衛(wèi)星模擬器的工作流程，具體地，是根據(jù)所述新型衛(wèi)星模擬器的 軟件無(wú)線電來(lái)實(shí)現(xiàn)所述程序的流程控制。
[0061]更為具體地，在所述DSP中，主要實(shí)現(xiàn)多普勒模擬、星地距離模擬、環(huán)路跟蹤模塊 以及整個(gè)程序流控制。首先所述DSP模擬計(jì)算衛(wèi)星多普勒與星地距離延遲，得出所述多普 勒與星地距離的計(jì)算值，并將所述計(jì)算值通過(guò)EMIF接口傳送給FPGA;同時(shí)DSP從EMIF接口 接收FPGA發(fā)送的環(huán)路跟蹤相關(guān)值進(jìn)行載波環(huán)與碼環(huán)跟蹤，并解調(diào)出幀同步信號(hào)。所述EMIF 接口是指外部存儲(chǔ)器接口，通過(guò)所述EMIF接口可以實(shí)現(xiàn)DSP與不同類型的存儲(chǔ)器的連接。 [0062]所述多普勒模擬計(jì)算是指根據(jù)所述低軌衛(wèi)星與所述地面終端的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度計(jì) 算多普勒頻移與多普勒變化率，所述環(huán)路跟蹤模塊是指載波跟蹤環(huán)與碼跟蹤環(huán)，分別跟蹤 載波頻率與碼頻率，并通過(guò)所述環(huán)路跟蹤模塊，解調(diào)出幀同步信號(hào)。
[0063] 在FPGA中，主要實(shí)現(xiàn)Ipps同步模塊、擴(kuò)頻調(diào)制、擴(kuò)頻捕獲以及準(zhǔn)同步檢測(cè)。Ipps 同步模塊完成本地Ipps與雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊輸出Ipps的同步。所述同步可以參考 圖1中的具體實(shí)施例，在此不予贅述。擴(kuò)頻調(diào)制模塊主要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)頻、成形濾波、 正交調(diào)制，產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)與星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)。擴(kuò)頻捕獲模塊對(duì)接 收來(lái)自終端上行信號(hào)的載波頻率與偽碼相位的捕獲，并將捕獲得到的載波頻率與偽碼相位 通過(guò)EMIF接口傳送給DSP進(jìn)行環(huán)路跟蹤解調(diào)。準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊從EMIF接口讀取DSP解調(diào) 出的幀同步信號(hào)，并將其與衛(wèi)星模擬器的本地Ipps信號(hào)進(jìn)行比較，判斷終端是否達(dá)到準(zhǔn)同 步接入。
[0064] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述新型衛(wèi)星模擬器優(yōu)選地采用所述DSP以及所述FPGA協(xié) 同工作的系統(tǒng)，在所述準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)中，置有地面終端與所述新型衛(wèi)星模擬器協(xié)同工作， 進(jìn)一步地，所述DSP以及所述FPGA是運(yùn)用于所述地面終端以及所述新型衛(wèi)星模擬器的硬件 平臺(tái)，更進(jìn)一步地，所述實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)同步的硬件平臺(tái)還可以使用其他與所述DSP以及所述FPGA 相類似的產(chǎn)品，在這樣的變化例中，若所述產(chǎn)品也能達(dá)到所述DSP以及所述FPGA所達(dá)到的 技術(shù)效果，并不影響本發(fā)明的技術(shù)方案，在此不予贅述。
[0065]圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在新型衛(wèi)星模擬器中擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模 塊的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊主要包括：基帶數(shù)據(jù)模塊、成型 內(nèi)插濾波模塊、PN碼發(fā)生器模塊、碼NCO模塊、迭代計(jì)算模塊以及載波NCO模塊。
[0066] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述基帶數(shù)據(jù)模塊在本領(lǐng)域中也被稱為信源數(shù)據(jù)，所述基 帶數(shù)據(jù)模塊中主要存儲(chǔ)衛(wèi)星要發(fā)射的原始比特?cái)?shù)據(jù)流。
[0067]具體地，所述成形內(nèi)插濾波模塊主要用于消除碼間干擾并壓縮傳輸帶寬。
[0068] 具體地，所述PN碼發(fā)生器模塊用于根據(jù)本源多項(xiàng)式和初始相位產(chǎn)生PN碼序列。
[0069] 具體地，所述碼NCO模塊用于根據(jù)碼NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的碼頻率。
[0070] 具體地，所述載波NCO模塊用于調(diào)整相位增量來(lái)實(shí)現(xiàn)載波NCO的多普勒控制，根據(jù) 載波NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的載波頻率，更為具體地，所述載波NCO模塊是用直接數(shù)字頻率合 成器DDS產(chǎn)生一個(gè)正弦或余弦載波樣本，采用高速時(shí)鐘進(jìn)行相位累加并通過(guò)ROM查找表的 結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)載波樣本的產(chǎn)生。
[0071] 具體地，所述迭代計(jì)算模塊用于將EMIF接口得到的多普勒變化率換算成NC0,對(duì) 載波NCO和碼NCO進(jìn)行更新，并將更新后的載波NCO控制字和碼NCO控制字分別送給載波 NCO模塊和碼NCO模塊。
[0072] 優(yōu)選地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述迭代計(jì)算模塊分別與所述載波NCO模塊和所 述碼NCO模塊連接并通訊，所述碼NCO模塊與所述PN碼發(fā)生器模塊連接并通訊，所述成形 內(nèi)插濾波模塊分別與所述PN碼發(fā)生器模塊和所述基帶數(shù)據(jù)模塊連接并通訊。
[0073] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，如圖3所示，所述EMIF接口連接所述DSP，具體地，在所述 DSP中計(jì)算模擬衛(wèi)星多普勒變化率、星地距離延遲、載波NCO控制字以及碼NCO控制字，通過(guò) 所述EMIF接口送給FPGA，在所述FPGA中進(jìn)行迭代計(jì)算后產(chǎn)生帶有多普勒的載波NCO和碼 NC0,碼NCO驅(qū)動(dòng)PN碼發(fā)生器生成所需的PN碼序列，所述基帶數(shù)據(jù)模塊進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換成I、 Q兩路分別與PN碼序列相乘進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后通過(guò)成形濾波模塊，將擴(kuò)頻調(diào)制后的數(shù)據(jù) 先進(jìn)行四倍碼速率的上采樣，再進(jìn)行成形濾波器壓縮擴(kuò)頻帶寬，最后進(jìn)行四倍內(nèi)插、CIC濾 波后，再與本地載波NCO產(chǎn)生的正、余弦載波進(jìn)行IQ正交調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換 器DAC輸出模擬信號(hào)。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)的工作流程將在圖5的具體 實(shí)施方式中詳細(xì)講到，在此不予贅述。
[0074] 圖4示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在新型衛(wèi)星模擬器中擴(kuò)頻接收機(jī)模 塊的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊主要包括：相關(guān)器模塊、準(zhǔn)同步 檢測(cè)模塊、PN碼發(fā)生器模塊、碼NCO模塊、捕獲模塊、下采樣模塊、載波NCO模塊。
[0075] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述相關(guān)器模塊用于將本地產(chǎn)生的超前、即時(shí)、滯后PN碼 序列與接收到的下變頻信號(hào)進(jìn)行相關(guān)累加。
[0076] 具體地，準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊通過(guò)比較幀同步信號(hào)與本地Ipps信號(hào)，檢測(cè)上行信號(hào)是 否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。
[0077] 具體地，所述PN碼發(fā)生器模塊用于根據(jù)本源多項(xiàng)式和初始相位產(chǎn)生PN碼序列。
[0078] 具體地，所述碼NCO模塊用于根據(jù)碼NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的碼頻率。
[0079] 具體地，所述載波NCO模塊用于調(diào)整相位增量來(lái)實(shí)現(xiàn)載波NCO的多普勒控制，根據(jù) 載波NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的載波頻率，更為具體地，所述載波NCO模塊是用直接數(shù)字頻率合 成器DDS產(chǎn)生一個(gè)正弦或余弦載波樣本，采用高速時(shí)鐘進(jìn)行相位累加并通過(guò)ROM查找表的 結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)載波樣本的產(chǎn)生。
[0080] 具體地，所述捕獲模塊用于對(duì)下采樣后的信號(hào)進(jìn)行捕獲，捕獲采用基于FFT的部 分匹配濾波快速捕獲算法，捕獲得到載波頻偏與偽碼相位。
[0081] 具體地，所述下采樣模塊用于對(duì)下變頻后的信號(hào)進(jìn)行抽取采樣，即將高采樣率降 為低采樣率。
[0082] 優(yōu)選地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述下采樣模塊與所述捕獲模塊連接并通訊，所述 捕獲模塊分別與所述PN碼發(fā)生器模塊、所述碼NCO模塊以及所述載波NCO模塊連接并通 訊，所述PN碼發(fā)生器模塊與所述相關(guān)器模塊連接并通訊。
[0083]更為具體地，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，上行信號(hào)在經(jīng)過(guò)所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊時(shí)，根據(jù) 所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊中的相關(guān)器模塊、準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊、PN碼發(fā)生器模塊、碼NCO模塊、捕 獲模塊、下采樣模塊、載波NCO模塊，執(zhí)行如下處理過(guò)程：首先所述上行信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC采樣后 分別與本地正、余弦載波相乘下變頻，根據(jù)所述下采樣模塊再下采樣到偽碼速率的兩倍后 送給所述捕獲模塊，捕獲采用基于FFT的部分匹配濾波快速捕獲算法，將所述捕獲到的偽 碼NCO控制字和偽碼初始相位送給所述PN碼發(fā)生器模塊產(chǎn)生超前、即時(shí)、滯后PN碼，分別 與下變頻后的信號(hào)進(jìn)行I、Q兩路相關(guān)，再將相關(guān)值（IE/QE/IP/QP/IL/QL)通過(guò)EMIF接口 送給DSP環(huán)路跟蹤模塊進(jìn)行跟蹤解調(diào)，解調(diào)出幀同步信號(hào)，幀同步信號(hào)再通過(guò)EMIF口送給 FPGA準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊，將幀同步信號(hào)與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，若時(shí)差測(cè)量誤差在3 個(gè)碼片以內(nèi)，則認(rèn)為上行信號(hào)達(dá)到準(zhǔn)同步接入。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述擴(kuò)頻接收機(jī)的工 作流程將在圖5的【具體實(shí)施方式】中詳細(xì)講到，在此不予贅述。
[0084] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器的功能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，所述新型衛(wèi)星模擬器基于所述FPGA以及所 述DSP，實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)以及擴(kuò)頻接收機(jī)的功能，所述功能包括模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)、模 擬星地距離延遲、擴(kuò)頻調(diào)制、成形濾波、正交調(diào)制、捕獲跟蹤解調(diào)、準(zhǔn)同步檢測(cè)等等，具體地， 如圖5所示，所述新型衛(wèi)星模擬器的功能實(shí)現(xiàn)可以從擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)以及擴(kuò)頻接收機(jī)兩個(gè)方面 加以說(shuō)明。
[0085] 擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊，首先在所述DSP中計(jì)算模擬衛(wèi)星多普勒變化率、星地距離延遲、 載波NCO控制字以及碼NCO控制字，進(jìn)一步地，通過(guò)圖5中所示的EMIF接口送給所述FPGA， 在所述FPGA中通過(guò)迭代計(jì)算模塊進(jìn)行迭代計(jì)算后產(chǎn)生帶有多普勒的載波NCO和碼NC0,載 波NCO是用直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生一個(gè)頻率為中頻的正弦或余弦載波樣本，采用高 速時(shí)鐘進(jìn)行相位累加并通過(guò)ROM查找表的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)載波樣本的產(chǎn)生，然后通過(guò)調(diào)整相位 增量來(lái)實(shí)現(xiàn)載波NCO的多普勒控制，碼NCO驅(qū)動(dòng)PN碼發(fā)生器生成所需的PN碼序列，進(jìn)一步 地，根據(jù)所述基帶數(shù)據(jù)模塊，基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換成I、Q兩路分別與PN碼序列相乘進(jìn)行 擴(kuò)頻調(diào)制，然后通過(guò)成形濾波，將擴(kuò)頻調(diào)制后的數(shù)據(jù)先進(jìn)行四倍碼速率的上采樣，再進(jìn)行成 形濾波器壓縮擴(kuò)頻帶寬，最后進(jìn)行四倍內(nèi)插、CIC濾波后，再與本地載波NCO產(chǎn)生的正、余弦 載波進(jìn)行IQ正交調(diào)制，調(diào)制后的信號(hào)送入數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC輸出模擬信號(hào)。
[0086] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，根據(jù)衛(wèi)星的實(shí)際軌道，在所述DSP中計(jì)算所述低軌衛(wèi)星在 過(guò)境時(shí)間內(nèi)的多普勒變化率和星地距離延遲值，并通過(guò)EMIF接口送給FPGA控制發(fā)射信號(hào) 完成衛(wèi)星動(dòng)態(tài)的模擬。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，由于真實(shí)衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)是實(shí)時(shí)的，且短時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星 多普勒變化不明顯，選擇每IOms計(jì)算并更新一次多普勒值來(lái)代替真實(shí)衛(wèi)星的實(shí)時(shí)多普勒， 折中了衛(wèi)星多普勒模擬精度與SDR實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。
[0087]更為具體地，由所述DSP計(jì)算得到的帶有多普勒動(dòng)態(tài)的所述載波NCO控制字和所 述碼NCO控制字通過(guò)所述EMIF接口送給所述FPGA后，分別驅(qū)動(dòng)所述載波NCO和所述碼NCO 產(chǎn)生相應(yīng)的載波頻率和偽碼頻率，基帶數(shù)據(jù)I、Q兩路分別與PN碼相乘進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，再進(jìn) 行成形內(nèi)插濾波后分別與正、余載波進(jìn)行IQ正交調(diào)制，調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)通過(guò)DAC輸出模 擬信號(hào)。
[0088] 擴(kuò)頻接收機(jī)模塊，上行信號(hào)在經(jīng)過(guò)所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊時(shí)，根據(jù)所述擴(kuò)頻接收機(jī) 模塊中的相關(guān)器模塊、準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊、PN碼發(fā)生器模塊、碼NCO模塊、捕獲模塊、下采樣模 塊、載波NCO模塊，執(zhí)行如下處理過(guò)程：首先所述上行信號(hào)經(jīng)過(guò)ADC采樣后分別與本地正、 余弦載波相乘下變頻，根據(jù)所述下采樣模塊再下采樣到偽碼速率的兩倍后送給所述捕獲模 塊，捕獲采用基于FFT的部分匹配濾波快速捕獲算法，將所述捕獲到的偽碼NCO控制字和 偽碼初始相位送給所述PN碼發(fā)生器模塊產(chǎn)生超前、即時(shí)、滯后PN碼，分別與下變頻后的信 號(hào)進(jìn)行I、Q兩路相關(guān)，再將相關(guān)值（IE/QE/IP/QP/IL/QL)通過(guò)EMIF接口送給DSP環(huán)路跟 蹤模塊進(jìn)行跟蹤解調(diào)，解調(diào)出幀同步信號(hào)，幀同步信號(hào)再通過(guò)EMIF口送給FPGA準(zhǔn)同步檢測(cè) 模塊，將幀同步信號(hào)與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，判斷上行信號(hào)是否達(dá)到所述準(zhǔn)同步接 入。
[0089] 優(yōu)選地，若測(cè)量時(shí)差小于3個(gè)PN碼碼片寬度，則所述衛(wèi)星模擬器確定所述地面終 端達(dá)到上行準(zhǔn)同步接入。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述時(shí)差測(cè)量不可能達(dá)到完全沒(méi)有誤差，進(jìn) 一步地，所述地面終端與所述衛(wèi)星模擬器不可能完全意義上的同步，沒(méi)有半點(diǎn)時(shí)差，更進(jìn)一 步地，我們需要確定一個(gè)閾值，所述閾值能夠保證所述地面終端與所述衛(wèi)星模擬器在同步 后，不會(huì)造成所述地面終端對(duì)所述衛(wèi)星模擬器造成信號(hào)干擾等因素，優(yōu)選地，根據(jù)本領(lǐng)域技 術(shù)人員經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)以及研究，所述閾值采用3個(gè)PN碼碼片寬度，即認(rèn)為所述衛(wèi)星模擬器 確定所述地面終端k達(dá)到上行準(zhǔn)同步接入。
[0090] 圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)【具體實(shí)施方式】的，在低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通訊系統(tǒng)中新型 衛(wèi)星模擬器實(shí)現(xiàn)與地面終端之間通訊的具體流程圖，低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的對(duì)接試 驗(yàn)，若干地面終端接入所述衛(wèi)星模擬器，在所述衛(wèi)星模擬器中通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)與其中一 個(gè)地面終端之間的通訊，其中，所述地面終端以碼分多址方式接入所述衛(wèi)星模擬器，其中， 所述地面終端表示為k:
[0091] 首先，進(jìn)入步驟S101，所述衛(wèi)星模擬器通過(guò)所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊接收 GPS/BD2導(dǎo)航信號(hào)并解析出Ipps秒脈沖信號(hào)，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述步驟的目的是為 了通過(guò)所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊所提供的世界時(shí)間，對(duì)所述衛(wèi)星模擬器的本地時(shí)間進(jìn) 行調(diào)整，達(dá)到所述衛(wèi)星模擬器的時(shí)間與所述世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間同步的目的，更進(jìn)一步地，所述同 步是通過(guò)Ipps秒脈沖信號(hào)的同步來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體地，所述同步的【具體實(shí)施方式】在圖1中有 具體講到，在此不予贅述。
[0092] 然后，進(jìn)入步驟S102,所述衛(wèi)星模擬器中的本地Ipps同步模塊產(chǎn)生本地Ipps信號(hào) 并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤所述Ipps秒脈沖信號(hào)，使其與所述Ipps秒脈沖信號(hào)保持同步。所述步 驟的目的是使所述衛(wèi)星模擬器與所述世界時(shí)間同步，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在地面終端系 統(tǒng)中，所述地面終端中同樣存在所述Ipps同步模塊、雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊等等，更進(jìn) 一步地，所述地面終端也通過(guò)所述Ipps同步模塊、雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊等達(dá)到與所述 世界時(shí)間同步的目的。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述同步的具體流程在圖1的【具體實(shí)施方式】 中有詳細(xì)講到，在此不予贅述。
[0093] 在執(zhí)行完所述步驟S102后，進(jìn)入步驟S103,所述衛(wèi)星模擬器模擬星地距離延遲 Δ彳⑴與多普勒頻移Δ//⑴，并在本地Ipps信號(hào)延遲⑴后時(shí)刻：(?) +Δ^(?)將下行導(dǎo) 頻進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將下行調(diào)制信號(hào)通過(guò)天線發(fā)送給地面終端。
[0094] 本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述是指星地距離延遲，所述△//(〇是指多普勒頻 移所述(〇 + △<(〇是指所述信號(hào)發(fā)送的時(shí)刻，具體地，在本該發(fā)射的時(shí)刻延遲Δ<(〇后 發(fā)射的時(shí)刻。所述步驟S103的目的是延遲所述信號(hào)的發(fā)射時(shí)間，使所述地面終端接收到所 述信號(hào)的時(shí)刻包含了所述星地距離以及多普勒頻移所造成的因素。
[0095] 最后，執(zhí)行步驟S104,所述衛(wèi)星模擬器接收到由地面終端k發(fā)送的上行調(diào)制信號(hào) 后，從中解調(diào)出上行數(shù)據(jù)幀，獲取幀頭到達(dá)時(shí)間⑴，并將其與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行比較， 得到測(cè)量時(shí)差= 根據(jù)測(cè)量時(shí)差S⑴判斷地面終端k是否達(dá)到準(zhǔn)同步 接入。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，在所述步驟S104之前，所述步驟S103之后，優(yōu)選地，所述地面 終端接收所述下行導(dǎo)頻信號(hào)，并進(jìn)行星地距離補(bǔ)償與多普勒補(bǔ)償，然后將帶有多普勒補(bǔ)償 以及星地距離補(bǔ)償?shù)乃錾闲行盘?hào)通過(guò)天線發(fā)送給所述衛(wèi)星模擬器。進(jìn)一步地，所述衛(wèi)星 模擬器接收到由地面終端k發(fā)送的上行調(diào)制信號(hào)。所述解調(diào)上行數(shù)據(jù)幀的目的是獲取幀頭 到達(dá)時(shí)間，與所述本地Ipps信號(hào)進(jìn)行比較，得出所述測(cè)量時(shí)差，進(jìn)一步地，通過(guò)所述 測(cè)量時(shí)差來(lái)判斷所述地面終端是否達(dá)到所述準(zhǔn)同步接入。
[0096] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬器中的地面終端k為參與低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的任一 地面終端，其他終端的工作流程同地面終端k。本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述衛(wèi)星模擬器所覆 蓋的區(qū)域中有很多類似與所述地面終端k的所述終端，進(jìn)一步地，所述準(zhǔn)同步接入指的是 所述多個(gè)地面終端到達(dá)所述衛(wèi)星模擬器的時(shí)刻是一樣的，本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，所述多個(gè) 地面終端中有著與所述地面終端k一樣的處理裝置，且所述工作流程也與所述地面終端k 一樣。
[0097] 優(yōu)選地，所述衛(wèi)星模擬器中的星地距離延遲Δ?((〇與多普勒頻移Δ//(〇是根據(jù)當(dāng) 前衛(wèi)星模擬器與地面終端k的相對(duì)位置與相對(duì)速度計(jì)算得到的。具體地，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù) 人員的大量計(jì)算以及研究得出：

【權(quán)利要求】
1. 一種用于低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的新型衛(wèi)星模擬器，其特征在于，包括： 雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊，其用于接收解調(diào)GPS/BD2導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)，并解析出秒脈沖Ipps時(shí)標(biāo)信號(hào)； 本地Ipps同步模塊，其用于產(chǎn)生本地秒脈沖Ipps信號(hào)，并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤雙模式導(dǎo)航 衛(wèi)星授時(shí)模塊產(chǎn)生的秒脈沖Ipps信號(hào)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星模擬器與世界統(tǒng)一時(shí)間UTC的同步； 擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊，其用于模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)、模擬星地距離傳輸延遲，并通過(guò)擴(kuò)頻調(diào) 制產(chǎn)生帶有衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)與星地距離延遲的下行鏈路信號(hào)； 擴(kuò)頻接收機(jī)模塊，其用于接收終端上行鏈路信號(hào)，對(duì)上行信號(hào)進(jìn)行捕獲跟蹤，解調(diào)出幀 同步信號(hào)，并與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行時(shí)差測(cè)量，通過(guò)測(cè)量誤差判斷上行信號(hào)是否達(dá)到準(zhǔn)同步 接入； 其中，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊包括： 多普勒模擬模塊，用于模擬衛(wèi)星多普勒動(dòng)態(tài)； 其中，所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊與所述本地Ipps同步模塊連接并通訊，所述本地Ipps同步模塊分別與所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊、所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊連接并通訊。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊還包括星地 距離模擬模塊，其用于模擬星地距離傳輸延遲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)模塊還包括： 基帶數(shù)據(jù)模塊，也即信源數(shù)據(jù)，其用于存儲(chǔ)衛(wèi)星要發(fā)射的原始比特?cái)?shù)據(jù)流； 成形內(nèi)插濾波模塊，其用于消除碼間干擾并壓縮傳輸帶寬； PN碼發(fā)生器模塊，其用于根據(jù)本源多項(xiàng)式和初始相位產(chǎn)生PN碼序列； 碼NCO模塊，其用于根據(jù)碼NCO控制字產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的碼頻率； 載波NCO模塊，其用于根據(jù)載波NCO控制字利用直接數(shù)字頻率合成器DDS產(chǎn)生對(duì)應(yīng)頻 率的正弦載波樣本；，迭代計(jì)算模塊，其用于將EMIF接口得到的多普勒變化率換算成NC0， 對(duì)載波NCO和碼NCO進(jìn)行更新，并將更新后的載波NCO控制字和碼NCO控制字分別送給載 波NCO模塊和碼NCO模塊； 其中，迭代計(jì)算模塊分別與載波NCO模塊和碼NCO模塊連接并通訊，碼NCO模塊與PN碼發(fā)生器模塊連接并通訊，成形內(nèi)插濾波模塊分別與PN碼發(fā)生器模塊和基帶數(shù)據(jù)模塊模 塊連接并通訊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述擴(kuò)頻接收機(jī)模塊 包括： 準(zhǔn)同步檢測(cè)模塊，其用于通過(guò)比較幀同步信號(hào)與本地Ipps信號(hào)，檢測(cè)上行信號(hào)是否達(dá) 到準(zhǔn)同步接入； 相關(guān)器模塊，其用于將本地產(chǎn)生的超前、即時(shí)、滯后PN碼序列與接收到的下變頻信號(hào) 進(jìn)行相關(guān)累加； 捕獲模塊，其用于對(duì)下采樣后的信號(hào)進(jìn)行捕獲，捕獲采用基于FFT的部分匹配濾波快 速捕獲算法，捕獲得到載波頻偏與偽碼相位； 下采樣模塊，其用于對(duì)下變頻后的信號(hào)進(jìn)行抽取采樣，即將高采樣率降為低采樣率； 其中，所述下采樣模塊與捕獲模塊連接并通訊，所述捕獲模塊分別與PN碼發(fā)生器模 塊、碼NCO模塊以及載波NCO模塊連接并通訊，PN碼發(fā)生器模塊與相關(guān)器模塊連接并通訊。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述衛(wèi)星模擬器用于 低軌衛(wèi)星準(zhǔn)同步通信系統(tǒng)的對(duì)接試驗(yàn)，若干地面終端接入所述衛(wèi)星模擬器，在所述衛(wèi)星模 擬器中通過(guò)如下步驟實(shí)現(xiàn)與其中一個(gè)地面終端之間的通訊，其中，所述地面終端以碼分多 址方式接入所述衛(wèi)星模擬器，其中，所述地面終端表示為k: a. 所述衛(wèi)星模擬器通過(guò)所述雙模式導(dǎo)航衛(wèi)星授時(shí)模塊接收GPS/BD2導(dǎo)航信號(hào)并解析 出Ipps秒脈沖信號(hào)； b. 所述衛(wèi)星模擬器中的本地Ipps同步模塊產(chǎn)生本地Ipps信號(hào)并通過(guò)鎖相環(huán)跟蹤所述 Ipps秒脈沖信號(hào)，使其與所述Ipps秒脈沖信號(hào)保持同步； c. 所述衛(wèi)星模擬器模擬星地距離延遲Δ?丨⑴與多普勒頻移，并在本地Ipps信號(hào) 延遲Δ彳?后時(shí)刻(0+△<(0將下行導(dǎo)頻進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，然后將下行調(diào)制信號(hào)通過(guò)天線 發(fā)送給地面終端； d. 所述衛(wèi)星模擬器接收到由所述地面終端k發(fā)送的上行調(diào)制信號(hào)后，從中解調(diào)出上 行數(shù)據(jù)幀，獲取幀頭到達(dá)時(shí)間并將其與本地Ipps信號(hào)進(jìn)行比較，得到測(cè)量時(shí)差 5⑴=I7L⑴-CM根據(jù)測(cè)量時(shí)差S⑴判斷地面終端k是否達(dá)到準(zhǔn)同步接入。 9
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述衛(wèi)星模擬器中的星地距離延 遲Δ^(?)與多普勒頻移Δ//(〇根據(jù)所述衛(wèi)星模擬器與所述地面終端k的相對(duì)位置與相對(duì)速 度計(jì)算得到。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，若測(cè)量時(shí)差δ(t)小于3個(gè) PN碼碼片寬度，則所述衛(wèi)星模擬器確定所述地面終端k達(dá)到上行準(zhǔn)同步接入。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述地面終端k通過(guò) 第三方導(dǎo)航授時(shí)模塊保持與UTC時(shí)間同步。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5至8中任一項(xiàng)所述的衛(wèi)星模擬器，其特征在于，所述地面終端k與所 述衛(wèi)星模擬器的時(shí)刻〔((+1)-￥(?)一4⑴、C⑴均以導(dǎo)頻信號(hào)特定的擴(kuò)頻碼相位作為 依據(jù)。
【文檔編號(hào)】G01S19/23GK104316938SQ201410497342
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】吳康, 梁旭文, 丁晟, 陳毅君, 侯繢玲 申請(qǐng)人:上海歐科微航天科技有限公司