一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法与流程

1.本技术涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法。


背景技术：

2.随着技术的发展，为满足当前不断提高的应用需求，如今的机载卫星通信需要更多地适应多频段、高低轨的卫星系统之间的切换。当前的一些解决方案中，采用的是多组调制解调器及其独立天线的整套设备切换，增加了卫星链路的切换用时，产生较久的通信中断。
3.鉴于此，提供一种解决上述技术问题的方案，已经是本领域技术人员所亟需关注的。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法，以便有效缩短卫星链路切换过程中的信号中断时间，提高卫星通信的连贯性和稳定性。
5.为解决上述技术问题，本技术公开了一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法，所述相控阵天线的接收阵列包括用于主瓣波束通信的第一阵列和用于副瓣波束通信的第二阵列；所述方法包括：
6.在正常单星通信模式下基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收的同时，控制目标基带板卡上电；
7.启动主副波束模式，基于所述当前基带板卡通过主瓣波束通信进行卫星数据接收的同时，通过副瓣波束通信对所述目标基带板卡进行入网信道配置；
8.在所述目标基带板卡的卫星控制信道广播信息解析完成后，控制所述当前基带板卡下电；
9.基于所述目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收，以便恢复正常单星通信模式。
10.可选地，在所述基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据接收的同时，还包括：
11.基于所述当前基带板卡向所述相控阵天线的发射阵列发射上行中频信号，以便所述上行中频信号经上变频、波束成形处理后由所述发射阵列进行射频发射。
12.可选地，所述基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收，包括：
13.利用主瓣波束成形电路、第一下变频电路对所述第一阵列接收的信号进行波束成形、下变频，以生成第一中频信号；此时所述主瓣波束成形电路的参数设置对应于所述当前基带板卡的下行射频信号频率；
14.利用副瓣波束成形电路、第二下变频电路对所述第二阵列接收的信号进行波束成
形、下变频，以生成第二中频信号；此时所述副瓣波束成形电路的参数设置对应于所述当前基带板卡的下行射频信号频率；
15.将所述第一中频信号和所述第二中频信号经合路器合成一路单频信号后，通过功分器发送至所述当前基带板卡，以便由所述当前基带板卡对接收到的信号进行解调以获取卫星通信数据。
16.可选地，在所述控制目标基带板卡上电之后，还包括：
17.建立所述目标基带板卡与切换模块间的通信连接，所述切换模块与所述相控阵天线的天线控制模块通信连接；
18.通过所述切换模块将所述目标基带板卡的下行射频信号频率发送至所述天线控制模块，以便对所述目标基带板卡进行入网信道配置。
19.可选地，所述通过副瓣波束通信对所述目标基带板卡进行入网信道配置，包括：
20.根据所述目标基带板卡的下行射频信号频率，通过所述天线控制模块对应调整所述副瓣波束成形电路的参数设置；
21.将调整后输出的所述第一中频信号和所述第二中频信号经所述合路器合成一路混频信号后，通过所述功分器功分给所述当前基带板卡和所述目标基带板卡；
22.由所述目标基带板卡从接收到的信号中提取对应频率的中频信号，以便利用基于载波所确定的入网时隙信息而入网。
23.可选地，在所述通过副瓣波束通信对所述目标基带板卡进行入网信道配置之前，还包括：
24.基于所述目标基带板卡的下行射频信号频率、带宽与天线本振，计算与所述目标基带板卡对应的第二中频信号的频率；
25.判断所述当前基带板卡与所述目标基带板卡的中频信号频率间隔是否大于预设值；
26.若是，则执行所述通过副瓣波束通信对所述目标基带板卡进行入网信道配置及其后续步骤。
27.可选地，在判定所述当前基带板卡与所述目标基带板卡的中频信号频率差不大于所述预设值之后，还包括：
28.通过所述天线控制模块调整所述第二下变频电路的变频比，以使调整后的所述第一中频信号和所述第二中频信号的频率差大于所述预设值。
29.可选地，在所述控制所述当前基带板卡下电之后，所述基于所述目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据接收，包括：
30.根据所述目标基带板卡的下行射频信号频率，通过所述天线控制模块对应调整所述主瓣波束成形电路的参数设置；
31.将调整后输出的所述第一中频信号和所述第二中频信号经所述合路器合成一路单频信号后，通过所述功分器发送给所述目标基带板卡，以便由所述目标基带板卡对接收到的信号进行解调以获取卫星通信数据。
32.可选地，在所述基于所述目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据接收的同时，还包括：
33.基于所述目标基带板卡向所述相控阵天线的发射阵列发射上行中频信号，以便所
述上行中频信号经上变频、波束成形处理后由所述发射阵列进行射频发射。
34.可选地，在所述控制目标基带板卡上电之前，还包括：
35.获取当前的信号信噪比和机载惯性基准系统的当前位置信息；
36.判断所述信号信噪比或者所述当前位置信息是否达到卫星链路切换要求；
37.若是，则确定卫星链路切换计划以明确所述目标基带板卡。
38.本技术所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法所具有的有益效果是：本技术将相控阵天线的接收阵列分成两部分以分别用于主瓣波束通信和副瓣波束通信，从而可在当前基带板卡通过主瓣波束通信进行卫星通信的同时，通过副瓣波束通信为目标基带板卡建立卫星控制信道，在卫星控制信道建立完成后再将数据传输通道切换到目标基带板卡，避免了创建卫星控制信道期间的通信中断，因此本技术有效缩短了卫星链路切换过程中的信号中断时间，提高了卫星通信信号的连贯性。
附图说明
39.为了更清楚地说明现有技术和本技术实施例中的技术方案，下面将对现有技术和本技术实施例描述中需要使用的附图作简要的介绍。当然，下面有关本技术实施例的附图描述的仅仅是本技术中的一部分实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图，所获得的其他附图也属于本技术的保护范围。
40.图1为本技术实施例公开的一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法的流程图；
41.图2为本技术实施例公开的一种多模架构的相控阵天线系统的结构框图。
具体实施方式
42.本技术的核心在于提供一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法，以便有效缩短卫星链路切换过程中的信号中断时间，提高卫星通信的连贯性和稳定性。
43.为了对本技术实施例中的技术方案进行更加清楚、完整地描述，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行介绍。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。
44.参见图1所示，本技术实施例公开了一种多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法，所述该相控阵天线的接收阵列包括用于主瓣波束通信的第一阵列和用于副瓣波束通信的第二阵列；该方法主要包括：
45.s101：在正常单星通信模式下基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收的同时，控制目标基带板卡上电。
46.s102：启动主副波束模式，基于当前基带板卡通过主瓣波束通信进行卫星数据接收的同时，通过副瓣波束通信对目标基带板卡进行入网信道配置。
47.s103：在目标基带板卡的卫星控制信道广播信息解析完成后，控制当前基带板卡下电。
48.s104：基于目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据
接收，以便恢复正常单星通信模式。
49.具体地，本技术实施例所提供的卫星链路切换方法，应用于多模架构的相控阵天线系统，其结构示意图可具体参见图2。所谓多模架构，即设置有采用不同卫星系统的多个核心基带板卡，并且共用同一相控阵天线，而非设置多组整套的调制解调器及其独立天线。
50.其中，不同的核心基带板卡采用不同的卫星链路，对应使用不同的射频频率、中频频率。当前基带板卡即当前正在使用的基带板卡，也就是切换之前使用的基带板卡；目标基带板卡即切换之后所使用的基带板卡，并作为下次切换时的当前基带板卡。
51.当不需要切换卫星通信链路、保持使用当前卫星持续跟踪时，工作中的基带板卡仅有一个，即与当前卫星对应的基带板卡。此时，系统工作在正常单星通信模式。
52.当需要切换卫星通信链路时，例如当前运载体正从一个卫星的覆盖区域进入到与另一个卫星的覆盖叠加区域，或者由于当前卫星信号较差，需要切换到信号较好的另一个卫星时，系统将先工作在主副波束模式，令当前基带板卡在接收卫星数据的同时，对目标基带板卡进行卫星信道配置，而后再由目标基带板卡单独进行工作，即再次切换回正常单星通信模式。
53.其中，需要指出的是，本技术将相控阵天线的接收阵列分成了第一阵列与第二阵列，分别用于主瓣波束通信和副瓣波束通信，因此得以创建主副波束模式，在使用当前基带板卡通过主瓣波束进行卫星数据通信的同时，通过副瓣波束通信为目标基带板卡创建其卫星控制信道进行入网配置。
54.由于在创建目标基带板卡的卫星控制信道期间，依旧可以基于当前基带板卡进行卫星通信，因此在此期间数据不会中断。也就是说，本技术产生数据中断的时间仅在于将数据传输通道切换至目标基带板卡的这一过程，有效缩短了卫星通信的切换用时。而其中卫星控制信道的创建用时与数据传输通道的切换用时基本相当，也就是说，相比于当前整套设备的切换方案，本技术可减少一半的通信中断时长。
55.还需要说明的是，由于卫星控制信道的阵列规模需求小于数据传输通道的阵列规模需求，因此可令第二阵列包含的阵元数量远小于第一阵列。并且，卫星控制信道的接入时间短、发送信息少，几乎不用考虑发射机对其他卫星的干扰。
56.可见，本技术所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法，将相控阵天线的接收阵列分成两部分以分别用于主瓣波束通信和副瓣波束通信，从而可在当前基带板卡通过主瓣波束通信进行卫星通信的同时，通过副瓣波束通信为目标基带板卡建立卫星控制信道，在卫星控制信道建立完成后再将数据传输通道切换到目标基带板卡，避免了创建卫星控制信道期间的通信中断，因此本技术有效缩短了卫星链路切换过程中的信号中断时间，提高了卫星通信信号的连贯性和稳定性。
57.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收的同时，还包括：
58.基于当前基带板卡向相控阵天线的发射阵列发射上行中频信号，以便上行中频信号经上变频、波束成形处理后由发射阵列进行射频发射。
59.具体的，相控阵天线系统中切换模块的输入端可分别与各个基带板卡相连接，输出端则依次通过上变频电路、上行波束成形电路连接至发射阵列。若有基带板卡输出了上
行中频信号，则切换模块可进行上行转发。如此，基带板卡-切换模块-上变频电路-上行波束成形电路-发射阵列便构成了的相控阵天线的上行通道。当前基带板卡在利用下行通道进行卫星数据接收时，也可利用上行通道进行数据发送。
60.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，基于当前基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星数据接收，包括：
61.利用主瓣波束成形电路、第一下变频电路对第一阵列接收的信号进行波束成形、下变频，以生成第一中频信号；此时主瓣波束成形电路的参数设置对应于当前基带板卡的下行射频信号频率；
62.利用副瓣波束成形电路、第二下变频电路对第二阵列接收的信号进行波束成形、下变频，以生成第二中频信号；此时副瓣波束成形电路的参数设置对应于当前基带板卡的下行射频信号频率；
63.将第一中频信号和第二中频信号经合路器合成一路单频信号后，通过功分器发送至当前基带板卡，以便由当前基带板卡对接收到的信号进行解调以获取卫星通信数据。
64.其中，功分器即功率分配器，它是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件。而相反地，将多路信号能量合成一路输出的器件，称为合路器。
65.具体地，第一阵列组合-第一波束成形电路-第一下变频电路-合路器-功分器-基带板卡构成了第一个接收通道；而第二阵列组合-第二波束成形电路-第二下变频电路-合路器-功分器-基带板卡”构成了另一个接收通道。
66.在正常单星通信模式下，两个接收通道与同一个基带板卡配合工作：两个接收通道中的波束成形电路的相关参数均依据该基带板卡的下行射频信号频率而设定，使得能够接收到对应频率的下行射频信号，以便能被该基带板卡获取并处理。其中，每个基带板卡均有自己对应的卫星系统和通信频率。
67.由于对应于同一基带板卡，因此两个接收通道中下行射频信号经下变频得到的中频信号也频率相等，所以合路器的合成信号具体为一个单频信号。
68.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在控制目标基带板卡上电之前，还包括：
69.获取当前的信号信噪比和机载惯性基准系统的当前位置信息；
70.判断信号信噪比或者当前位置信息是否达到卫星链路切换要求；
71.若是，则确定卫星链路切换计划以明确目标基带板卡。
72.具体地，当发现当前信号较差时，或者发现当前要从一个卫星的覆盖区域进入到与另一个卫星的覆盖叠加区域时，便可确定并执行卫星链路切换计划。
73.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在控制目标基带板卡上电之后，还包括：
74.建立目标基带板卡与切换模块间的通信连接，切换模块与相控阵天线的天线控制模块通信连接；
75.通过切换模块将目标基带板卡的下行射频信号频率发送至天线控制模块，以便对目标基带板卡进行入网信道配置。
76.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路
切换方法在上述内容的基础上，通过副瓣波束通信对目标基带板卡进行入网信道配置，包括：
77.根据目标基带板卡的下行射频信号频率，通过天线控制模块对应调整副瓣波束成形电路的参数设置；
78.将调整后输出的第一中频信号和第二中频信号经合路器合成一路混频信号后，通过功分器功分给当前基带板卡和目标基带板卡；
79.由目标基带板卡从接收到的信号中提取对应频率的中频信号，利用基于载波所确定的入网时隙信息而入网。
80.具体地，当目标基带板卡上电并通过切换模块接入系统后，便可利用副瓣波束对应的第二接收通道对其进行信道配置。通过调整副瓣波束成形电路的参数设置，可使第二接收通道改为接收与目标基带板卡对应的卫星的信号。由此，第二下变频电路输出的第二中频信号的频率也发生了变化。此时，合路器生成的为一路混频信号。
81.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在通过副瓣波束通信对目标基带板卡进行入网信道配置之前，还包括：
82.基于目标基带板卡的下行射频信号频率、带宽与天线本振，计算与目标基带板卡对应的第二中频信号的频率；
83.判断当前基带板卡与目标基带板卡的中频信号频率间隔是否大于预设值；
84.若是，则执行通过副瓣波束通信对目标基带板卡进行入网信道配置及其后续步骤。
85.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在判定当前基带板卡与目标基带板卡的中频信号频率差不大于预设值之后，还包括：
86.通过天线控制模块调整第二下变频电路的变频比，以使调整后的第一中频信号和第二中频信号的频率差大于预设值。
87.具体地，若当前基带板卡与目标基带板卡的中频信号频率差足够大，则可以正常允许利用合路器对来自两个接收通道中的数据进行同时传输。而若中频信号频率差过小，则会引发信号干扰，降低信号质量。此时，本实施例可进一步通过调整第二下变频电路的变频比来增大两个中频信号的频率差，保障信号传输质量。
88.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在控制当前基带板卡下电之后，基于目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据接收，包括：
89.根据目标基带板卡的下行射频信号频率，通过天线控制模块对应调整主瓣波束成形电路的参数设置；
90.将调整后输出的第一中频信号和第二中频信号经合路器合成一路单频信号后，通过功分器发送给目标基带板卡，以便由目标基带板卡对接收到的信号进行解调以获取卫星通信数据。
91.具体地，当基于第二接收通道完成对目标基带板卡的信道配置后，即可根据入网时隙信息而对目标基带板卡进行卫星入网，并将第一接收通道也切换用于接收与目标基带
板卡对应的卫星数据。在切换完成后，第一中频信号和第二中频信号的信号频率均为对应于目标基带板卡的中频信号频率，由合路器得到的为一路单频信号。
92.作为一种具体实施例，本技术实施例所提供的多模架构的相控阵天线的卫星链路切换方法在上述内容的基础上，在基于目标基带板卡通过主瓣波束通信和副瓣波束通信进行卫星入网和数据接收的同时，还包括：
93.基于目标基带板卡向相控阵天线的发射阵列发射上行中频信号，以便上行中频信号经上变频、波束成形处理后由发射阵列进行射频发射。
94.类似地，当接收通道完成切换后，上行通道也应切换至目标基带板卡，以便目标基带板卡在利用下行通道接收卫星数据时，也可利用上行通道进行上行数据发送。
95.本技术中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的设备而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
96.还需说明的是，在本技术文件中，诸如“第一”和“第二”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者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。此外，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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
97.以上对本技术所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术的保护范围内。