一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统的制作方法

本发明属于体系仿真与效能评估领域，涉及一种轻量化通信卫星仿真系统。

背景技术：

1、通信卫星装备技术复杂、研制周期长、投资巨大，因此在卫星研制的各个阶段，都需要通过仿真手段，反复验证卫星方案，确保方案合理可行。在卫星设计、研制及应用全过程，都需要构建不同颗粒度，不同功能的仿真模型，用于支撑各阶段的仿真应用。一般而言，在立项论证阶段应用卫星仿真模型对卫星装备的效能及适应性进行评估，确保卫星装备能力能够满足用户需求；在卫星研制阶段，应用卫星仿真模型进行装备的鉴定，配合进行卫星装备功能性能的验证；在卫星应用阶段，卫星仿真模型可以用于支持在轨卫星的运行保障任务。

2、现有卫星仿真模型在设计与研发过程中，更关注卫星本身的工作状态，如对卫星遥控指令的响应、遥测参数的模拟以及卫星工作状态的模拟。其不足之处是卫星仿真模型在业务应用层面表现不足，未将通信卫星装备纳入到体系中，忽略与地面段、用户段装备在实际应用中的信息交互过程，如终端的入网、建链过程、信关站对卫星的网系指令交互过程等。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：本发明提出一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，仿真模型从信号、信息两个层面进行功能分解。在信号层面，应用星地通信信号特征参数，功率、频率、时延，计算星地链路的通断，作为信息交互的前提条件；在信息层面，模拟系统的入网信令交互、建链信令交互、网系指令交互过程。

2、本发明所采用的技术方案是：一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，包括：接收模块、星载信息处理模块和发射模块；

3、接收模块接收外部信道发送测控指令、信令或业务，计算信号的特征，并根据信号的特征判断链路的通断；根据链路的通断情况，判断信号能否被星载信息处理模块接收；

4、星载信息处理模块接收相关信号后，对信号进行处理，模拟入网过程、建链过程、波束指向调整过程及业务信息路由过程，并将相关测控应答信息、信令、业务信息发送至发射模块；

5、发射模块根据发射方和接收方的位置关系来生成信号特征，将信号和信息内容打包发送至接收方。

6、进一步的，所述接收模块包括多个接收波束模块、测控链路计算模块及信令/业务链路计算模块；

7、接收波束模块从外部信道接收信关站或终端发送的测控指令、信令或业务，根据卫星位置、终端/信关站位置以及波束指向计算终端与卫星的连线与卫星至波束中心点连线的夹角，根据夹角大小查询天线方向图中的天线增益，根据夹角的大小进行插值处理得到接收增益，并将接收增益记录在信号特征中，传递给测控链路计算模块及/信令/业务链路计算模块，测控链路计算模块及/信令/业务链路计算模块根据链路计算公式，计算信噪比，根据信噪比-误码率曲线，得到误码率，根据信噪比门限判断当前链路的通断情况；若链路通，则将测控/信令/业务信息传递给星载信息处理模块；若链路不通，则不传信息。

8、进一步的，所述星载信息处理模块包括测控指令处理模块、波束指向控制模块、路由交换模块、信令处理模块、入网信令处理模块以及业务建链处理模块；

9、测控指令处理模块识别处理接受波束模块发送的测控信息，并将波束指向调整指令信息转发给波束指向控制模块，将指令应答发送给发射波束模块；波束指向控制模块接收到波束指向调整指令，计算波束至目标点是否可见，可见时按照设定的波束移动速度将波束指向目标点；信令处理模块接收接收波束模块发送的信令信息，对信令信息进行识别，将入网相关信令发送至入网信令处理模块，将业务申请相关信令发送至业务建链相关处理模块；入网信令处理模块用于处理入网申请，在接收到入网申请后，进行入网处理，判断是否有可用的上行控制信道，若有，进行入网鉴权，鉴权成功后发送入网成功应答，若无上行信道或鉴权失败，发送入网失败应答；业务建链处理模块用于处理建链申请，建链分为单星建链和跨星建链；对于单星建链，在接收到终端建链申请后，判断是否有可用的上行业务信道，若有，则根据波束信道资源进行资源分配，根据资源分配情况，向外发送建链通告；对于跨星建链，在接收到终端建链申请后，判断是否有可用的上行业务信道，若有，则根据波束信道资源进行资源分配，在资源分配后，路由交换模型根据信息中的来源和目的以及当前的卫星网络连接关系，计算下一个卫星节点，由下一个卫星节点进行建链处理；若星载信息处理模块接收到业务信息，由路由交换模块根据来源和目的以及当前的卫星网络连接关系发送给下一个节点。

10、进一步的，所述发射模块包括多个发射波束模块以及发射信号特征生成模块；

11、发射波束模块接收到星载信息处理模块发送的指令应答信息、入网相关信令、建链相关信令、业务信息后，根据卫星位置、终端/信关站位置以及波束指向计算终端与卫星的连线与卫星至波束中心点连线的夹角，根据夹角大小查询天线方向图中的天线增益，根据夹角的大小进行插值处理得到发射增益，根据信号发射功率计算eirp；将信号特征与信息内容合并为一条消息，发送给接收方。

12、进一步的，一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，还包括卫星轨道姿态计算模块，卫星轨道姿态计算模块用于计算卫星轨道、姿态参数。

13、进一步的，卫星轨道姿态计算模块包括轨道模型和姿态模型，轨道模型的输入为轨道六根数和仿真时间，轨道模型计算后输出j2000坐标系下卫星的位置和速度；姿态模型用于计算卫星姿态四元数。

14、本发明与现有技术相比的优点在于：

15、本发明从信号层面与信息层面对模型进行功能分解，在信号层面，通过波束指向模拟以及加载天线方向图、信噪比-误码率曲线，能够准确反映星地链路通断状态；在信息层面，通过对星地接口规范中各类管控协议的仿真抽象，形成仿真模型间的信息交互协议，能够对入网、建链、波束调配等过程进行仿真模拟，实现在业务应用层面的仿真，从而支撑卫星装备效能与适应性的评估。基于此方法开发的通信卫星仿真模型具备极高的可扩展性，一方面，随着卫星装备的研制过程推进，可以应用卫星试验与测试数据对信号层面的仿真计算结果进行校准，使得仿真置信度不断提升；另一方面，在信息层面，可以对各类管控流程进行仿真推演，结合卫星应用需求，对各类管控流程进行验证，并可以对信令交互过程进行灵活的调整，适应设计的变化。

技术特征：

1.一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，包括：接收模块、星载信息处理模块和发射模块；

2.根据权利要求1所述的一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，所述接收模块包括多个接收波束模块、测控链路计算模块及信令/业务链路计算模块；

3.根据权利要求2所述的一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，所述星载信息处理模块包括测控指令处理模块、波束指向控制模块、路由交换模块、信令处理模块、入网信令处理模块以及业务建链处理模块；

4.根据权利要求3所述的一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，所述发射模块包括多个发射波束模块以及发射信号特征生成模块；

5.根据权利要求1所述的一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，还包括卫星轨道姿态计算模块，卫星轨道姿态计算模块用于计算卫星轨道、姿态参数。

6.根据权利要求5所述的一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，其特征在于，卫星轨道姿态计算模块包括轨道模型和姿态模型，轨道模型的输入为轨道六根数和仿真时间，轨道模型计算后输出j2000坐标系下卫星的位置和速度；姿态模型用于计算卫星姿态四元数。

技术总结
本发明提供一种基于信号与信息的轻量化通信卫星仿真系统，包括：接收模块、星载信息处理模块、发射模块以及卫星轨道姿态计算模块；接收模块接收外部信道发送测控指令、信令或业务，计算信号的特征，并根据信号的特征判断链路的通断；根据链路的通断情况，判断信号能否被星载信息处理模块接收；星载信息处理模块接收相关信号后，对信号进行处理，模拟入网过程、建链过程、波束指向调整过程及业务信息路由过程，并将相关测控应答信息、信令、业务信息发送至发射模块；发射模块根据发射方和接收方的位置关系来生成信号特征，将信号和信息内容打包发送至接收方。

技术研发人员：张博,曹廷友,高新宇,李臻,夏珍珠,刘茹,胡冠松,王薇,谢江淼,孙文杰
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11