阅读说明：本技术 软件定义的在轨卫星模拟器系统及方法 (The satellite in orbit simulation system and method for software definition ) 是由 杨同智 曾齐 刘廷玉 盛开明 阎珺 于 2019-08-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种卫星地面应用系统的技术领域内的软件定义的在轨卫星模拟器系统及设计方法,包括：射频层、中频层、软件层；所述软件层能够描述卫星的具体业务,模拟卫星内部数据流,生成星地交互的仿真数据,并通过网络与所述中频层的通用基带设备通信,完成卫星业务仿真数据与中频信号之间的转换；所述中频层负责实现信号制式模拟,所述射频层负责实现频点、功率模拟,所述中频层与所述射频层配合实现卫星射频信号的硬件模拟,提供在轨卫星射频信号模拟的硬件平台,所述硬件平台采用通用化设计。本发明通过软件定义更改实现卫星模拟器的功能重构,提高了卫星模拟器的重用性与研制效率,降低了研制成本,具有良好地工程应用价值。(The present invention provides the satellite in orbit simulation system of the software definition in a kind of technical field of satellite ground application system and design methods, comprising: radio layer, intermediate frequency layer, software layer；The software layer can describe the specific business of satellite, and analog satellite internal data flow generates the emulation data of satellite and ground interaction, and communicated by network with the general baseband equipment of the intermediate frequency layer, complete the conversion between satellite business emulation data and intermediate-freuqncy signal；The intermediate frequency layer is responsible for realizing signaling mode simulation, the radio layer is responsible for realizing frequency point, power analog, the hardware simulation of satellite RF signal is realized in the intermediate frequency layer and radio layer cooperation, provides the hardware platform of satellite in orbit radiofrequency signal simulation, and the hardware platform uses General design.The present invention changes the function remodeling for realizing satellite simulator by software definition, improves the reusability and development efficiency of satellite simulator, reduces development cost, has engineering application value well.)

软件定义的在轨卫星模拟器系统及方法

技术领域

本发明涉及卫星地面应用系统的技术领域，具体地，涉及一种软件定义的在轨卫星模拟器系统及方法，应用于卫星设计与地面应用系统功能验证。

背景技术

卫星工程是一项高风险、高投入、高度复杂而又高精度的系统工程，而卫星控制系统是卫星平台的核心，直接决定了卫星任务成败，因此国内外各航天机构都非常重视卫星控制系统的地面仿真验证工作，设计并建立了多种卫星控制仿真系统，在卫星设计和研制中进行了大量的地面仿真和试验，以确保卫星在轨运行的成功率。

传统卫星模拟器采用专用硬件设计，无法重用，增大了研制成本，降低了研制效率，此外，在卫星需求分析、方案设计时，会搭建一套纯软件的任务仿真与效能评估系统，对部分设计及任务性能进行仿真验证，以支持卫星需求分析、方案设计，但该系统采用软件设计，未接入真实物理系统，未能发挥进一步的工程价值。

经现有技术检索，中国发明专利号为CN200910137349.9，发明名称为一种基于气浮原理的卫星轨道运动地面模拟系统，包括气浮平台、放置于该气浮平台上的气足、与该气足相连接的高压气源以及中心引力模拟装置，该中心引力模拟装置包括：第一中心轴，垂直安装于该气浮平台中间；第一磁铁，水平安装于该第一中心轴上；第二中心轴，垂直安装于该气足上；第二磁铁，水平安装于该第二中心轴上，且与第一磁铁磁力的合力作用线通过第一、第二中心轴的连线。应用该系统的方法，包括如下步骤：开通高压气源，在气足与气浮平台间产生一层气膜将卫星模拟器浮起，给卫星模拟器提供一定的运动速度，由中心引力模拟装置提供卫星模拟器圆周运动的向心力，令卫星模拟器在气浮平台上绕固定于气浮平台上的中心轴无摩擦转动。该发明也无法解决卫星模拟器的重用性与研制效率等技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种软件定义的在轨卫星模拟器系统及方法。

根据本发明提供的一种软件定义的在轨卫星模拟器系统，包括：射频层、中频层、软件层；

所述软件层能够描述卫星的具体业务，包括综合电子仿真模块、导航信息仿真模块、能源仿真模块、热控仿真模块、机构仿真模块、姿控仿真模块、轨控仿真模块、载荷仿真模块以及数传仿真模块；

所述中频层负责实现信号制式模拟，由测控、数传通用基带设备组成，实现遥测、遥控与数传中频信号模拟；

所述射频层负责实现导航信号接收、频点与功率模拟；

所述软件层通过网络接收所述中频层的测控综合基带发来的遥控数据、所述射频层的多模导航接收机发来的导航数据，响应遥控指令与导航信息，依据仿真模型模拟卫星内部数据流，生成星地交互的遥测、数传仿真数据，并通过网络与所述中频层的通用测控综合基带设备、高码率数传基带设备通信，完成卫星业务仿真数据与中频信号之间的转换；

所述中频层与所述射频层配合实现卫星测控与数传射频信号的硬件模拟，提供在轨卫星射频信号模拟的硬件平台，所述硬件平台实现遥控与导航射频信号接收、遥测与数传射频信号模拟，所述硬件平台采用通用化设计。

一些实施方式中，所述射频层包括通用导航接收机与微波组件，所述通用导航接收机采用商用多模多频导航接收机，所述多模多频导航接收机可覆盖不同体制导航信号的接收。

一些实施方式中，所述微波组件为宽频带变频器、宽频带功率放大器。

一些实施方式中，所述中频层采用基于软件无线电技术的测控、数传通用基带设备，支持各种调制制式与编码方式。

一些实施方式中，所述中频层的通用基带设备、所述射频层的通用导航接收机通过千兆/万兆网络与所述软件层的软件组件互连。

一些实施方式中，所述软件层包括能源仿真模块、热控仿真模块、机构仿真模块、姿控仿真模块、轨控仿真模块、导航信息仿真模块、综合电子仿真模块。

一些实施方式中，所述综合电子仿真模块、所述导航信息仿真模块通过千兆网络接收中频层、射频层发来的遥控数据、导航信息，通过内总线传递至能源仿真模块、热控仿真模块、机构仿真模块、姿控仿真模块、轨控仿真模块各个功能模块，各个功能模块响应遥控指令、导航信息。

一些实施方式中，所述能源仿真模块、所述热控仿真模块、所述综合电子仿真模块、所述姿控仿真模块通过软总线交互信息，依据仿真模型模拟平台业务数据流，生成对地的遥测数据。

一些实施方式中，所述软件层集成有卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统，能够仿真生成卫星载荷遥感数据流，经过数传信道格式化仿真生成对地的遥感数传数据。

一种软件定义的在轨卫星模拟器的方法，包括如下步骤：

步骤一：将中频层的通用基带设备与射频层的微波组件为宽频带变频器、宽频带功率放大器互连完毕，完成射频层、中频层射频集成，其中，中频层的通用基带设备、射频层的通用导航接收机通过千兆/万兆网络与软件层的软件组件互连；

步骤二：中频层的通用基带设备配置为中频模拟源模式，即由地面收发模式转换为卫星端模拟模式；

步骤三：地面遥控信号经过射频层变频、中频测控基带解调，转换为遥控数据，遥控数据经过千兆网络发送至软件层；地面导航信号发送至射频层的导航接收机，获得导航定位定时信息，经过千兆网络发送至软件层；

步骤四：软件层的综电模块、导航模块通过千兆网络接收中频层、射频层发来的遥控数据、导航信息，通过内总线传递至能源、热控、综电、姿控各个功能模块，各个功能模块响应遥控指令、导航信息；

步骤五：软件层的能源、热控、综电、姿控功能模块通过软总线交互信息，依据仿真模型模拟平台业务数据流，生成对地的遥测数据；

步骤六：将卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统集成进卫星模拟器的软件层，仿真生成卫星载荷遥感数据流，经过数传信道格式化仿真生成对地的遥感数传数据；

步骤七：软件层生成的遥测、遥感数据通过千兆/万兆网络发送至中频层的基带设备，并控制基带设备的调制参数，将软件仿真数据转换为所需的中频信号；

步骤八：中频信号发送至射频层的宽带变频器，配置变频器参数，生成所需频点的射频信号，再经过链路功率调整、功率合成，形成所模拟的卫星射频信号。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过软件定义更改实现卫星模拟器的功能重构，提高了卫星模拟器的重用性与研制效率，降低了研制成本，具有良好地工程应用价值。

2、本发明卫星模拟器的硬件采用通用化设计，仅需更改设备参数即可满足卫星射频接口模拟要求。

3、本发明采用分层设计，设计了通用的中频、射频硬件平台，对卫星模拟器软件层提供了标准开放的接口，卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统可作为一个软件功能模块集成在卫星模拟器的软件层，从而使任务仿真与效能评估系统转变为一个实物系统，用于卫星地面应用系统的闭环验证和卫星整体方案设计的物理验证，进一步发挥任务仿真与效能评估系统的效能。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为软件定义的在轨卫星模拟器设计示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1：

本发明提供了一种软件定义的在轨卫星模拟器系统，包括：射频层、中频层、软件层；

所述软件层进行描述卫星的具体业务，模拟卫星内部数据流，生成星地交互的仿真数据，并通过网络与所述中频层的通用基带设备通信，完成卫星业务仿真数据与中频信号之间的转换；

所述中频层负责实现信号制式模拟，所述射频层负责实现频点、功率模拟，所述中频层与所述射频层配合实现卫星射频信号的硬件模拟，所述中频层与所述射频层协同提供了在轨卫星射频信号模拟的硬件平台，所述硬件平台采用通用化设计。

卫星模拟器采用分层设计，包括软件层、中频层和射频层，模拟器的硬件(中频层、射频层设备)采用通用化设计，仅需更改设备参数即可满足卫星射频接口模拟要求，模拟器硬件对软件层提供了标准开放的接口，软件层用于描述卫星的具体业务，模拟卫星内部数据流，生成星地交互的仿真数据，模拟器的硬件通用化，只需通过软件层定义的更改即可快速重构卫星模拟器，实现不同卫星的模拟等效。

所述射频层包括通用导航接收机和微波组件，所述通用导航接收机采用商用多模多频导航接收机，覆盖Glonass、GPS以及北斗不同体制导航信号的接收

所述微波组件为宽频带变频器、宽频带功率放大器。射频层应用的微波组件为宽频带，即射频层通过采用宽频带设计可适配卫星各频段信号的变频、功率调节需求，仅需更改设备工作参数即可完成卫星射频信号与标准中频信号之间的转换。

所述中频层采用基于软件无线电技术的测控、数传通用基带设备，支持各种调制制式与编码方式。能够覆盖卫星测控、数传及中继系统各类信号的调制解调、编解码需求

中频层的通用基带设备、射频层的通用导航接收机通过千兆/万兆网络与软件层的软件组件互连。

所述软件层集成有卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统，能够仿真生成卫星载荷遥感数据流，经过数传信道格式化仿真生成对地的遥感数据。通过软件层可使任务仿真与效能评估系统转变为一个实物系统，用于卫星地面应用系统的闭环验证和卫星整体方案设计的物理验证，进一步发挥任务仿真与效能评估系统的效能。

所述软件层包括能源仿真模块、热控仿真模块、机构仿真模块、姿控仿真模块、轨控仿真模块、导航信息仿真模块、综合电子仿真模块。

所述综合电子仿真模块、所述导航信息仿真模块通过千兆网络接收中频层、射频层发来的遥控数据、导航信息，通过内总线传递至能源仿真模块、热控仿真模块、机构仿真模块、姿控仿真模块、轨控仿真模块各个功能模块，各个功能模块响应遥控指令、导航信息。

软件层的能源仿真模块、热控仿真模块、综合电子模块、姿控仿真模块通过软总线交互信息，依据仿真模型模拟平台业务数据流，生成对地的遥测数据。

实施例2：

一种软件定义的在轨卫星模拟器的方法，采用本发明上述实施例1中的软件定义的在轨卫星模拟器系统，包括如下步骤：

步骤一：将中频层的通用基带设备与射频层的宽频带变频器、宽频带功率放大器互连完毕，完成射频层、中频层射频集成，其中，中频层的通用基带设备、射频层的通用导航接收机通过千兆/万兆网络与软件层的软件组件互连；

步骤二：中频层的通用基带设备配置为中频模拟源模式，即由地面收发模式转换为卫星端模拟模式；

步骤三：地面遥控信号经过射频层变频、中频测控基带解调，转换为遥控数据，遥控数据经过千兆网络发送至软件层；地面导航信号发送至射频层的导航接收机，获得导航定位定时信息，经过千兆网络发送至软件层；

步骤四：软件层的综电模块、导航模块通过千兆网络接收中频层、射频层发来的遥控数据、导航信息，通过内总线传递至能源、热控、综电、姿控各个功能模块，各个功能模块响应遥控指令、导航信息；

步骤五：软件层的能源、热控、综电、姿控功能模块通过软总线交互信息，依据仿真模型模拟平台业务数据流，生成对地的遥测数据；

步骤六：将卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统集成进卫星模拟器的软件层，仿真生成卫星载荷遥感数据流，经过数传信道格式化仿真生成对地的遥感数据；

步骤七：软件层生成的遥测、遥感数据通过千兆/万兆网络发送至中频层的基带设备，并控制基带设备的调制参数，将软件仿真数据转换为所需的中频信号；

步骤八中频信号发送至射频层的宽带变频器，配置变频器参数，生成所需频点的射频信号，再经过链路功率调整、功率合成，形成所模拟的卫星射频信号。

综上所述，本发明通过软件定义更改实现卫星模拟器的功能重构，提高了卫星模拟器的重用性与研制效率，降低了研制成本，具有良好地工程应用价值；本发明卫星模拟器的硬件采用通用化设计，仅需更改设备参数即可满足卫星射频接口模拟要求；本发明采用分层设计，设计了通用的中频、射频硬件平台，对卫星模拟器软件层提供了标准开放的接口，卫星设计前期的任务仿真与效能评估系统可作为一个软件功能模块集成在卫星模拟器的软件层，从而使任务仿真与效能评估系统转变为一个实物系统，用于卫星地面应用系统的闭环验证和卫星整体方案设计的物理验证，进一步发挥任务仿真与效能评估系统的效能。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。