一种面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统的制作方法

1.本发明涉及卫星测试技术领域，更具体地，涉及一种面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统。


背景技术：

2.全球卫星搜救系统(cospas-sarsat)是由美国、苏联、法国和加拿大联合开发的全球公益性卫星遇险报警系统，为航海、航空和陆地用户提供免费的遇险报警服务，是国际海事组织(imo)推行的全球海上遇险与安全系统(gmdss)的重要组成部分，初期主要使用低轨道卫星，后来增加了静止轨道卫星，但这两种卫星数量均较少，在使用中也存在先天的技术缺陷，难以满足使用需要。在国际搜救卫星组织的推动下，从2000年开始，在全球卫星导航系统(gps)、格洛纳斯卫星导航系统(glonass)、伽利略卫星导航系统(galileo) 的中轨道卫星上搭载搜救载荷，逐步形成了中轨道卫星搜救系统(meosar)的空间资源，因中轨道卫星数量多，相对近地面，可以实现更高的定位精度、更短的等待时间及全球覆盖能力，国际搜救卫星组织已将中轨卫星搜救系统作为未来发展方向，并计划逐步替代低轨道卫星搜救系统(leosar)和静止轨道卫星搜救系统(geosar)。
3.中轨道卫星搜救系统是新发展的一种406mhz信标的定位系统，信标信号通过中轨道卫星搜救载荷转发至地面处理中心。为保证中轨道卫星搜救系统良好运行，需要建设中轨卫星搜救地面支持系统，完成载荷设备的验证、测试、入网等工作。目前，对搜救载荷的在轨测试工作采用临时搭建的系统。现有临时搭建的系统存在使用期限短、测试能效低、设备组建不完善、性能不稳定等问题，无法满足中轨道卫星搜救系统及其载荷的长期稳定测试和验证。


技术实现要素：

4.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统，可以实现对中轨道卫星搜救载荷进行高能效、高稳定的在轨测试、入网启用测试以及中轨道卫星搜救系统的在轨功能验证。
5.本发明采取的技术方案是，提供一种面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统，包括测试仿真模块、天线接收模块、信号处理模块、信息处理模块、性能测试模块；测试仿真模块包括信标仿真单元；信息处理模块包括gnss接收机、对外通信子模块、状态监控子模块和定位解算处理子模块；
6.信标仿真单元，用于模拟测试信标搜救信号的产生，并将搜救信号发射至中轨道卫星，以使中轨道卫星搭载的搜救载荷转发搜救信号播发出射频信号；
7.天线接收模块，用于接收射频信号，对射频信号进行处理得到中频信号，并将中频信号发送至信号处理模块，将射频信号和/或中频信号发送至性能测试模块；
8.信号处理模块，用于接收中频信号，对中频信号进行处理得到信标信息，并将信标信息发送至定位解算处理子模块；
9.gnss接收机，用于从中轨道卫星播发的电文解析出第一卫星轨道参数；
10.对外通信子模块，用于从中轨道卫星的运行监控系统获取第二卫星轨道参数；
11.状态监控子模块，用于从gnss接收机获取第一卫星轨道参数，从对外通信子模块获取第二卫星轨道参数，监控第一卫星轨道参数与第二卫星轨道参数的一致性；
12.定位解算处理子模块，用于从gnss接收机获取第一卫星轨道参数或从对外通信子模块获取第二卫星轨道参数，并接收信标信息，根据第一卫星轨道参数和信标信息，或根据第二卫星轨道参数和信标信息，对测试信标进行定位；
13.性能测试模块，用于接收射频信号和/或中频信号，根据射频信号和/或中频信号分析频率指标和/或功率指标和/或时延指标。
14.本发明所提供的地面测试验证系统，利用信标仿真单元、天线接收模块、信号处理模块、信息处理模块和性能测试模块构成完整的测试链路，满足中轨道卫星搜救载荷在轨测试、入网启用测试以及中轨道卫星搜救系统在轨功能验证的要求。信息处理模块的gnss接收机和对外通信子模块可以分别获取到不同来源的卫星轨道参数，以便状态监控子模块的实时监控，定位解算处理子模块也可以根据不同的卫星轨道参数进行定位解算，可以评估和改善定位精度。
15.进一步地，对外通信子模块，还用于从性能测试模块获取频率指标和/或功率指标和/或时延指标，将频率指标和/或功率指标和/或时延指标发送至运行监控系统。
16.对外通信子模块除了可以从运行监控系统获取卫星轨道参数以外，还可以反过来将地面测试验证系统所检测、解算、监控的数据，反馈给运行监控系统，以进一步优化运行监控系统的监控策略、计划制定策略等。
17.进一步地，状态监控子模块，还用于获取中轨道卫星的星历数据，监控星历数据，与第一卫星轨道参数、第二卫星轨道参数的一致性。
18.状态监控子模块同时监控星历数据、第一卫星轨道参数和第二卫星轨道参数，以确保星历数据、中轨道卫星所播发的轨道参数、运行监控系统所提供的轨道参数这三者的一致性。
19.进一步地，天线接收模块包括接收天线、l/s低噪放、l/s下变频器、发射天线；
20.接收天线，用于接收射频信号；
21.l/s低噪放，用于对射频信号进行低噪声放大；
22.l/s下变频器，用于对低噪声放大后的射频信号进行下变频得到中频信号，并将中频信号发送至信号处理模块；
23.发射天线，用于向中轨道卫星发射连续波信号；
24.天线控制单元，用于控制接收天线和发射天线的俯仰角和方位角。
25.在天线控制单元的控制下，接收天线和发射天线可以跟踪捕获中轨道卫星。l/s低噪放和 l/s下变频器可以分别对接收天线所接收到的射频信号的l频段和s频段分别进行低噪声放大和下变频处理，使得高频的射频信号下变频成中频信号，以便后续信息处理模块继续进行信号处理。
26.进一步地，发射天线为uhf发射模块，接收天线和uhf发射模块隔离运行。
27.采用uhf发射模块可以向中轨道卫星上所搭载的搜救载荷发送较大功率的连续波信号，提高天线接收模块的跟星能力，而且为了防止uhf发射模块内的lna发生自激现象，接
收天线和uhf发射模块隔离运行。
28.进一步地，接收天线为多个；不同的接收天线，用于接收不同中轨道卫星播发的射频信号。
29.对于多个中轨道卫星搜救系统，多个接收天线可以接收不同的中轨道卫星搜救系统的搜救载荷所播发的射频信号，同时接收不同中轨道卫星搜救系统的搜救载荷所播发的射频信号，可以便于相互对比、确保准确、提升性能，并用于进行定位解算。
30.进一步地，天线控制单元，还用于发送接收天线和发射天线的俯仰角和方位角至状态监控子模块；
31.状态监控子模块，还用于接收并监控俯仰角和方位角，发送控制指令至天线控制单元；
32.天线控制单元，还用于接收控制指令，并根据控制指令控制接收天线和发射天线的俯仰角和方位角。
33.天线控制单元控制接收天线和发射天线的俯仰角和方位角的同时，将俯仰角和方位角发送至状态监控子模块，可以让测试人员实时通过状态监控子模块了解到接收天线和发射天线的目前工作状态，测试人员也可以根据实时监控及时向天线控制单元发出控制指令，使得天线控制单元根据控制指令调整接收天线和发射天线的俯仰角和方位角。
34.进一步地，测试仿真模块还包括载荷仿真单元和干扰信号仿真单元；
35.信标仿真单元，还用于将搜救信号发送至载荷仿真单元；
36.载荷仿真单元，用于模拟中轨道卫星搭载的搜救载荷转发搜救信号播发出模拟的射频信号。
37.干扰信号仿真单元，用于产生干扰信号，以干扰搜救信号和/或射频信号。
38.载荷仿真单元可以模仿中轨道卫星搜救载荷的性能，适应中轨道卫星搜救系统的不同性能测试与功能验证。干扰信号仿真单元可以模拟各种干扰信号工况，适应中轨道卫星搜救系统的抗干扰性能测试。
39.进一步地，信号处理模块包括中频解调模块和接口模块；
40.中频解调模块包括依次连接的带通滤波器、模数转换器、信号捕获跟踪解调器和基带处理及信标信息生成单元；
41.所述带通滤波器与所述天线接收模块连接，所述基带处理及信标信息生成单元与所述接口模块连接，所述接口模块与所述信息处理模块连接；
42.带通滤波器，用于接收中频信号，并对中频信号进行滤波；
43.模数转换器，用于对滤波后的中频信号进行模数转换；
44.信号捕获跟踪解调器，用于对模数转换后的中频信号检测、参数估计、解扩、解调，输出参数信息和基带信号；
45.基带处理及信标信息生成单元，用于对基带信号进行编帧，根据编帧后的基带信号和参数信息生成信标信息；
46.接口模块，用于将信标信息发送至定位解算处理子模块。
47.进一步地，信号捕获跟踪解调器包括数字下变频模块、信标信号捕获模块、载波跟踪模块和伪码跟踪模块；
48.模数转换器具体用于对滤波后的中频信号经过a/d采样得到码片数据流；
49.数字下变频模块，用于接收码片数据流，将码片数据流的i路信号和q路信号分别对应乘上载波nco输出的同相载波和正交载波，以实现正交调制；
50.信标信号捕获模块，用于对正交调制后的i路信号和q路信号进行伪随机码相位和多普勒频率的捕获，估计并输出toa、foa，用延迟跟踪环实现扩频码相位的同步和跟踪，得到用于解扩的i路信号和q路信号扩频码的码相位；
51.载波跟踪模块，用于将经捕获后的i路信号和所述q路信号分别与本地扩频码ci、cq＇混频并在一个扩频码周期内累加，得到两组信号i
ci
、q
ci
和i
cq
＇、q
cq
＇，微调两组信号得到两组中间支路输出信号(i
ci
)center、(q
ci
)center和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center，根据两组中间支路输出信号(i
ci
)center、(q
ci
)center和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center计算误差，并根据误差控制载波nco的频偏，利用频偏补偿两组中间支路输出信号，将补偿后的(i
ci
)center、(q
ci
)center 和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center作为输出的基带信号；
52.伪码跟踪模块，用于采用两组信号i
ci
、q
ci
和i
cq
＇、q
cq
＇的超前、滞后支路(i
ci
)early、 (i
ci
)late、(q
ci
)early、(q
ci
)late、(i
cq
＇)early、(i
cq
＇)late、(q
cq
＇)early和(q
cq
＇)late进行本地时钟的调整，以实现接收中频信号与本地扩频码ci、cq＇的同步。
53.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
54.(1)本发明能够实现对中轨道卫星搜救载荷进行在轨测试和入网启用测试，还能实现中轨道卫星搜救系统的在轨功能验证。
55.(2)本发明的系统架构设计周全、设备完善、性能好、测试功能齐全、效能高，能够满足对中轨道卫星搜救系统及其搜救载荷进行长期稳定测试的要求。
附图说明
56.图1为本发明实施例的面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统架构图。
57.图2为本发明实施例的信号处理模块组成示意图。
58.图3为本发明实施例的信号捕获跟踪解调器工作原理图。
59.图4为本发明实施例的地面测试验证系统与运行监控系统之间的数据交互示意图。
60.图5为本发明实施例的测试仿真模块组成示意图。
61.图标：100-地面测试验证系统；110-测试仿真模块；111-信标仿真单元；112-载荷仿真单元；113-干扰信号仿真单元；120-天线接收模块；121-接收天线；122-l/s低噪放；123-l/s 下变频；124-发射天线；125-天线控制单元；130-信号处理模块；131-带通滤波器；132-模数转换器；133-信号捕获跟踪解调器；134-基带处理及信标信息生成单元；135-缓存器；136-接口控制芯片；137-数据接口；140-信息处理模块；141-gnss接收机；142-对外通信子模块；143-状态监控子模块；144-定位解算处理子模块；150-性能测试模块；151-频谱测试终端；152-功率测试终端；153-时延测试终端；200-运行监控系统。
具体实施方式
62.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
63.本实施例提供一种面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统100，能够对中轨道卫星搜救系统及其搭载的搜救载荷进行在轨测试、入网启用测试、在轨功能验证等工作，所述中轨道卫星可以是面向北斗的，在具体实施过程中，所述中轨道卫星与北斗(如北斗三号) 地面运控系统连接。
64.图1是本实施例所提供的地面测试验证系统100的架构图。如图1所示，本实施例提供的地面测试验证系统100包括测试仿真模块110、天线接收模块120、信号处理模块130、信息处理模块140、性能测试模块150。其中，测试仿真模块110包括信标仿真单元111；信息处理模块140包括gnss接收机141、对外通信子模块142、状态监控子模块143和定位解算处理子模块144；
65.信标仿真单元111，用于模拟测试信标搜救信号的产生，并将搜救信号发射至中轨道卫星，以使中轨道卫星搭载的搜救载荷转发搜救信号播发出射频信号；
66.天线接收模块120，用于接收射频信号，对射频信号进行处理得到中频信号，并将中频信号发送至信号处理模块130，将射频信号和/或中频信号发送至性能测试模块150；
67.信号处理模块130，用于接收中频信号，对中频信号进行处理得到信标信息，并将信标信息发送至定位解算处理子模块144；具体地，信号处理模块130按照全球卫星搜救系统的技术标准规定的两种不同的中频信号(一代信标数据长度为112bit或144bit，使用bpsk方式解调。二代信标数据长度为250bit，使用dsss-qpsk方式解调)格式对收到的数据进行检测、解码、校验和验证，得到信标信息；
68.gnss接收机141，用于从中轨道卫星播发的gnss电文中解析出第一卫星轨道参数；
69.对外通信子模块142，用于从中轨道卫星的运行监控系统200获取第二卫星轨道参数；
70.状态监控子模块143，用于从gnss接收机141获取第一卫星轨道参数，从对外通信子模块142获取第二卫星轨道参数，监控第一卫星轨道参数与第二卫星轨道参数的一致性；
71.定位解算处理子模块144，用于从gnss接收机141获取第一卫星轨道参数或从对外通信子模块142获取第二卫星轨道参数，并接收信标信息，根据第一卫星轨道参数和信标信息，或根据第二卫星轨道参数和信标信息，对测试信标进行定位；
72.性能测试模块150，用于接收射频信号和/或中频信号，根据射频信号和/或中频信号分析频率指标和/或功率指标和/或时延指标。
73.测试仿真模块110的信标仿真单元111可以模拟测试信标发出搜救信号。具体地，测试仿真模块110根据测试信标的特征参数模拟生成测试信标的数字电文，调制后产生标准的 406.05mhz搜救信号，放大滤波后上发给被测试中轨道卫星搜救载荷进行转发。优选地，信标仿真单元111可以模拟多个测试信标同时发出搜救信号。
74.搜救信号经中轨道卫星搜救载荷转发，中轨道卫星搜救载荷会播发出射频信号，射频信号经天线接收模块120接收并进行低噪声放大和下变频处理输出中频信号，中频信号会进入信号处理模块130进行处理得到信标信息，信标信息会进入信息处理模块140的定位解算处理子模块144中用于对测试信标进行定位。
75.可以理解的是，上述的中频信号是指一种中间频率的信号形式。中频信号是射频信号变频过后的信号，其中心频率为70mhz，采用中频的目的是便于接收机放大、解调信号，它是基带和射频之间过渡的桥梁。
76.gnss接收机141可以解析中轨道卫星播发的gnss电文，例如，可以解析中轨道卫星在实现导航功能过程中所自身播发的导航电文，利用电文跟踪捕获中轨道卫星，保证过顶跟踪不丢失目标。gnss接收机141所获取的中轨道卫星轨道参数作为第一卫星轨道参数。第一卫星轨道参数可用于定位解算处理子模块144对测试信标的定位。
77.同时，对外通信子模块142也可以与中轨道卫星的运行监控系统200相互通信，接收运行监控系统200发送的中轨道卫星轨道参数作为第二卫星轨道参数。第二卫星轨道参数也可用于定位解算处理子模块144对测试信标的定位。由此，当卫星电文不可用时，可以自动利用运行监控系统200提供的卫星轨道参数继续跟踪捕获中轨道卫星，继续为定位解算处理子模块144提供卫星轨道参数。
78.状态监控子模块143既从gnss接收机141获取第一卫星轨道参数，又从对外通信子模块142中获取第二卫星轨道参数，可以监控两个卫星轨道参数的一致性。
79.定位解算处理子模块144通过信号处理模块130提供的信标信息以及gnss接收机141 提供的第一卫星轨道参数，或者，通过信号处理模块130提供的信标信息以及对外通信子模块142从运行监控系统200获取到的第二卫星轨道参数，再结合最优数据处理算法，实现测试信标的二维定位和三维定位。当定位解算处理子模块144接收到同一个测试信标的多条信标信息，可以判别信标信息的可用性，借助这些信标信息实现测试信标辅助定位，估计定位精度并改善定位精度。
80.性能测试模块150可以包括频谱测试终端151、功率测试终端152和时延测试终端153，分别对天线接收模块120接收到的射频信号和/或天线接收模块120处理后输出的中频信号分别进行频率分析、功率分析和时延分析，从而开展搜救载荷的业务功能与性能的测试。
81.对中轨道卫星搜救系统的测试内容可以分为两部分：(1)对中轨道卫星搜救载荷地面对接测试、在轨测试和入网启用测试的集成测试；(2)中轨道卫星搜救系统的在轨功能验证。
82.在进行中轨道卫星搜救载荷地面对接测试、在轨测试和入网启用测试的集成测试时，可以利用地面测试验证系统100中的各个模块搭建链路进行测试。在进行中轨道卫星搜救系统的在轨功能验证时，可以利用地面测试验证系统100中的各个模块搭建完整的数据链路，设计相应的测试场景，分别验证中轨道卫星搜救系统接收处理搜救信号的能力、被测试的中轨道卫星与其他中轨道搜救卫星的融合定位能力、中轨道卫星搜救系统的独立定位能力、抗干扰能力和多信标工作能力等等。
83.图2是信号处理模块130的组成示意图。如图2所示，信号处理模块130包括中频解调模块和接口模块，中频解调模块包括依次连接的带通滤波器131(bpf，band pass filter)、模数转换器132(a/d)、信号捕获跟踪解调器133、基带处理及信标信息生成单元134。
84.其中，带通滤波器131与天线接收模块120连接，基带处理及信标信息生成单元134与接口模块连接，接口模块与信息处理模块140连接。
85.带通滤波器131，用于接收中频信号，并对中频信号进行滤波；
86.模数转换器132，用于对滤波后的中频信号进行模数转换；更具体的，模数转换器132可以用于对滤波后的中频信号经过a/d采样得到码片数据流。
87.信号捕获跟踪解调器133，用于对模数转换后的中频信号检测、参数估计、解扩、解调，输出参数信息和基带信号；
88.基带处理及信标信息生成单元134，用于对基带信号进行编帧，根据编帧后的基带信号和参数信息生成信标信息；
89.接口模块，用于将信标信息发送至定位解算处理子模块144。
90.中频解调模块接收天线接收模块120已经下变频完成的中频信号，中频信号依次经过带通滤波器131、模数转换器132、信号捕获跟踪解调器133、基带处理及信标信息生成单元134，完成对中频信号的检测、参数估计、解码、解扩、解调等，把得到的基带数据进行编帧编排成标准144bit/250bit信息，与通过参数估计得到的toa(time of arrival，到达时间)、foa (frequency of arrival，到达频率)、c/n0(信噪比)等参数信息通过接口模块一起传送给信息处理模块140。信标信息还可以包括每个中频信号所属的卫星id、有效性、完整性标识等。
91.接口模块可以包括依次连接的缓存器135(双口ram)、接口控制芯片136和数据接口 137。带通滤波器131与天线接收模块120连接，基带处理及信标信息生成单元134与缓存器 135连接，数据接口137与信息处理模块140连接。
92.接口模块的缓存器135可以存储信标信息，接口模块的数据接口137可以是pci-e (peripheral component inter-connect express，外围组件互连快速)或其它数据接口。
93.搜救信标通信的特点是突发信号收发通信，信标仿真单元或者真实的信标随机发送长度较短的数据帧，并且发送持续的时间很短，以此来提高信号的抗干扰和抗截获能力，增加系统的保密性。它们的主要特征有以下几点：
94.1.由于信标搜救信号发射持续的时间极短，所以接收过程中的信号捕获，同步过程必须在尽可能短的时间内建立，否则将造成信号解调失败，导致信息数据丢失。
95.2.由于每个信标搜救信号是非连续发射，到达的时间和间隔都各不相同，因此每个搜救信号电平和噪声统计特性都各不相同，因此解调前一个搜救信号得到的同步信息不能被用于下一个搜救信号的解调。
96.因此，通过信号捕获跟踪解调器133对搜救信号进行捕获、跟踪、解扩、解调。
97.图3是信号捕获跟踪解调器的工作原理图。如图3所示，信号捕获跟踪解调器133具体可以包括数字下变频模块、信标信号捕获模块、载波跟踪模块和伪码跟踪模块；
98.数字下变频模块，用于接收经过模数转换器132采样得到码片数据流，将码片数据流的 i路信号和q路信号分别对应乘上载波nco(numerically controlled oscillator，数字振荡器) 输出的同相载波和正交载波，以实现正交调制；
99.信标信号捕获模块，用于对正交调制后的i路信号和q路信号进行伪随机码相位和多普勒频率的捕获，估计并输出toa、foa，并用延迟跟踪环实现扩频码相位的同步和跟踪，得到用于解扩的i路信号和q路信号扩频码码相位；具体实现中，可以只使用了i路扩频码进行fft，实现伪随机码相位的并行搜索，再实现不同频点的载波频率搜索；
100.载波跟踪模块，用于将经捕获后的i路信号和所述q路信号分别与本地扩频码ci、cq＇ (本地产生的扩频码cq＇比ci延时半个码片周期)混频并在一个扩频码周期内累加，得到两组信号i
ci
、q
ci
和i
cq
＇、q
cq
＇，微调两组信号得到两组中间支路输出信号(i
ci
)center、 (q
ci
)center和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center，根据两组中间支路输出信号(i
ci
)center、(q
ci
)
center 和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center计算误差，并根据误差控制载波nco的频偏，利用频偏补偿两组中间支路输出信号，将补偿后的(i
ci
)center、(q
ci
)center和(i
cq
＇)center、(q
cq
＇)center作为输出的基带信号；
101.伪码跟踪模块，用于采用两组信号i
ci
、q
ci
和i
cq
＇、q
cq
＇的超前、滞后支路(i
ci
)early、 (i
ci
)late、(q
ci
)early、(q
ci
)late、(i
cq
＇)early、(i
cq
＇)late、(q
cq
＇)early和(q
cq
＇)late进行本地时钟的调整，根据迟早原则计算时钟误差，对本地时钟进行实时微调，以实现接收信号与本地扩频码ci、cq＇的精确同步。
102.通用的解扩解调算法，两路扩频码不存在延时关系，所述i路信号、所述q路信号与两路扩频码ci和cq直接相关累加实现扩频码捕获跟踪，中间支路输出(ici)和(qcq)作为解调的输入数据，采用这种通用算法输出的解扩信号本身就存在偏差，如果将解扩前i路信号比q路信号延时半个码片时间，解扩信号将不存在偏差，但是同样破坏了信道传输的频偏信息，依此计算的频偏误差值无法表征实际频偏，这种频差所造成的后果是很严重的，不仅会引起信噪比下降，而且还会引起信号畸变，影响信号处理系统200的正常工作。
103.针对上述问题，本实施例通过正确计算频偏误差值，保留复信道中的频偏信息，减少频差所带来的不良影响。所述i路信号和所述q路信号不延时，而是将本地扩频码延时，本地扩频码cq＇比ci延时半个码片周期，再根据复信道的特点，采用两路扩频信号(i路信号和 q路信号)与两路扩频码(ci和cq＇)分别相关累加的四路信号进行扩频码跟踪及解调。
104.奈奎斯特采样定理指出，对于频率分布在(0，fh)上的低通信号，当采样频率fs以不低于信号最高频率两倍的速率对信号进行采样时，离散采样值保留了信号的全部信息，能够无失真重构原始信号。但对于信号频谱分布在频带(f
l
，fh)上的带通信号，如果仍以两倍最高频率的采样速率对信号进行采样，就会使频带利用率很低，此时数字下变频模块可以按照带通采样定理对带通信号进行采样。
105.假设带通信号x(t)的中心频率为f0＝(f
l
fh)/2，带宽b＝f
h-f
l
。根据带通采样定理，其采样频率fs满足：
[0106][0107]
当整数n取值满足上式时，用fs采样得到的离散值可以无失真的重构原始信号。
[0108]
本设计中模拟中频信号频率f0＝10mhz，调制信号带宽b＝7.68khz，代入上式：
[0109][0110]
由上式可得n的取值范围为2≤n≤13.5，鉴于n只取整数，则n＝2，3，...，13。
[0111]
综合以上因素，可以取n＝5，则4.15mhz≤fs≤4.81mhz，最后取fs＝4.608mhz。因此，以该ad采样率对模拟中频信号进行采样，经过频谱搬移后，在零频附近出现7.68khz的信号。要将该中频信号变为基带信号，只需将频率为7.68khz的信号搬移到零频即可，故使本地载波nco的输出频率fc＝7.68khz。
[0112]
载波跟踪模块计算误差时，可以采用以下公式进行计算：
[0113]
sign(i
ci
)center
×
(q
ci
)center-sign(q
cq＇
)center
×
(i
cq＇
)center；
[0114]
其中，sign()表示符号函数。
[0115]
信号处理模块130中的接口模块还可以用于实现搜救信号的纠错。由于传输距离，
地形复杂，干扰等诸多因素的影响，收发设备之间的通信数据常常会发生一些无法预测的错误。为了降低错误所带来的影响，常常会在通信过程中采用数据校验的方法，而循环冗余码校验是常用的非常有效校验方法之一。bch编码特别适用于检测错误，这是由于它既具有很强的检错能力，同时实现起来也比较简单，因此可以在搜救信号中可以使用bch编码。
[0116]
以二代信标为例，二代信标数据长度为250bit，406mhz的二代信标搜救信号使用bch 编码的缩写形式是(255,207)。缩写形式(250,202)由202位数据和48位六重纠错码组成。该代码用于检测和纠正整个250位模式(406mhz搜救信标信号的第1位到第250位)中的6个错误。为了纠正错误，所有的计算都应该使用完整的255长度代码。因此，在202位数据之前放置5个零，形成(255,207)bch代码的207位模式。
[0117]
如下所述，这些填充零不会影响bch代码的生成。对于(250,202)bch码，定义一个生成器多项式g(x)(与(255,207)bch码相同)如下：
[0118]
g(x)＝lcm(m1(x)，m3(x)，m5(x)，m7(x)，m9(x)，m
11
(x))；
[0119]
其中，lcm表示最小公倍数。
[0120]
在上述情况下：
[0121]
m1(x)＝x8 x4 x3 x2 1；
[0122]
m3(x)＝x8 x6 x5 x4 x2 x 1；
[0123]
m5(x)＝x8 x7 x6 x5 x4 x 1；
[0124]
m7(x)＝x8 x6 x5 x3 1；
[0125]
m9(x)＝x8 x7 x5 x4 x3 x2 1；
[0126]m11
(x)＝x8 x7 x6 x5 x2 x 1；
[0127]
则有：
[0128]
g(x)＝m1(x)，m3(x)，m5(x)，m7(x)，m9(x)，m
11
(x)
[0129]
＝x
48
x
47
x
46
x
42
x
41
x
40
x
39
x
38
x
37
x
35
x
33
x
32
x
31 x
26
x
24
x
23
x
22
x
20
x
19
x
18
x
17
x
16
x
13
x
12
x
11
x
10
x7 x4 x
2 x 1；
[0130]
为了生成bch代码，一个信息多项式m(x)由202位数据组成如下：
[0131]
m(x)＝b1x
201
b2x
200

…
b
201
x b
202
；
[0132]
其中b1是数字消息的第一个位，b
202
是数字消息的最后一位。然后将m(x)扩展到250 位，用48个“0”填充最不重要的位。得到的250位二进制字符串然后除以g(x)，其余数r(x) 成为bch代码。
[0133]
在一个实施例中，对外通信子模块142，还用于从性能测试模块150获取频率指标和/或功率指标和/或时延指标，将频率指标和/或功率指标和/或时延指标发送至运行监控系统200。
[0134]
地面测试验证系统100在进行中轨道卫星搜救载荷地面对接测试、在轨测试和入网启用测试的集成测试，以及中轨道卫星搜救系统的在轨功能验证时，可以通过对外通信子模块142 将性能测试模块150分析出的频率指标和/或功率指标和/或时延指标发送至运行监控系统200，将地面测试验证系统100对中轨道卫星搜救载荷长期监测的结果反馈给运行监控系统200。
[0135]
图4是本实施例提供的面向中轨道卫星搜救载荷的地面测试验证系统100与中轨道卫星的运行监控系统200之间的数据交互示意图。如图4所示，一方面，运行监控系统200
可以为地面测试验证系统100提供中轨道卫星的轨道参数等数据；另一方面，地面测试验证系统 100可以为运行监控系统200提供测试验证过程中处理分析出的搜救载荷射频参数等数据。
[0136]
地面测试验证系统100与运行监控系统200之间可以通过串口、射频电缆等连接。如图 1所示，在本实施例提供的地面测试验证系统100的具体架构中，两个系统之间的互连可以通过地面测试验证系统100中信息处理模块140的对外通信子模块142实现，对外通信子模块142可以通过串口、射频电缆等与运行监控系统200连接。
[0137]
具体实施过程中，地面测试验证系统100可以通过其对外通信子模块142向运行监控系统200提供eirp值(equivalent isotropically radiated power，等效全向辐射功率)、射频信号带宽等数据。
[0138]
定位解算处理子模块144对测试信标的定位精确性有赖于卫星轨道参数的精确性。为了验证和确保从不同渠道所获取的卫星轨道参数的精确性，在一个实施例中，状态监控子模块 143，还用于获取中轨道卫星的星历数据，监控星历数据，与第一卫星轨道参数、第二卫星轨道参数的一致性。
[0139]
状态监控子模块143可以从互联网等渠道获取中轨道卫星的星历数据，同时监控星历数据、第一卫星轨道参数以及第二卫星轨道参数的一致性，以获取高度精确的卫星轨道参数。
[0140]
可以理解的是，状态监控子模块143可以监控地面测试验证系统100的各设备、各模块的各种工作状态。
[0141]
在一个实施例中，如图1所示，天线接收模块120具体可以包括接收天线121、l/s低噪放122、l/s下变频器123、发射天线124、天线控制单元125；
[0142]
接收天线121，用于接收射频信号；
[0143]
l/s低噪放122，用于对射频信号进行低噪声放大；
[0144]
l/s下变频器123，用于对低噪声放大后的射频信号进行下变频得到中频信号，并将中频信号发送至信号处理模块130；
[0145]
发射天线124，用于向中轨道卫星发射连续波信号；
[0146]
天线控制单元125，用于控制接收天线121和发射天线124的俯仰角和方位角。
[0147]
接收天线121和发射天线124分别可以为抛物线天线。接收天线121可以接收各中轨道卫星的射频信号(中心频率1544.5mhz，2224.5mhz)，并且具备低仰角测试g/t(天线增益与噪声温度之比)值的能力。当对搜救载荷的带宽积分、天线轴比、群时延等参数进行测试时，可以实时接收搜救载荷的射频信号并进行实时频射分析。发射天线124可以向中轨道卫星发送连续波信号。通过接收天线121和发射天线124跟踪同一颗中轨道卫星以完成中轨道卫星搜救载荷的在轨测试。
[0148]
l/s低噪放122包括l频段低噪放和s频段低噪放。l频段低噪放能够对接收天线121 输出的l频段信号(中心频率1544.5mhz，带宽1mhz)实现低噪声放大，s频段低噪放能够对接收天线121输出的s频段信号(中心频率2226.5mhz，带宽1mhz)实现低噪声放大。
[0149]
l/s下变频器123包括l频段下变频器和s频段下变频器。l频段下变频器将l频段低噪放输出的信号下变频到70mhz中频，s频段下变频器将s频段低噪放输出的信号下变频到 70mhz中频。
[0150]
天线控制单元125是天线接收模块120的控制中心，可以完成各种控制，包括各种控制策略的实时计算与实施、对目标的精确指向或跟踪等。天线控制单元125通过驱动接收天线 121和发射天线124改变俯仰角和方位角，使接收天线121和发射天线124准确指向目标。天线控制单元125还可以与上位机通信，接收上位机的远程控制。
[0151]
在一个实施例中，发射天线124为uhf发射模块，接收天线121和uhf发射模块隔离运行。
[0152]
uhf发射模块(特高频发射模块)是指可以发射出406.05mhz的无线电波的模块。采用 uhf发射模块可以向中轨道卫星发送较大功率的连续波信号，使被测中轨道卫星上的搜救载荷能够接收到足够大的上行功率至饱和点，有较强的波束集中能力。为了防止uhf发射模块的带外杂散干扰敏感的lna(低噪声放大器)造成自激，发射天线124与接收天线121隔离运行，两副天线通过天线控制单元125跟踪同一颗中轨道卫星完成在轨测试。
[0153]
已有的中轨道卫星搜救系统包括中国的北斗bds、美国的gps、俄罗斯的glonass和欧洲的galileo。为了能接收不同中轨道卫星搜救系统搜救载荷转发搜救信号所播发的射频信号，在一个实施例中，接收天线121可以为多个；不同的接收天线121，用于接收不同中轨道卫星播发的射频信号。
[0154]
相应的，信号处理模块130也可以是多个，一个信号处理模块130对应一个接收天线121。每个信号处理模块130分别接收对应接收天线121所输出的中频信号，分别对中频信号进行检测、参数估计、解码、解扩、解调、纠错等。
[0155]
在一个实施例中，天线控制单元125，还用于发送接收天线121和发射天线124的俯仰角和方位角至状态监控子模块143；
[0156]
状态监控子模块143，还用于接收并监控俯仰角和方位角，发送控制指令至天线控制单元125；
[0157]
天线控制单元125，还用于接收控制指令，并根据控制指令控制接收天线121和发射天线124的俯仰角和方位角。
[0158]
天线控制单元125除了可以控制接收天线121和发射天线124的俯仰角和方位角以外，还可以将接收天线121和发射天线124的俯仰角和方位角实时反馈至状态监控子模块143，使得测试人员通过状态监控子模块143可以监控接收天线121和发射天线124的运行状态。信息处理模块140的状态监控子模块143可以利用跟星策略以及所监控的卫星轨道参数制定跟星计划，对天线控制单元125发送控制命令，从而进行指令下达和跟踪，控制接收天线121 和发射天线124进行卫星跟踪。
[0159]
在一个实施例中，信号处理模块130还设有时统基准设备；时统基准设备，用于为天线接收模块120、信号处理模块130、信息处理模块140和性能测试模块150提供统一的时频。
[0160]
时频基准设备接收gnss授时数据，同步高稳定度铷原子钟和恒温晶振，输出高精度的时间和频率信号(10mhz基准)，提供给信号处理模块130、信息处理模块140、测试仿真模块110、性能测试模块150使用，保证系统时频的统一，同时通过接收中轨道卫星导航系统的信号，提供位置信息和原始信息。
[0161]
尤其是，当多个不同接收天线121(例如四副接收天线121，分别对应bds、gps、 glonass和galileo)接收不同中轨道卫星播发的射频信号时，信号处理模块130根据不同接
收天线121所接收的射频信号而处理得到的不同信标信息(四种信标信息)，需要确保同时传输至信息处理模块140，信号处理模块130所设有时频基准设备可以保证多路数据传输 (四路数据传输)的一致性。
[0162]
时频基准设备还可以用于接收中轨道卫星播放的导航电文，下载中轨道卫星的星历数据，为天线接收模块120和信息处理模块140中的定位解算处理子模块144提供卫星轨道参数，分别用于天线接收模块120追踪中轨道卫星，以及定位解算处理子模块144对测试信标的定位。
[0163]
图5是测试仿真模块110的组成示意图。如图5所示，在一个实施例中，测试仿真模块 110还可以包括载荷仿真单元112；
[0164]
信标仿真单元111，还用于将搜救信号发送至载荷仿真单元112；
[0165]
载荷仿真单元112，用于模拟中轨道卫星搭载的搜救载荷转发搜救信号播发出模拟的射频信号。
[0166]
载荷仿真单元112可以通过数据线、电缆等连接方式接收信标仿真单元111模拟发出的测试信标的搜救信号，模拟中轨道卫星对搜救信号变频后播发射频信号给地面测试验证系统 100。载荷仿真单元112获取中轨道卫星轨道数据，如从gnss接收机141获取第一卫星轨道参数、从对外通信子模块142获取第二卫星轨道参数、通过时频基准设备从中轨道卫星播发的导航电文获取星历数据等，根据中轨道卫星轨道数据预测中轨道卫星的位置和速度，从而模拟中轨道卫星搭载的搜救载荷实际接收到的测试信标发出的搜救信号，模拟中轨道卫星搭载的搜救载荷对搜救信号转发之后发出的射频信号，还可以按照需求实时输出中轨道卫星的位置和速度。
[0167]
具体实施过程中，载荷仿真单元112可以模拟多个测试信标发出搜救信号经过多颗不同中轨道卫星转发之后的射频信号。
[0168]
优选地，载荷仿真单元112还可以用于模拟多普勒效应、电离层误差和空间传播延时等对射频信号接收和转发所造成的影响。
[0169]
优选地，载荷仿真单元112还可以用于设定不同的场景参数，如测试信标的发射功率、频率、增益、g/t值等场景参数，计算上行链路和下行链路的性能参数。
[0170]
在一个实施例中，测试仿真模块110还可以包括干扰信号仿真单元113；
[0171]
干扰信号仿真单元113，用于产生干扰信号，以干扰搜救信号和/或射频信号。
[0172]
干扰信号仿真单元113可以通过产生单频、宽带、扫频等多种干扰信号，实现对中轨道卫星搜救系统的抗干扰性能测试。
[0173]
具体实施过程中，干扰信号仿真单元113可以单独产生一种干扰信号，还可以同时产生多种干扰信号，干扰信号的功率可控，频率可以覆盖测试信标搜救信号频段、中轨道卫星的 l频段和s频段。
[0174]
如图1所示，本实施例所提供的地面测试验证系统100的运行模式可以如下：测试仿真模块110的信标仿真单元111发送测试信标搜救信号，搜救信号经被测中轨道卫星搜救载荷转发后，中轨道卫星搜救载荷播发出射频信号，经天线接收模块120的接收天线121接收，接收天线121接收后经l/s低噪放122、l/s下变频器123处理后输出中频信号，中频信号送入信号处理模块130完成检测、参数估计、解码、解扩、解调等，把得到的基带数据进行编帧，与通过参数估计得到的toa、foa等信标信息一起传送给信息处理模块140，信息处理模
块140对信号处理模块130输出的基带信号进行处理，并通过信息处理模块140的定位解算处理子模块144根据toa、foa等信标信息完成定位解算、定位改进、定位精度估计，还利用对外通信子模块142和状态监控子模块143根据跟星策略制定跟星计划、监控地面测试验证系统100的各设备、各模块工作状态等，按照性能测试模块150搭建的测试链路和测试场景对搜救载荷进行地面对接测试、自测、在轨及入网启用测试等集成测试以及中轨道卫星搜救系统在轨功能验证。
[0175]
地面对接测试是指，在中轨道卫星出厂前，利用地面测试验证系统100对搜救载荷开展的验证接口技术状态的匹配性和协调性的测试，可以为中轨道卫星出厂提供技术依据。具体地，可以利用信标仿真单元111和频谱测试终端151，对搜救载荷的工作频点，带内、带外杂波，三阶交调抑制，带宽特性，带内波动等指标进行测试；可以利用信标仿真单元111和功率测试终端152，测试搜救载荷的接收信号功率、输出功率、转发器动态范围等性能；可以利用信标仿真单元111和时延测试终端153，测试搜救载荷的群时延；还可以利用信标仿真单元111和天线接收模块120，测试搜救载荷对搜救信号的处理能力。
[0176]
自测是指，中轨道卫星发射后，准备在轨测试前，利用天线接收模块120、信号处理模块130、信息处理模块140、测试仿真模块110、性能测试模块150进行的闭环测试工作。自测工作可以包括：
[0177]
(1)完成地面测试验证系统100中所有设备上架部署、连接电缆网、设备加电、网络拓扑配置等，分别测试设备之间的两两接口；
[0178]
(2)测试搜救载荷接收bds、gps、glonass、galileo的l频段下行射频信号以及dass(按需分配传信与交换单元)的s频段下行射频信号的能力，从射频角度评估搜救载荷的转发能力；
[0179]
(3)进行搜救信号的检测、解码、解调、参数估计，实时监测信号质量，提供 406mhz的测试信标搜救信号；
[0180]
(4)测试搜救载荷误码率、检测概率、无错误恢复概率、覆盖范围内的定位精度等指标。
[0181]
在轨及入网启用测试是指，对在轨中轨道卫星搭载的搜救载荷工作状态进行在轨测试，测试其是否能够并网运行。测试内容可以包括：
[0182]
(1)信号频率确认测试：利用频谱测试终端151验证搜救载荷对搜救信号的适应性和转发l频段的正确性；其中，适应性是指信号能够容忍多少的噪声，多少的误差；正确性是指测出来的指标值必须是406mhz。
[0183]
(2)带宽特性测试：利用频谱测试终端151和时延测试终端153对带宽进行测试；
[0184]
(3)接收信号功率：利用功率测试终端152记录测试接收功率；
[0185]
(4)g/t值：当载荷有fgm模式(固定增益模式)时，利用频谱测试终端151测试搜救载荷接收机g/t值；
[0186]
(5)eirp测试：利用功率测试终端152测试搜救载荷发射信号的eirp值及其稳定度；
[0187]
(6)三阶交调测试：利用频谱测试终端151测试搜救载荷发射信号的三阶交调；
[0188]
(7)杂散测试：利用频谱测试终端151观察搜救载荷在特定波段的杂散电平；
[0189]
(8)alc模式下的幅度传递函数(输入输出特性)测试：利用功率测试终端152测试
搜救载荷在alc模式(自动电平控制模式)下输出功率随输入功率变化特性；
[0190]
(9)增益测试：利用功率测试终端152测试搜救载荷增益；
[0191]
(10)天线轴比测试：当卫星没有自旋时，利用频谱测试终端151测试搜救载荷l波段发射天线的轴比；
[0192]
(11)真实信标信号转发测试：利用信标仿真单元111、信号处理模块130搜救载荷能否转发真实信号。
[0193]
在轨功能验证是指，为验证中轨道卫星搜救系统的功能，需要在轨测试验证其服务性能。利用天线接收模块120、信号处理模块130、信息处理模块140、测试仿真模块110和性能测试模块150所构建的信号从信标发射到接收处理的完整链路，进行系统的在轨测试验证，一是验证地面测试验证系统100接收处理遇险报警信号的能力；二是验证被测试中轨道卫星与其他中轨道卫星的融合定位能力，三是验证中轨道卫星搜救系统的独立定位能力；四是验证中轨道卫星搜救系统的抗干扰能力；五是验证中轨道卫星搜救系统的多信标工作能力。主要测试内容如下：
[0194]
(1)遇险报警服务功能验证：利用信标仿真单元111发出遇险报警信号，天线接收模块120和信号处理模块130接收被测试中轨道搜救载荷转发的遇险报警信号，验证中轨道卫星搜救系统的遇险报警服务是否完整与畅通。
[0195]
(2)与其他星座联合定位精度验证：利用信标仿真单元111发出遇险报警信号，天线接收模块120、信号处理模块130和信息处理模块140接收被测试中轨道卫星(bds)搜救载荷和其他星座(gps、glonass、galileo)搜救载荷转发的遇险报警信号，定位解算处理子模块144进行定位解算，与信标仿真单元111的实际位置进行比对，验证定位功能是否正常，对被测试中轨道卫星与其他中轨卫星搜救系统的融合定位功能进行验证。
[0196]
(3)搜救独立定位功能验证：利用信标仿真单元111模拟测试信标发出遇险报警信号，天线接收模块120、信号处理模块130和信息处理模块140接收被测试中轨道卫星搜救载荷转发的遇险报警信号，根据接收的中轨道卫星搜救载荷的通道数量和各通道测量的 foa和toa，进行位置解算，与信标仿真单元111测试信标的实际位置进行比对，验证被测试中轨道卫星搜救系统的独立定位功能。
[0197]
(4)系统抗干扰功能验证：分别控制信标仿真单元111和干扰信号仿真单元113产生信标测试信号和相应的单频、宽带、扫频等干扰信号，分析天线接收模块120和信号处理模块130接收信号在不同干扰方式、不同干扰强度下的载噪比、基带数据误码率等参数，测试中轨道卫星搜救系统在不同干扰模式下的抗干扰能力。
[0198]
(5)系统多信标工作模式验证：通过控制信标仿真单元111同时模拟产生多个(如5 个以上)的信标信号，分析信号处理模块130的信号接收处理情况，从而实现对中轨道卫星搜救系统容量的性能测试。
[0199]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。