一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法.docx

一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统包括：空间卫星仿真子系统、地面终端仿真子系统、地面站仿真子系统及控制子系统；空间卫星仿真子系统与地面终端仿真子系统和地面站仿真子系统通信，用于模拟空间的多个卫星与地面终端仿真子系统的地面终端和地面站仿真子系统的地面站之间的上下链路的数据收发、星间链路的路由选择及其数据转发功能；地面终端仿真子系统用于模拟设置在全球范围内的多个地面终端的数据收发功能；地面站仿真子系统用于模拟多个地面站的数据收发功能；所述控制子系统与空间卫星仿真子系统、地面终端仿真子系统和地面站仿真子系统通信相连，用以对系统的信息显示、仿真规则的信息发布、时间同步的信息广播及系统的运行控制专利说明】一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法【技术领域】 [0001]本发明涉及卫星控制系统仿真【技术领域】，具体的说，是一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法背景技术】 [0002]半实物仿真作为仿真技术的一个分支，涉及的领域极广，包括机电技术、液压技术、控制技术、接口技术等从某种角度来说，一个国家的半实物仿真技术的发展水平也代表其整体的科技实力。

半实物仿真是工程领域内一种应用较为广泛的仿真技术，亦即，在计算机仿真回路中接入一些实物进行的试验，因此更接近实际的情况 [0003]卫星星座通信一般是指利用卫星群实现全球卫星移动通信的一种通信方式卫星星座通信的全球全天候的实时通信特性，使其在军事国防和国民经济的各领域都有着重要的应用价值因此，广受世界各国的关注，并且相继研发出多个低轨卫星通信，例如Iridium系统(或称铱系统)和Globalstar系统(或称全球星系统) [0004]为实现真正意义上的全球移动通信，星座通信系统设计须保证系统中卫星对全球的实时覆盖性鉴于特定时间点上单颗卫星对地覆盖的有限区域特性，而为了保证卫星群对全球范围的实时覆盖，因此必须维持卫星群中的卫星数量，一般卫星群中卫星的个数在几十颗，如铱星系统中的卫星数目是66颗为了降低成本、控制风险，目前卫星系统的研制一般是先研制一颗试验卫星，使其完成必要的技术指标测试、验证后，再逐步展开剩余卫星的研制，与此同时，相应卫星系统配套的地面设备的研制也逐步展开因此，在整个星座系统项目开发的早期，如何利用数量有限的已研制的设备，且不进行实物飞行的情况下，如何能够简单、快速、有效、低成本地完成星座通信系统的综合功能和性能指标验证，是卫星星座通信系统研制中必须考虑的一项重要内容。

发明内容】 [0005]本发明的目的在于，提供一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统，其仅需要具备一实物星上设备和一实物地面终端设备，从而使得完成研制的实物设备较少，相应的研制成本较低、时间较短，而且相应的配套设备结构简单、成本较低再者，根据此基础来提供一简单有效的各设备/单机的时间同步策略和系统仿真工作流程，从而保证系统开发的快速及有效性 [0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案 [0007]一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统，适用于对卫星星座通信系统的研发阶段进行地面综合仿真和系统性能测试，所述系统包括:一空间卫星仿真子系统、一地面终端仿真子系统、一地面站仿真子系统以及一控制子系统；所述空间卫星仿真子系统包括多个模拟卫星和至少一个实物卫星，所述多个模拟卫星彼此之间、所述多个实物卫星彼此之间以及所述模拟卫星与实物卫星之间均通过星间链路而相互通信；所述空间卫星仿真子系统分别与所述地面终端仿真子系统、地面站仿真子系统通信，用于模拟空间的多个卫星分别与所述地面终端仿真子系统的地面终端和所述地面站仿真子系统的地面站之间的上下链路的数据收发，以及所述星间链路的路由选择和所述星间链路的数据转发功能；所述地面终端仿真子系统包括多个模拟终端和至少一实物终端，所述地面终端仿真子系统用于模拟设置在全球范围内的多个地面终端的数据收发功能；所述地面站仿真子系统包括模拟地面站，用于模拟多个地面站的数据收发功能；所述控制子系统，通过一局域网路由交换设备分别与所述空间卫星仿真子系统、所述地面终端仿真子系统和地面站仿真子系统通信相连；所述控制子系统用以对所述半实物仿真系统的信息显示、仿真规则的信息发布、时间同步的信息广播及系统的运行控制。

[0008]作为可选的技术方案，所述空间卫星仿真子系统的多个模拟卫星为计算机，通过计算机编程方式以模拟实物卫星的功能；所述空间卫星仿真子系统的多个模拟卫星之间及多个模拟卫星和实物卫星之间通过路由交换设备相连，以模拟卫星星座通信中各卫星间的星间链路 [0009]作为可选的技术方案，所述地面终端仿真子系统的多个模拟终端为计算机，通过计算机编程方式以模拟实物终端的报文收发功能；所述地面终端仿真子系统的模拟终端通过局域网路由交换设备并以报文方式与所述模拟卫星通信；所述地面终端仿真子系统的实物终端通过有线通信方式或无线通信方式与所述实物卫星射频连接 [0010]作为可选的技术方案，所述实物终端通过有线通信方式与所述实物卫星射频连接时，所述实物终端的上行射频信号经一射频信号合路器再连接至所述实物卫星，所述实物卫星的下行射频信号经一射频信号分路器再连接至所述实物终端 [0011]作为可选的技术方案，所述实物终端通过无线通信方式与所述实物卫星射频连接时，所述实物终端通过一空间环境与实物卫星相互通信，其中所述空间环境为所述实物终端与所述实物卫星之间的无线空间 [0012]作为可选的技术方案，所述地面站仿真子系统的模拟地面站为一计算机，并且采用计算机编程方式以模拟多个地面站的收发功能；进一步通过局域网路由交换设备与所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星建立连接，并且以报文方式实现双向通信。

[0013]作为可选的技术方案，所述控制子系统进一步包括一信息显示单元、一功能配置单元、一时间同步单元及一运行控制单元；所述信息显示单元用以显示空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站的运行进程、设备状态和通信状况的实时信息和统计信息；所述功能配置单元用以分发仿真规则信息，以完成空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站在仿真过程中的功能配置；所述时间同步单元用以广播同步信息，以使空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站的时间同步；所述运行控制单元用以对空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站的运行加以控制 [0014]作为可选的技术方案，所述控制子系统包括一控制台，所述控制台为一计算机，并且采用计算机编程方式，通过局域网路由交换设备与所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的地面站建立连接，并且以报文方式实现双向通信。

[0015]本发明的另一目的在于，提供一种本发明所述基于卫星星座通信的半实物仿真系统的仿真方法，所述方法包括以下步骤:(I)所述半实物仿真系统的各设备完成参数初始化工作；(2)通过控制子系统进行仿真规划，并发送仿真规划信息至所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站；(3)所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站向所述控制子系统返回其自身状态是否就绪的信息；(4)所述控制子系统在确认所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站的状态就绪后，广播系统仿真开始信息；(5)所述控制子系统广播时间同步信息至所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站； (6)所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站根据时间同步信息、仿真规划以及静态路由表做出相应的动作；(7)所述控制子系统判断所述空间卫星仿真子系统的模拟卫星和实物卫星、所述地面终端仿真子系统的模拟终端和实物终端以及所述地面站仿真子系统的模拟地面站是否已完成相应的工作；若完成则执行步骤(8)，若未完成，则继续执行步骤(7) ;(8)所述控制子系统判断是否已达到仿真结束时间，若已达到，则执行步骤(9)，否贝U，返回至步骤(5) ; (9)所述控制子系统显示统计信息，并结束仿真。

[0016]本发明的优点在于，仅需要具备一实物星上设备和一实物地面终端设备，从而使得完成研制的实物设备较少，相应的研制成本较低、时间较短，而且相应的配套设备结构简单、成本较低另外，采用成熟的基于TCP/IP协议的局域网技术作为各设备/单机的互联通信方式再者，根据此基础来提供一简单有效的各设备/单机的时间同步策略和系统仿真工作流程，从而保证系统开发的快速及有效性专利附图】【附图说明】 [0017]图1是本发明一实施例中的基于卫星星座通信的半实物仿真系统的结构示意图 [0018]图2是本发明一实施例中的半实物仿真方法的步骤流程示意图具体实施方式】 [0019]下面结合附图对本发明提供的基于卫星星座通信的半实物仿真系统及其方法的【具体实施方式】做详细说明 [0020]参见图1所示，本发明提供一种基于卫星星座通信的半实物仿真系统100，适用于对卫星星座通信系统的研发阶段进行地面综合仿真和系统性能测试所述半实物仿真系统100包括:一空间卫星仿真子系统110、一地面终端仿真子系统120、一地面站仿真子系统 130、一控制子系统140和局域网路由交换设备150 [0021]其中，所述空间卫星仿真子系统110包括多个模拟卫星111和至少一个实物卫星112。

多个模拟卫星111彼此之间、多个实物卫星112彼此之间以及所述模拟卫星111与实物卫星112之间均通过星间链路而相互通信，亦即所述模拟卫星111和模拟卫星111之间、模拟卫星111和实物卫星之间112、实物卫星112和实物卫星112之间彼此通过星间链路而相互通信所述空间卫星仿真子系统110分别与所述地面终端仿真子系统120和地面站仿真子系统130通信，用于模拟实现卫星星座通信系统中的空间段即隶属于该卫星星座通信系统的太空中绕地球飞行的多个卫星，进一步主要用于模拟空间的多个卫星分别与所述地面终端仿真子系统120的地面终端(包括模拟终端121和实物终端122)和所述地面站仿真子系统130的地面站(包括模拟地面站131)之间的上下链路的数据收发，以及所述星间链路的路由选择和所述星间链路的数据转发功能 [0022]具体来说，所述空间卫星仿真子系统110的多个模拟卫星111为计算机，通过计算机编程方式以模拟实物卫星112的功能；所述空间卫星仿真子系统110的多个模拟卫星111之间及多个模拟卫星111和实物卫星112之间通过局域网连接，以模拟卫星星座通信中各卫星间的星间链路 [0023]所述地面终端仿真子系统120包括多个模拟终端121和至少一实物终端122。

所述地面终端仿真子系统120用于模拟实现卫星星座通信系统中散布设置在全球范围内的多个地面终端，进一步主要用于模拟设置在全球范围内的多个地面终端的数据收发功能 [0024]具体来说，所述地面终端仿真子系统120的多个模拟终端121为计算机，通过计算机编程方式以模拟实物终端122的报文。