建立飞行器与地面站测控通信链路的方法技术

本发明专利技术公开的一种建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，旨在提供一种建链效率高，物理资源消耗小的通信链路建立方法。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：飞行器和地面站分别配置发送端状态机和接收端状态机，每一组接收、发送状态机内部存储有多组相互匹配的链路参数，利用状态信息进行标示，基于短帧交互构建应答机制，通过状态询问和状态应答方式独立完成上、下行建链；飞行器/地面站发送端状态机向地面站/飞行器发送交互短帧，发起基于状态轮询的状态询问，地面站/飞行器解析出接收到的交互短帧，向飞行器/地面站进行基于状态轮询的状态应答；当飞行器/地面站收到来自地面站/飞行器的匹配状态应答，建立测控通信链路的上、下行传输链路。

The method of establishing the measurement and control communication link between aircraft and ground station

The invention discloses a method for establishing a measurement and control communication link between an aircraft and a ground station, aiming to provide a communication link establishment method with high chain building efficiency and small physical resource consumption. The invention is realized by the following technical scheme: the aircraft and the ground station are respectively configured with the transmitter state machine and the receiver state machine, each group of the receiver and the transmitter state machine is internally stored with multiple groups of mutually matched link parameters, which are marked by the state information, and the uplink and downlink links are independently completed by the state inquiry and the state reply based on the short frame interactive response mechanism The state machine of the aircraft / ground station sends short interactive frames to the ground station / aircraft, and sends status inquiry based on status polling. The ground station / aircraft analyzes the received short interactive frames, and makes status polling response to the aircraft / ground station. When the aircraft / ground station receives the matching status response from the ground station / aircraft, it establishes the measurement and control communication link Uplink and downlink transmission links.

【技术实现步骤摘要】
建立飞行器与地面站测控通信链路的方法
本专利技术涉及一种基于状态轮询的飞行器与地面站测控通信链路建立方法。技术背景随着地基和天基航天、航空系统的部署与发展和空中移动探测领域的研究水平的不断提高，测控系统面临着前所未有的挑战。目前研究主要集中在，飞行器平台的制作，包括控制系统的研究以及地面基站的研究，航天测控领域仍然存在诸多问题，具体体现为：1)一体化综合化网络化进展缓慢，系统弹性不够，扩展和重构困难，资源使用效率低下；同时多目标服务能力和数据传输速率尚有差距；2)需要建设在轨服务与维护的测控通信支持能力；3)由于传统导航系统的正常运行对地面站的依赖性很强，主要以地面测控系统、运控系统为核心，使得传统卫星导航系统一旦脱离地面站的支持，整个导航系统面临着服务性能下降，甚至陷入瘫痪的严重风险。然而，地面监测站面临着自然灾害、人为破坏、操作失误和战时摧毁等风险，这使得地面测控站、运控站成为整个导航系统的薄弱环节；由于系统和设备的自主化智能化程度低，对操作人员和地面系统的依赖性强；4)系统的安全防护能力比较脆弱。面对全新的挑战，我国在近地测控网建设方面，增加了Ka频段扩频测控体制，实现了天线与机房拉远、多天线共用基带池、多频段测控系统与测量雷达共用天线、卫星数据接收与测控一体化等；在天基测控网建设方面，天链一号中继卫星系统实现了三星组网运行。美国NASA空间通信与导航(SCaN)制定了2025年及以后的下一代近地通信与导航架构，即空间移动网络(SMN)，通过网络用户发起调度服务(UIS)，实现类似于地球移动无线智能手机用户的服务体验。未来，航天器不仅可以请求服务时间窗口，还可以请求定制带宽，从而提高网络和系统的效能。目前空间飞行试验测控通信主要是利用原有航天陆基测控通信网。由于受地球曲率的影响，地面上每个测控站的视角都很有限，特别是对中、低轨道航天器，所能提供的测控时间很短，而且陆基测控通信网能提供的空间覆盖率也只有10％～20％。无论低动态还是高动态平台，都需要不间断，无缝的高覆盖率测控。全程跟踪测控空间飞行器飞行速度、加速度、加加速度都很大，而且轨道机动性高，甚至可能出现跳跃式的弹道变化，这种高动态性的特点使对其测控信号的捕获、跟踪和测量带来了新的困难。尤其是空间飞行器是全程有动力飞行，不能套用传统轨道动力学定轨，需要进行全程连续跟踪测量。空间飞行器具有飞行速度快、全程机动、角速度大、外推难的特点，导致对其测控通信时，数据传输时延增大，将明显增加引导误差并直接影响测量精度。由于空间的特殊位置，使得信号路径传输损耗小、发射功率更高，为高速信息传输创造了良好地先天条件，而现有技术已不能满足其要求，空间飞行器在大气层中飞行且飞行速度快，周围空气电离等问题将严重恶化，对地通信环境，存在高误码率问题，信息重传或延传后，使接人通信网的信息速率增加，瞬间传输速率会变得很大。克服“黑障”需求高超速飞行器以马赫数5～25的速度在空间飞行时，将与周围的空气剧烈摩擦并对空气产生压缩，使飞行器周围的空气温度急剧上升，致使空气发生电离，从而在飞行器四周形成等离子体屏障，称之为“等离子鞘套”。等离子体会引起飞行器天线的阻抗失配、方向图畸变、辐射效率下降甚至被击穿，从而影响飞行器通信链路的建立和维持。“等离子鞘套”使无线电信号通过等离子传播时引起衰减，严重时会中断无线电信号，将这种现象称为“黑障”。由于“黑障”的影响，造成空间高超声速飞行器飞行高度越低、速度越高，克服“黑障”的工作频率就必须越高，这对高速率、超视距的测控通信系统提出了新的挑战。以往的卫星通信地面站与卫星测控地面站是分开建设，相对独立的，相应的地面站的管理与监控也是随各自系统分体建设。随着卫星通信、测控技术的发展需求的提高，卫星通信地面站向一体化方向发展，一体化通信测控综合地面站同时肩负着卫星数据传输和卫星遥控遥测的双重任务。这样，就对卫星地面站的管理和监控也提出了更高的要求。建立在计算机通信、网络和控制基础上的卫星通信与测控一体化地面站的集中监控管理和控制系统是实现一体化地面站设备集中监控、地面站系统集中测试、任务规划和流程管理的重要手段和方式。天基中继测控中继卫星通信具有通信覆盖面广、可同时跟踪多个飞行器、数据传输速率高且质量好的优点，而且还可降低飞行器对地面通信的成本。采用卫星中继时，空间飞行器与卫星的频段是兼容的。目前主要采用S和Ka双频段，这与国际电联(ITU)对空间平台规定的工作频段相兼容，且高工作频段有利于减轻“黑障”的影响。但是这种通信模式带来的缺点也非常明显：一是飞行器与中继卫星距离远且数据速率高，这就要求飞行器对卫星通信的上行链路有较大的发射功率；二是由于飞行器飞行速度速，要求飞行器通信天线跟踪系统的响应时间短且跟踪平稳；三是中继卫星容易受到地面强信号干扰，需要加强保密措施和抗人为干扰能力。地基“多站接力”测控天基测控的一个主要缺点是，较易受到干扰。地基接力测控布站多、代价大、组织实施复杂。近年，航空、航天业务在商业领域蓬勃发展，空中移动测控平台在特定领域的应用研究逐渐增多，各类飞行器数量呈爆炸式增长，空间电磁环境变得日益复杂。对测控通信系统提出了与传统航天航空测控不同的、更苛刻的要求，与此同时由于空间环境特点以及飞行器飞行特点，对空间飞行器提出了新的测控通信技术需求，也对新型航空、航天测控任务对链路的鲁棒性、业务的时效性有了更高的要求，尤其对飞行器与地面站建立链路以及断链后链路快速重建的能力要求更加苛刻。目前大部分数据链路的搭建工作都在机载平台上完成。机载传感载荷主要实现图像数据的获取、传输以及PM2.5数据的采集，并将采集的数据发送给飞行平台。地面站主要接收飞行平台的导航数据、传感器数据以及地理位置数据并进行显示，同时远程控制飞行平台的飞行。在高大建筑密集或天气情况不好的地方，因为GPS信号经过多次的折、反射，造成信号误差，出现漂移。当前，采用传统计划建链的测控手段，通常采用机载子系统、机载传感载荷子系统以及地面基站子系统，完成平台链路及各个子系统的搭建，建立双向数据通信机制。三个子系统各自完成不同的功能，子系统之间通过数据流和控制流交联在一起。现有技术存在的不足之处在于，信息处理流程较长并需要大量人工操作，导致系统时效性较差和处理效率较低，且很难处理一些突发性的问题，已无法适应未来航天系统的测控需求。因此，急需设计一种满足目标飞行器自动、快速与地面站建立测控链路的方法，实现测控链路鲁棒性、时效性的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种建链效率高，物理资源消耗小，对突发事件响应速度快的飞行器与地面站测控通信链路建立的方法。本专利技术解决现有技术问题所采用的方案是：一种建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于包括如下步骤：首先，飞行器和地面站分别配置发送端状态机和接收端状态机，以飞行器的发送端和地面站的接收端为一组，飞行器的接收端和地面站的发送端为一组，每一组接收、发送状态机内部存储有多组相互匹配的链路参数，利用状态信息进行标示，基于短帧交互构建应答机制，并通过状态询问本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于包括如下步骤：/n首先，飞行器和地面站分别配置发送端状态机和接收端状态机，以飞行器的发送端和地面站的接收端为一组，飞行器的接收端和地面站的发送端为一组，每一组接收、发送状态机内部存储有多组相互匹配的链路参数，利用状态信息进行标示，基于短帧交互构建应答机制，并通过状态询问和状态应答的方式独立完成上、下行建链；飞行器/地面站发送端状态机向地面站/飞行器发送交互短帧，发起基于状态轮询的状态询问，地面站/飞行器解析出接收到的交互短帧后，向飞行器/地面站进行基于状态轮询的状态应答；飞行器和地面站对当前测控通信连接状态进行判定，若飞行器或地面站在规定时间内未与地面站进行测控信息交换或在测控通信过程中未收到完整结构帧，则视为链路中断，飞行器和地面站启动状态机；当飞行器/地面站收到来自地面站/飞行器的匹配状态应答，即完成了测控通信链路的上、下行传输，则链路建立成功。/n

【技术特征摘要】
1.一种建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于包括如下步骤：
首先，飞行器和地面站分别配置发送端状态机和接收端状态机，以飞行器的发送端和地面站的接收端为一组，飞行器的接收端和地面站的发送端为一组，每一组接收、发送状态机内部存储有多组相互匹配的链路参数，利用状态信息进行标示，基于短帧交互构建应答机制，并通过状态询问和状态应答的方式独立完成上、下行建链；飞行器/地面站发送端状态机向地面站/飞行器发送交互短帧，发起基于状态轮询的状态询问，地面站/飞行器解析出接收到的交互短帧后，向飞行器/地面站进行基于状态轮询的状态应答；飞行器和地面站对当前测控通信连接状态进行判定，若飞行器或地面站在规定时间内未与地面站进行测控信息交换或在测控通信过程中未收到完整结构帧，则视为链路中断，飞行器和地面站启动状态机；当飞行器/地面站收到来自地面站/飞行器的匹配状态应答，即完成了测控通信链路的上、下行传输，则链路建立成功。


2.如权利要求1所述的建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于：当飞行器和地面站判定链路中断后，飞行器发送端状态机持续进行状态询问，发起下行建链申请，接收端状态机持续进行状态应答，做好上行建链准备；相应的，地面站发射端状态机持续向全空域进行状态询问，接收端状态机持续进行状态应答，做好下行建链准备。


3.如权利要求1所述的建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于：交互短帧结构包括帧头和状态信息，其中，帧头用于承载上、下行链路建立情况和相关体制信息；每个状态信息对应一组测控通信链路参数。


4.如权利要求1所述的建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于：链路参数包括测控体制、工作频率、调制方式、编码方式、发射电平、传输速率和扩频码率。


5.如权利要求1所述的建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，其特征在于：飞行器状态轮询在每个状态时隙T'A＝TA/n中持续进行，在该状态时隙内，飞行器发送端状态机将状态信息填入交互短帧，并持续向地面站发送交互短帧。


6.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：穆航，马松，莫明威，余湋，谢伟，刘田，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51