卫星通信与导航一体化处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种卫星通信与导航一体化处理系统及方法，该系统中低轨微纳卫星内设置有通信导航一体化收发机。通信基带信号产生单元发出的通信信号顺次经数模转换模块、正交上变频模块、功率放大模块和发射天线发送至地面通信设备。接收天线接收GPS卫星的导航信号、北斗卫星的导航信号和地面通信设备的通信信号，接收到的信号顺次经低噪声放大模块、正交下变频模块、数模转换模块进入通信导航信号分离模块进行信号分离，然后经数字频谱搬移模块消除频偏后，分别发送到GPS信号处理模块、北斗信号处理模块或通信基带信号处理模块进行处理。本发明专利技术的卫星通信与导航一体化处理系统及方法，具有高集成度和轻量化和小型化的显著优势。

【技术实现步骤摘要】
卫星通信与导航一体化处理系统及方法
本专利技术涉及卫星通信
，尤其涉及一种卫星通信与导航一体化处理系统及方法。
技术介绍
随着卫星通信和卫星导航技术的发展，在进行卫星通信的同时实现卫星导航功能已经成为重要的发展趋势，这就需要设计通信与导航一体化系统。目前，通信与导航的一体化主要包括以下几种实现途径：(1)机构结构一体化：主要是设计统一的机箱结构和板卡尺寸，将通信收发机和导航接收机的所有板卡封装在同一结构内，板卡的配电由配电管理单元统一提供，并在天线端设计宽频带天线同时接收通信与导航信号。(2)数字处理一体化：融合通信收发机和导航接收机数字处理板卡的功能，将接收到的通信号导航信号用同一信号处理板卡进行处理，并提供统一的对外信息交互和控制接口。(3)信号体制一体化：主要是突破现有导航信号形式，设计兼顾通信功能和导航功能的信号体制。例如，在正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)调制或通用滤波多载波调制(UniversalFilteredMulti-Carrier，UFMC)等多载波通信系统中，利用导频符号或者定时同步训练符号承载导航电文，在通信的同时完成测距等导航功能。另一种解决思路是在导航电文中加入通信电文，实现通信数据在导航信号中的传输。专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：(1)不论是机构结构一体化和还是数字处理一体化，都是在硬件层面实现了通信功能和导航功能对部分硬件资源的复用。在这些方案中，通信和导航仍然采用独立的信号收发通道，难以满足高集成度小型化的应用需求。(2)信号体制一体化打破了现有的导航信号体制，无法与北斗或GPS等成熟且广泛应用的卫星导航系统兼容，在应用场景方面具有很大的局限性。与此同时，基于多载波的通信导航一体化信号体制要求通信信号只能以多载波方式传输，应用灵活性上有待改进；通信与导航电文融合的一体化信号体制只能支持低速通信任务，并且会降低导航性能与精度。
技术实现思路
为解决上述现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供了一种卫星通信与导航一体化处理系统及方法。具体技术方案如下：第一方面，提供了一种卫星通信与导航一体化处理系统，所述系统包括：GPS卫星、北斗卫星、低轨微纳卫星和地面通信设备；所述低轨微纳卫星内设置有通信导航一体化收发机，所述收发机包括通信基带信号产生单元、数模转换模块、正交上变频模块、功率放大模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、正交下变频模块、模数转换模块、通信导航信号分离模块、数字频谱搬移模块、通信基带信号处理模块、GPS信号处理模块和北斗信号处理模块；所述通信基带信号产生单元发出的通信信号顺次经所述数模转换模块、所述正交上变频模块、所述功率放大模块和所述发射天线发送至所述地面通信设备；所述接收天线接收所述GPS卫星的导航信号、所述北斗卫星的导航信号和所述地面通信设备的通信信号，接收到的信号顺次经所述低噪声放大模块、所述正交下变频模块、所述数模转换模块进入所述通信导航信号分离模块进行信号分离，然后经所述数字频谱搬移模块消除频偏后，分别发送到所述GPS信号处理模块、所述北斗信号处理模块或所述通信基带信号处理模块进行处理。在一种可能的设计中，所述通信基带信号产生单元、所述通信导航信号分离模块、所述数字频谱搬移模块、所述通信基带信号处理模块、所述GPS信号处理模块和所述北斗信号处理模块在可编程处理芯片内实现；所述数模转换模块、所述正交上变频模块、所述功率放大模块、所述低噪声放大模块、所述正交下变频模块和所述模数转换模块选用高集成收发芯片来实现。第二方面，提供了一种卫星通信与导航一体化处理方法，所述方法包括：通信基带信号产生单元发出通信信号，通信信号经数模转换模块进行数模转换，再经正交上变频模块调制到预设频段截波上，经功率放大模块进行功率放大后通过发射天线发送至地面通信设备；接收天线获取预设频段范围内的信号，该预设频段范围内的信号包括北斗导航信号、GPS导航信号和地面通信设备发出的通信信号，接收信号经低噪声放大模块进行低噪声放大后，经正交下变频模块选择预设载波频率进行正交下变频，经模数转换模块进行模数转换后得到I/Q基带数字信号，通信导航信号分离模块将位于相邻频带的北斗导航信号、GPS导航信号和通信信号分离，数字频谱搬移模块消除各信号的频偏，将北斗导航信号、GPS导航信号和通信信号分别发送到北斗信号处理模块、GPS信号处理模块或通信基带信号处理模块进行处理。在一种可能的设计中，导航接收频段选为1555MHz至1580MHz，覆盖GPS系统的L1频点信号1575.42MHz±1.023MHz与北斗系统B1频点信号1561.098MHz±2.046MHz；地面通信设备至卫星的上行通信链路频段为1530MHz至1555MHz的L频段，信号载波频率为fc。在一种可能的设计中，正交上变频模块将通信信号调制到S频段载波上；低轨微纳卫星与地面通信设备之间的下行通信链路工作在S频段；接收天线接收1530MHz～1580MHz频带范围内的信号，经低噪声放大后，选择1555MHz载波频率进行正交下变频。在一种可能的设计中，令接收信号频带宽度为BW，分布范围为[-BW/2,BW/2]，模数转换模块以采样频率fs对信号进行U倍过采样，即fs＝U·BW，在宽度为BW的信号频带内通信信号的带宽为BW1，在信号频带内占用的频率范围为[-BW1-Δ1,-Δ1]；B1频点北斗导航信号的带宽为BW2，在信号频带内占用的频率范围为[Δ2,Δ2+BW2]；设计阶数为N-1并且满足如下要求的数字低通滤波器h(n),n＝0,1,…,N-1：a.通带截止频率ωc满足b.过渡带宽度不超过在一种可能的设计中，通过下述公式，令ω0＝-π/2，分离通信信号：式中，x(n)表示接收到的基带信号，y0(n)表示从x(n)中分离出的通信信号，“*”表示卷积运算；对y0(n)进行1/2抽取得到：其中，xp(m)＝x(2m-p)，hp(m)＝h(2m+p)；通过下述公式，令ω1＝π/2，分离导航信号y1(n)：对导航信号进行1/2抽取得到：与可以统一表示为如下形式：用表示在基础上进一步进行1/U抽取得到的信号，则有：其中z(l)＝(xp(m)·(-1)m*hp(m))m＝Ul可以进一步表示为：其中，xp,d(i)＝xp(Ui-d)，hp,d(i)＝hp(Ui+d)。在一种可能的设计中，信号分离过程包括输入加权、滤波和后处理；输入加权：将数据x(4n),x(4n+1),n＝0,1,2,…直接输入滤波器，将数据x(4n+2),x(4n+3),n＝0,1,2,…乘以-1后输入滤波器；将h(n),n＝0,1,…,N-1重组为如下2U行：进而按照如下顺序调整行次序：2U-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种卫星通信与导航一体化处理系统，其特征在于，所述系统包括：GPS卫星、北斗卫星、低轨微纳卫星和地面通信设备；/n所述低轨微纳卫星内设置有通信导航一体化收发机，所述收发机包括通信基带信号产生单元、数模转换模块、正交上变频模块、功率放大模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、正交下变频模块、模数转换模块、通信导航信号分离模块、数字频谱搬移模块、通信基带信号处理模块、GPS信号处理模块和北斗信号处理模块；/n所述通信基带信号产生单元发出的通信信号顺次经所述数模转换模块、所述正交上变频模块、所述功率放大模块和所述发射天线发送至所述地面通信设备；/n所述接收天线接收所述GPS卫星的导航信号、所述北斗卫星的导航信号和所述地面通信设备的通信信号，接收到的信号顺次经所述低噪声放大模块、所述正交下变频模块、所述数模转换模块进入所述通信导航信号分离模块进行信号分离，然后经所述数字频谱搬移模块消除频偏后，分别发送到所述GPS信号处理模块、所述北斗信号处理模块或所述通信基带信号处理模块进行处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种卫星通信与导航一体化处理系统，其特征在于，所述系统包括：GPS卫星、北斗卫星、低轨微纳卫星和地面通信设备；
所述低轨微纳卫星内设置有通信导航一体化收发机，所述收发机包括通信基带信号产生单元、数模转换模块、正交上变频模块、功率放大模块、发射天线、接收天线、低噪声放大模块、正交下变频模块、模数转换模块、通信导航信号分离模块、数字频谱搬移模块、通信基带信号处理模块、GPS信号处理模块和北斗信号处理模块；
所述通信基带信号产生单元发出的通信信号顺次经所述数模转换模块、所述正交上变频模块、所述功率放大模块和所述发射天线发送至所述地面通信设备；
所述接收天线接收所述GPS卫星的导航信号、所述北斗卫星的导航信号和所述地面通信设备的通信信号，接收到的信号顺次经所述低噪声放大模块、所述正交下变频模块、所述数模转换模块进入所述通信导航信号分离模块进行信号分离，然后经所述数字频谱搬移模块消除频偏后，分别发送到所述GPS信号处理模块、所述北斗信号处理模块或所述通信基带信号处理模块进行处理。


2.根据权利要求1所述的卫星通信与导航一体化处理系统，其特征在于，所述通信基带信号产生单元、所述通信导航信号分离模块、所述数字频谱搬移模块、所述通信基带信号处理模块、所述GPS信号处理模块和所述北斗信号处理模块在可编程处理芯片内实现；
所述数模转换模块、所述正交上变频模块、所述功率放大模块、所述低噪声放大模块、所述正交下变频模块和所述模数转换模块选用高集成收发芯片来实现。


3.一种卫星通信与导航一体化处理方法，其特征在于，所述方法包括：
通信基带信号产生单元发出通信信号，通信信号经数模转换模块进行数模转换，再经正交上变频模块调制到预设频段截波上，经功率放大模块进行功率放大后通过发射天线发送至地面通信设备；
接收天线获取预设频段范围内的信号，该预设频段范围内的信号包括北斗导航信号、GPS导航信号和地面通信设备发出的通信信号，接收信号经低噪声放大模块进行低噪声放大后，经正交下变频模块选择预设载波频率进行正交下变频，经模数转换模块进行模数转换后得到I/Q基带数字信号，通信导航信号分离模块将位于相邻频带的北斗导航信号、GPS导航信号和通信信号分离，数字频谱搬移模块消除各信号的频偏，将北斗导航信号、GPS导航信号和通信信号分别发送到北斗信号处理模块、GPS信号处理模块或通信基带信号处理模块进行处理。


4.根据权利要求3所述的卫星通信与导航一体化处理方法，其特征在于，导航接收频段选为1555MHz至1580MHz，覆盖GPS系统的L1频点信号1575.42MHz±1.023MHz与北斗系统B1频点信号1561.098MHz±2.046MHz；
地面通信设备至卫星的上行通信链路频段为1530MHz至1555MHz的L频段，信号载波频率为fc。


5.根据权利要求4所述的卫星通信与导航一体化处理方法，其特征在于，
正交上变频模块将通信信号调制到S频段载波上；低轨微纳卫星与地面通信设备之间的下行通信链路工作在S频段；
接收天线接收1530MHz～1580MHz频带范围内的信号，经低噪声放大后，选择1555MHz载波频率进行正交下变频。


6.根据权利要求5所述的卫星通信与导航一体化处理方法，其特征在于，令接收信号频带宽度为BW，分布范围为[-B...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹璐，王建，范广腾，李献斌，覃江毅，郭鹏宇，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11