天基数据链装置及天基数据链传输方法

技术领域

本发明涉及航天通信技术领域，尤其涉及一种天基数据链装置及天基数据链传输方法。

背景技术

天基数据链是一种利用卫星通信信道，采用卫星通信协议来传递各类信息，以实现卫星与用户间的数据联系的系统。由于天基数据链具有超视距、高带宽、环境适应性强、抗干扰能力强和传输信道稳定可靠等特点，被广泛应用于各个领域。

目前，天基数据链传输的内容包括需要低速广域传输的数据，例如指挥控制指令，该信息的数据容量较小，但对数据传输的时效性要求较高，需要卫星与地面建立点到多点的传输链路，及时地将数据传递给多个地面用户；天基数据链传输的内容还包括需要高速定向传输的数据，例如卫星对地观测载荷的观测数据，如光学、红外图像等信息，该信息的数据容量较大，需要通过高速定向链路传输给个别中心处理节点。

传统的天基数据链中，高速传输方式和低速传输方式相互独立，高速传输方式采用一个设备，低速传输方式采用另一个设备，两个设备相互分离且独立，一个天基数据链系统只能以低速广域传输方式或高速定向传输方式来传输数据。在一些特定的应用场合中，当用户要求天基数据链同时具备较强的高速定向传输能力和低速广域收发能力时，例如在卫星星载有效载荷获取的侦察监视数据的传输过程中，首先需要通过高速定向链路将侦察监视数据传输给移动中心站等用户，侦察监视数据经移动中心站处理后，提取出目标的位置、特征和图像切片等信息，提取后的信息的数据量较小，且需第一时间由天基数据链上行到卫星，再经卫星向一线用户进行低速广域传输，此时，采用单个天基数据链难以满足使用需求。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种天基数据链装置及天基数据链传输方法，能够根据用户传输需求实现多频多速率传输。

为此，本发明公开了一种天基数据链装置，所述天基数据链装置包括：处理器、S/L频段收发器、S/L频段接收天线、S/L频段发射天线、Ka频段发射器和Ka频段发射天线；

所述处理器分别连接所述S/L频段收发器和所述Ka频段发射器，所述处理器用于接收并处理经所述S/L频段收发器解调后的地面用户发出的S/L频段信号，并根据处理结果确定待传输数据、目标用户及传输方式；

所述S/L频段收发器分别连接所述S/L频段接收天线和所述S/L频段发射天线，所述S/L频段接收天线用于接收所述地面用户发出的所述S/L频段信号，所述S/L频段发射天线用于将所述待传输数据以低速广域传输方式传输到所述目标用户；

所述Ka频段发射器连接所述Ka频段发射天线，所述Ka频段发射天线用于将所述待传输数据以高速定向传输方式传输到所述目标用户。

进一步地，在所述天基数据链装置中，所述处理器为集成处理器，所述处理器通过串行外设接口分别连接所述S/L频段收发器和所述Ka频段发射器。

进一步地，在所述天基数据链装置中，所述S/L频段收发器包括第一基带芯片和第一射频前端芯片；

所述第一基带芯片通过所述串行外设接口连接所述处理器；

所述第一射频前端芯片包括第一射频接收芯片和第一射频发射芯片，所述第一射频接收芯片分别连接所述第一基带芯片和所述S/L频段接收天线，所述第一射频发射芯片分别连接所述第一基带芯片和所述S/L频段发射天线。

进一步地，在所述天基数据链装置中，所述Ka频段发射器包括第二基带芯片和第二射频发射芯片；

所述第二基带芯片通过所述串行外设接口连接所述处理器；

所述第二射频发射芯片分别连接所述第二基带芯片和所述Ka频段发射天线。

进一步地，在所述天基数据链装置中，所述S/L频段接收天线和所述S/L频段发射天线为锥螺天线。

进一步地，在所述天基数据链装置中，所述Ka频段发射天线为瓦片式相控阵天线。

此外，本发明还公开了一种利用上述天基数据链实施的天基数据链传输方法，所述传输方法包括：

所述S/L频段接收天线接收地面用户发出的包含用户传输任务需求的S/L频段信号，并将所述S/L频段信号送至所述S/L频段收发器；

所述S/L频段收发器对所述S/L频段信号进行解调，并将解调后的S/L频段信号送至所述处理器；

所述处理器接收处理所述解调后的S/L频段信号，并根据处理结果确定待传输数据、目标用户及传输方式；

所述处理器根据已确定的所述传输方式，将所述待传输数据送至所述S/L频段收发器和/或所述Ka频段发射器；

所述S/L频段收发器通过所述S/L频段发射天线将所述待传输数据以低速广域传输方式传输到所述目标用户，和/或，所述Ka频段发射器通过所述Ka频段发射天线将所述待传输数据以高速定向传输方式传输到所述目标用户。

进一步地，在所述天基数据链传输方法中，所述用户传输任务需求包括用户自身识别号、传输内容、传输方向和传输模式；

所述处理器根据所述传输内容确定所述待传输数据；

所述处理器根据所述传输方向确定所述待传输数据的目标用户及所述目标用户的坐标；

所述处理器根据所述传输模式确定所述待传输数据的传输方式。

进一步地，在所述天基数据链传输方法中，所述处理器根据所述处理器自身坐标和所述目标用户的坐标，确定并控制所述S/L频段发射天线和/或所述Ka频段发射天线的指向。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的天基数据链装置和天基数据链传输方法通过在处理器上分别连接S/L频段收发器和Ka频段发射器，既能够利用S/L频段收发器实现向用户的低速广域传输，也能利用Ka频段发射器实现向用户的高速定向传输，还能同时利用S/L频段收发器和Ka频段发射器实现对用户的低速广域传输和高速定向传输；可根据用户传输任务需求实现多速率传输模式的兼容和灵活运用，结构简单，适应性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例的天基数据链装置的结构示意图。

附图标记说明：

1-处理器、2-S/L频段收发器、21-第一基带芯片、22-第一射频前端芯片、221-第一射频接收芯片、222-第一射频发射芯片、3-S/L频段接收天线、4-S/L频段发射天线、5-Ka频段发射器、51-第二基带芯片、52-第二射频发射芯片、6-Ka频段发射天线。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，如附图1所示，本发明实施例提供了一种天基数据链装置，该天基数据链装置包括：处理器1、S/L频段收发器2、S/L频段接收天线3、S/L频段发射天线4、Ka频段发射器5和Ka频段发射天线6；处理器1分别连接S/L频段收发器2和Ka频段发射器5，处理器1用于接收并处理经S/L频段收发器2解调后的地面用户发出的S/L频段信号，并根据处理结果确定待传输数据、目标用户及传输方式；S/L频段收发器2分别连接S/L频段接收天线3和S/L频段发射天线4，S/L频段接收天线3用于接收地面用户发出的S/L频段信号，S/L频段发射天线4用于将待传输数据以低速广域传输方式传输到目标用户；Ka频段发射器5连接Ka频段发射天线6，Ka频段发射天线6用于将待传输数据以高速定向传输方式传输到目标用户。

以下对本发明实施例提供的天基数据链装置的工作原理进行具体说明：

具体地，本发明实施例提供的天基数据链装置在应用时，S/L频段接收天线3接收地面用户发出的包含用户传输任务需求的S/L频段信号，并将S/L频段信号送至S/L频段收发器2；S/L频段收发器2解调S/L频段信号，并将解调后的S/L频段信号转化为相应的数字信号，将数字信号送至处理器1；处理器1接收并处理S/L频段收发器2发出的数字信号，以获取具体的用户传输任务需求，再根据用户传输任务需求确定待传输数据、待传输数据的目标用户及传输方式；处理器1根据已确定的传输方式，将待传输数据送至S/L频段收发器2和/或Ka频段发射器5；S/L频段收发器2对待传输数据进行调制并将待传输数据转化为相应的无线电信号，利用S/L频段发射天线4将无线电信号以低速广域传播方式传输到目标用户；Ka频段发射器5对待传输数据进行调制并将待传输数据转化为相应的无线电信号，利用Ka频段发射天线6将无线电信号以高速定向传输方式传输到目标用户。

其中，当处理器1根据用户传输任务需求确定的传输方式为低速广域传输时，处理器1仅将待传输数据送至S/L频段收发器2；当处理器1根据用户传输任务需求确定的传输方式为高速定向传输时，处理器1仅将待传输数据送至Ka频段发射器5；当处理器1根据用户传输任务需求确定的传输方式为低速广域传输和高速定向传输同时传输时，处理器1同时将待传输数据送至S/L频段收发器2和Ka频段发射器5。

进一步地，本发明实施例中，处理器1为集成处理器，处理器1通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)分别连接S/L频段收发器2和Ka频段发射器5；处理器1具体可以为“Zynq-7000S/LOC”处理器。

本发明实施例中，为了实现S/L频段收发器2对信号的调制解调功能、以及数字信号与无线电模拟信号的转换功能，同时便于S/L频段收发器2与处理器1进行信息交流；S/L频段收发器2包括第一基带芯片21和第一射频前端芯片22；第一基带芯片21通过串行外设接口连接处理器1；第一射频前端芯片22包括第一射频接收芯片221和第一射频发射芯片222，第一射频接收芯片221分别连接第一基带芯片21和S/L频段接收天线3，第一射频发射芯片222分别连接第一基带芯片21和S/L频段发射天线4。

其中，第一基带芯片21用于与处理器1进行信息交流，第一射频前端芯片22用于对信号进行调制解调、以及用于数字信号和无线电模拟信号的相互转换。

具体地，S/L频段接收天线3接收地面用户发出的S/L频段信号，并将其送至第一射频接收芯片221，第一射频接收芯片221对S/L频段信号进行解调，并将S/L频段信号转化为相应的数字信号，通过第一基带芯片21将数字信号送至处理器1；处理器1通过第一基带芯片21将待传输数据送至第一射频发射芯片222，第一射频发射芯片222对待传输数据进行调制，并将待传输数据转化为相应的无线电模拟信号，再利用S/L频段发射天线4将待传输数据发送到目标用户。

同理，为了实现Ka频段发射器5对信号的调制解调功能、以及数字信号与无线电模拟信号的转换功能；本发明实施例中，Ka频段发射器5包括第二基带芯片51和第二射频发射芯片52；第二基带芯片51通过串行外设接口连接处理器1；第二射频发射芯片52分别连接第二基带芯片51和Ka频段发射天线6。

其中，第二基带芯片51用于与处理器1进行信息交流，第二射频发射芯片52用于对信号进行调制解调、以及用于数字信号和无线电模拟信号的相互转换。

具体地，处理器1通过第二基带芯片51将待传输数据送至第二射频发射芯片52，第二射频发射芯片52对待传输数据进行调制，并将待传输数据转换为相应的无线电模拟信号，再利用Ka频段发射天线6将待传输数据发送至目标用户。

本发明实施例中，S/L频段接收天线3和S/L频段发射天线4为锥螺天线；由于锥螺天线具有覆盖地球视角范围的宽波束，能够满足广域传输的要求。

本发明实施例中，Ka频段发射天线6为瓦片式相控阵天线；由于瓦片式相控阵天线具有体积小、重量轻、易于实现模块化和积木式可扩充功能，在满足高速定向传输的要求下，能够有效地减轻天基数据链装置的体积和重量。

进一步地，本发明实施例的天基数据链装置可以采用如表1所示的配置关系来对天基数据链装置的传输链路、传输速率和传输频率进行配置。

表1(传输配置关系)

第二方面，本发明还公开了一种利用上述天基数据链实施的天基数据链传输方法，该传输方法包括：

S/L频段接收天线3接收地面用户发出的包含用户传输任务需求的S/L频段信号，并将S/L频段信号送至S/L频段收发器2；

S/L频段收发器2对S/L频段信号进行解调，并将解调后的S/L频段信号送至处理器1；

处理器1接收处理解调后的S/L频段信号，并根据处理结果确定待传输数据、目标用户及传输方式；

处理器1根据已确定的待传输数据、目标用户及传输方式，将待传输数据送至S/L频段收发器2和/或Ka频段发射器5；

S/L频段收发器2通过S/L频段发射天线4将待传输数据以低速广域传输方式传输到目标用户，和/或，Ka频段发射器5通过Ka频段发射天线6将待传输数据以高速定向传输方式传输到目标用户。

其中，本发明实施例中，用户传输任务需求包括用户自身识别号、传输内容、传输方向和传输模式；处理器1根据传输内容确定待传输数据；处理器1根据传输方向确定待传输数据的目标用户及目标用户的坐标；处理器1根据传输模式确定待传输数据的传输方式。

本发明实施例中，用户传输任务需求的帧格式可以如表2所示。

表2(用户传输任务需求帧格式)

进一步地，本发明实施例中，传输方向可以包含目标用户的坐标，处理器1根据处理器1自身坐标和目标用户的坐标，确定并控制S/L频段发射天线4和/或Ka频段发射天线6的指向。

可见，本发明实施例提供的天基数据链装置和天基数据链传输方法通过在处理器1上分别连接S/L频段收发器2和Ka频段发射器5，既能够通过S/L频段收发器2实现向用户的低速广域传输，也能通过Ka频段发射器5实现向用户的高速定向传输，还能同时通过S/L频段收发器2和Ka频段发射器5实现对用户的低速广域传输和高速定向传输；可根据用户传输任务需求实现多速率传输模式的兼容和灵活运用，结构简单，适应性强。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。