一种高可靠多功能卫星测控信息系统设计方法与流程

本发明涉及一种高可靠多功能卫星测控信息系统设计方法，属于长寿命高可靠通信卫星结构设计领域。

背景技术：

1、长寿命高可靠通信卫星是当前国内外主流的通信卫星，具有大容量载荷、高载干比等特征，能够满足多种不同用户对通信资源的使用需求。

2、卫星测控信息系统作为支撑长寿命高可靠通信卫星的重要组成系统之一，提供了卫星与地面站之间的必要的测控无线传输通道，与星务数据管理系统一起为整个卫星提供了必要的遥控信号传输与信息处理、遥测信号传输与信息处理，以及测距信号传输与转发功能。

3、卫星测控信息系统通常由测控应答机、测控信号功放单元和测控信息处理单元组成。测控应答机和测控信号功放单元一起构成了卫星测控信息系统的射频部分，负责遥控信号、遥测信号和测距信号的传输。测控信息处理单元构成了卫星测控信息系统的基带部分，负责遥控和遥测信息的编译、分发、采集等处理。

4、传统的卫星测控信息系统设计上往往具有系统结构固化，单机配套简单，系统功能单一等特点。通常配置有两台测控应答机，两台测控信号功放单元，一套测控信息处理单元。其中，两台测控应答机和两台测控信号功放单元往往是“一对一”配置，即其中第一台测控应答机仅和第一台测控信号功放单元连接构成第一条射频链，第二台测控应答机仅和第二台测控信号功放单元连接构成第二条射频链，这样使得系统结构固化；即使在测控应答机和测控信号功放单元之间增加切换开关，也仅仅是增加了一种交叉组合的连接方式，仍然缺乏足够灵活的调整空间，整个测控信息系统的可靠性仍然需要进一步提升来满足长寿命高可靠通信卫星的在轨支持高可靠性的测控需求。

5、除测控应答机和测控信号功放单元以外，测控信息处理单元也存在结构固化、系统支持功能单一、拓展性不强等特点，使得其仅能支持卫星平台和常规载荷的测控信息处理需求，难以满足长寿命高可靠通信卫星的多种载荷用户(特别是搭载载荷用户)的不同需求，如果不对测控信息处理单元的结构进行升级设计，直接增加除卫星平台和常规载荷以外的其他系统(如搭载载荷用户)的测控信息，还可能带来多个系统之间的相互隔离和兼容工作的技术问题。因此，整个测控信息系统的功能性仍然需要进一步提升来满足长寿命高可靠通信卫星的在轨支持多用户功能的使用需求。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，传统测控信息系统功能性及兼容性仍不能全面支持在轨支持多用户功能的使用需求的问题，提出了一种高可靠多功能卫星测控信息系统设计方法。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种高可靠多功能卫星测控信息系统设计方法，包括：

4、设计卫星测控信息系统总体架构，包括射频部分、基带部分；射频部分包括测控应答机、测控信号功放单元，基带部分包括测控信息处理单元；

5、开展核心升级技术设计，包括射频部分设计、基带部分设计；

6、根据射频部分设计参数建立可靠性计算分析模型，通过可靠性计算分析模型计算在轨可靠性指标；

7、对在轨可靠性指标进行评估，完成射频部分设计；

8、根据基带部分设计参数设计通用型的测控接口模块；

9、对测控接口模块进行评估；

10、根据评估结果确定测控接口模块设计，完成基带部分设计。

11、所述射频部分设计包括：

12、对测控应答机配套数量m进行定义；

13、对测控信号功放单元配套数量n进行定义；

14、设计各组测控应答机和测控信号功放单元之间的所有测控通道，并选取测控通道组合连接方式，确定测控通道路数k。

15、所述测控应答机和测控信号功放单元的集合(m，n)的取值范围及约束条件，根据用户及测控任务需求确定。

16、所述测控通道路数k用于建立可靠性计算分析模型，根据通信卫星的在轨参数及可靠性计算分析模型，计算在轨可靠性指标；

17、在轨可靠性指标的评估方法为：

18、判断当前在轨可靠性指标是否满足用户需求或通信卫星的在轨可靠性指标要求，若不满足，调整射频部分各组测控应答机和测控信号功放单元的配套数量及测控通道组合方式的路数；若满足，则完成射频部分设计。

19、所述测控接口模块搭载与通信卫星的搭载载荷模块连接的接口；

20、其中，卫星测控信息系统总体架构为对原卫星测控信息系统设计改进后获取，测控接口模块搭载的接口与原卫星测控信息系统及对应载荷接口隔离。

21、所述测控接口模块根据卫星测控信息系统总体架构的设计参数特征确定，设计参数特征包括输入输出接口关系、通信信息速率、数据传输速率、通信资源信道复用。

22、对测控接口模块进行评估的方法为：

23、确认测控接口模块是否满足搭载载荷用户需求和常规载荷用户的兼容性工作要求；若不满足，重新进行测控接口模块的参数特征设计；若满足，完成基带部分设计。

24、根据测控应答机和测控信号功放单元的集合(m，n)及组合方式、用户及测控任务需求，确定测控通道路数k与测控应答机和测控信号功放单元的集合(m，n)满足的关系式；

25、其中，测控应答机和测控信号功放单元的组合方式包括直接连接、交叉连接及组合连接形式。

26、所述测控接口模块与搭载载荷模块，搭载载荷模块设置有预设路数的标准配电输出电压，搭载载荷模块通过测控接口模块接收遥控指令及遥测参数实现信息采集传输，用于支持不同载荷用户的传输任务。

27、所述测控接口模块为独立模块，通过数据总线集成至卫星测控信息系统中，传输任务包括数据传输任务、音频传输任务、视频图像传输任务，测控接口模块与搭载载荷模块间的接口参数、数据传输速率、调制与编码方式均根据传输任务类型确定。

28、本发明与现有技术相比的优点在于：

29、(1)本发明提供的一种高可靠多功能卫星测控信息系统设计方法，通过合理提升测控应答机和测控信号功放单元的配套数量，并增加测控应答机和测控信号功放单元之间的切换连接关系，构建成一种基于“双二选一”结构的射频链路交叉组合连接关系，使系统具备了在轨灵活调整分组及切换重组的性能，解决了传统系统在轨重构能力不足的技术难题，实现了测控信息系统可靠性的显著提升；

30、(2)本发明采用对测控信息处理单元结构进行升级设计，增加配置一种通用型的接口模块，使系统实现了多系统用户之间的测控信息共享，解决了与星务数据管理系统、常规载荷用户系统、搭载载荷用户系统之间的故障隔离和兼容工作的技术问题，大幅拓展了星务数据管理系统的性能；

31、(3)本发明采用新型系统设计方法，通过对测控应答机和测控信号功放单元之间的多冗余设计，实现了民商用通信卫星测控信息系统的在轨可靠性的显著提升，在轨可用度指标高达0.994，满足了我国民商用通信卫星测控信息系统在轨长寿命、高可靠、多冗余的发展需求。通过对测控信息处理单元结构进行升级设计，增加配置通用型接口模块，满足了民商通信卫星测控信息系统在轨支持多用户功能的发展需求；

32、(4)本发明全面提升了我国民商用通信卫星测控信息系统的在轨可靠性、健壮性和多功能性，对未来我国通信卫星业务能力的拓展、测控能力的提升和发展具有十分重要的参考价值，过对测控信息处理单元结构进行升级设计，增加配置通用型接口模块，解决了与星务数据管理系统、常规载荷用户系统、搭载载荷用户系统之间的故障隔离和兼容工作的技术问题，实现了多系统用户之间的测控信息共享；

33、(5)本发明设计的测控接口模块具有适配通用性、兼容多种载荷业务、支持多用户的特点，满足了民商通信卫星测控信息系统在轨支持多用户功能的发展需求，在实施过程中，按逻辑顺序实施设计，流程清晰，步骤简明，可操作性强。具有广泛的拓展应用前景。