[發明專利]面向QB50項目的CubeSat衛星地面站

有效

• 申請號: 201811518302.2
• 申請日: 2018-12-12
• 公開（公告）號: CN109302228B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 楊磊;張芳;樊程廣;宋新;趙勇;白玉鑄
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

1.一種面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：包括衛星天線、天線控制器、通信信道以及主控計算機；

衛星天線接收來自衛星的下行信號，向衛星發送上行遙控信號；衛星天線連接有天線控制器，天線控制器用于對天線指向進行控制；

通信信道包括USRP軟件無線電設備，USRP軟件無線電設備，實現上行遙控信號的調制、放大以及下行信號的解調；

主控計算機通過串口實時發送天線控制指令給天線控制器實現對衛星天線指向的控制，方法如下：

主控計算機讀取GPS時間：讀取GPS接收機時間，并設置計算機時間，使得主控計算機與星上時間保持一致；

主控計算機讀取tle軌道參數文件：通過航天器信息網站搜索衛星名稱獲得相應的tle軌道參數，并將其保存為tle軌道參數文件，文件應定期更新；

主控計算機生成引導序列數據：根據tle軌道參數文件生成與該tle軌道參數文件相對應衛星的引導序列數據；

衛星過頂時，主控計算機根據引導序列數據和GPS時間生成相應的天線控制指令，并通過串口發送給控制器接口；天線伺服機構根據實時接收的天線控制指令自動調整天線角度，使天線指向所需的俯仰角、方位角；

主控計算機與USRP軟件無線電設備之間通過集線器實現網絡通信，主控計算機通過通用網口將通信鏈路參數發送至USRP軟件無線電設備，USRP軟件無線電設備根據鏈路參數對上行遙控信號、下行信號進行相應處理，進而實現信號的調制與解調；方法如下：

通信鏈路參數設置：通過主控計算機設置與USRP軟件無線電設備相關的通信鏈路參數，通信鏈路參數設置完成后通過網口自動發送至USRP軟件無線電設備；USRP軟件無線電設備根據接收到的通信鏈路參數自動調整自身的通信鏈路參數；

信號的調制與解調：USRP軟件無線電設備的參數設置完成后，接入天線，主控計算機根據通信協議生成相應的上行遙控指令并發送給USRP軟件無線電設備，USRP軟件無線電設備對上行信號進行調制，調制后信號經衛星天線發送至衛星；此外，USRP軟件無線電設備對接收的下行信號進行解調后發送給主控計算機，主控計算機根據通信協議對解調后數據做更進一步的分析；

還包括頻率補償，在衛星過頂時主控計算機根據衛星角度、高度及上下行鏈路通信頻率信息，利用多普勒頻移算法計算出多普勒頻移，并將該頻移值實時傳遞給USRP軟件無線電設備，USRP軟件無線電設備再根據接收到的頻移值，自動對上下行通信頻率進行補償。

2.根據權利要求1所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：天線控制器控制天線上下、左右轉動來分別調整天線的俯仰角及方位角；天線控制器的控制器接口與主控計算機連接，接收來自主控計算機發來的天線控制指令，并返回天線狀態信息給主控計算機。

3.根據權利要求2所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：天線控制器選用的設備型號為Yaesu公司的G-5500。

4.根據權利要求2所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：控制器接口選用的設備型號為：Yaesu公司的GS-232B。

5.根據權利要求1所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：通信信道還包括功率放大器、低噪放大器，功率放大器與USRP軟件無線電設備連接，功率放大器用于放大USRP軟件無線電設備調制生成的上行遙控信號的發射功率；低噪放大器與USRP軟件無線電設備連接，用于提高衛星天線接收到的下行信號的信噪比。

6.根據權利要求1至5中任一權利要求所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：USRP軟件無線電設備包含GPS接收機和GPS天線，GPS接收機為主控計算機校時，使主控計算機與星上時間保持同步。

7.根據權利要求6所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：USRP軟件無線電設備選用的設備型號為：Ettus公司的USRP N210。

8.根據權利要求6所述的面向QB50項目的CubeSat衛星地面站，其特征在于：主控計算機根據要跟蹤的衛星的軌道信息生成相應的天線控制指令，天線控制器接收到天線控制指令后調整衛星天線與衛星之間的角度，使上行遙控信號的發送與下行信號的接收都達到最佳狀態；主控計算機根據需要生成上行遙控指令，USRP軟件無線電設備對上行遙控指令進行接收、調制后經衛星天線發送至衛星，衛星收到指令后會執行相應的操作；衛星天線接收來自衛星的下行信號，經USRP軟件無線電設備解調后下行信號可直接通過網線接入主控計算機，由主控計算機對下行信號進行處理。