[發明專利]一種高性能數傳基帶奇偶合路實時處理系統及其方法

在審

• 申請號: 202111340132.5
• 申請日: 2021-11-12
• 公開（公告）號: CN114124193A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 楊甲森;姚秀娟;張鑫宇;徐聰;張雪豐;陳托;陳志敏;智佳;劉明潔;張華偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院國家空間科學中心
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L1/00;H04L5/04;H04L7/00;G06F12/02
• 代理公司: 北京方安思達知識產權代理有限公司 11472
• 代理人: 楊青;武玥

本發明屬于衛星數傳數據處理領域，涉及一種高性能數傳基帶奇偶合路實時處理系統，包括：環形隊列存儲器，用于基于內存循環使用方式存儲各處理器的輸入和輸出數據；奇路數傳基帶解復接處理器，用于對輸入的奇路數傳基帶，進行傳輸幀格式同步，依據虛擬信道標識進行解復接處理，輸出各虛擬信道奇路傳輸幀；偶路數傳基帶解復接處理器，用于對輸入的偶路數傳基帶，進行傳輸幀格式同步，依據虛擬信道標識進行解復接處理，輸出各虛擬信道偶路傳輸幀；奇偶傳輸幀合路處理器，用于根據奇偶合路處理算法，對輸入的各虛擬信道奇路傳輸幀和偶路傳輸幀進行融合處理，輸出各虛擬信道按幀計數順序排列的合路傳輸幀；所述合路處理平臺，用于為各環形隊列存儲器申請和釋放內存空間，控制模塊間的數據流轉。

技術領域

本發明屬于衛星地面應用系統、數傳基帶測試系統等技術領域，具體地，尤其涉及一種高性能數傳基帶奇偶合路實時處理系統及其方法。

背景技術

目前通用的遙感數傳主要采用X波段。國際電信聯盟(InternationalTelecommunication Union,ITU)規定X波段可以利用的頻率范圍為8025～8400MHz，375M帶寬。如何在有限帶寬約束下，提高數據傳輸的碼速率，是衛星數傳分系統面臨的主要問題之一。

實踐結果表明，極化復用技術是解決上述問題的有效途徑。該技術利用同一頻帶將滿足一定極化隔離要求的兩路調制載波信號向地面站發射，地面站利用極化的正交特性將兩路不同數據在同一頻域、同一時域分隔開來。以中國科學院戰略科技先導專項支持的先進天基太陽天文臺(Advanced Space-based Solar Observatory,ASO-S)衛星、可持續發展科學衛星1號(SDGSAT-1)，為例，二者均采用極化復用技術，分別實現了奇偶雙通道1Gbps、1.6Gbps碼速率的高性能數據傳輸功能。

極化復用方式下空間段和地面段的數傳數據處理流程，如圖1所示。在空間段，數傳分系統將載荷源包數據復接為傳輸幀后，將傳輸幀按照奇偶幀進行分路，兩路數據分別編碼調制，并分別進入相控陣天線的左右旋通道向地面站發射；在地面段，地面接收分系統完成奇偶兩路數據的解調、解擾、譯碼后，將兩路基帶數據通過網絡發送給任務運行分系統進行奇偶幀合路、解復接、解源包等處理。由圖1可見，奇偶幀合路處理是地面段解源包等后續處理的前提，也是地面段判讀星載設備狀態、生成科學數據產品的基礎。

奇偶幀合路處理的挑戰主要來自于，奇偶兩路數據到達存在不確定的時間差，該時間差的來源包括兩部分：①奇偶兩路解調器鎖定時間差；②兩路數據地面段網絡傳輸時間差。

依據CCSDS(Consultative Committee for Space Data Systems)高級在軌系統(Advanced Orbit System,AOS)協議，傳輸幀格式如表格1所示：

表格1傳輸幀數據格式

其中，虛擬信道標識是同一物理信道下實現多虛擬信道復用的關鍵，也是地面段進行解復接處理的依據。另外，極化復用方式下的“奇偶傳輸幀”即為表格1中，“虛擬信道幀計數”為奇數或偶數的幀，每個虛擬信道獨立計數，互不交叉。AOS協議規定傳輸幀的虛擬信道幀計數占24比特，取值為0至2²⁴-1，最高可計數16777216幀，幀計數達到2²⁴-1之后歸零，從0開始重新計數，同時幀計數周期加1。

現有的奇偶幀合路處理方法，主要通過先將奇偶傳輸幀數據緩存，然后按“虛擬信道幀計數”對緩存數據進行排序，再將“虛擬信道幀計數”連續的傳輸幀逐一推出進行后續解源包等處理。這種處理方法的效率較低，主要有兩個原因：①涉及復雜耗時的排序算法；②以非循環使用方式進行內存管理，每次數據處理后，需要通過內存移動方式對緩存進行整理。特別是在奇偶路數據到達時間差較長時，由于緩存數據量大，導致數據排序、頻繁內存移動的時間更長，效率更低。