本發(fā)明涉及通信領域，具體涉及一種用于高動態(tài)載體的通信終端。

背景技術：

短報文功能是北斗系統(tǒng)所特有、GPS不具備的一項技術突破，基于短報文功能可以與北斗定位總站間進行雙向通信，而GPS只能進行單向通信。可廣泛應用于普通移動通訊信號不能覆蓋的情況，如海洋、沙漠和野外，在這些惡劣環(huán)境下均可使用短報文進行緊急通信。

對于航天器、飛機、導彈等高動態(tài)載體，當運動速度很高時，由于多普勒效應的存在，會給通信鏈路的信號處理帶來相當大的困難，導致通信質量和通信效率急劇下降。

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例提供一種用于高動態(tài)載體的通信終端，包括：天線模塊、短報文基帶處理模塊、短報文功放模塊、以及短報文射頻接收模塊；

該通信終端具有前向及返向信號處理過程，其中：

前向信號處理過程包括：GEO衛(wèi)星的信號經由所述天線模塊接收后，依次經由短報文射頻接收模塊、短報文基帶處理模塊處理后傳輸至所述高動態(tài)載體的機載計算機；

返向信號處理過程包括：從所述高動態(tài)載體的機載計算機接收遙測數(shù)據(jù)，依次經由短報文基帶處理模塊、短報文功放模塊處理后，通過天線模塊發(fā)送給GEO衛(wèi)星。

所述通信終端為所述高動態(tài)載體的機載終端。

所述通信終端可利用前向信號處理過程得到的頻率多普勒和偽碼多普勒對返向信號在發(fā)射前進行預補償；其中，采用FFT、FLL、DLL相結合的算法對前向信號進行處理。

所述通信終端從所述高動態(tài)載體的機載計算機接收所述高動態(tài)載體的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，根據(jù)該飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)計算所述高動態(tài)載體與GEO衛(wèi)星之間的位置關系，然后根據(jù)該位置關系選擇天線模塊的最優(yōu)波束和最佳指向角度。

所述天線模塊包括四陣元接收天線。

所述短報文基帶處理模塊采用直接序列擴頻。

所述短報文功放模塊在具有脈沖輸入信號時加電運行，否則斷電停止運行。

所述通信終端可在加密通信狀態(tài)和普通通信狀態(tài)之間切換，其中：在所述加密通信狀態(tài)下，短報文數(shù)據(jù)先加密后再進行傳輸；在所述普通通信狀態(tài)下，短報文數(shù)據(jù)不進行加密處理。其中，所述通信終端在加密通信狀態(tài)使用軍碼芯片，在普通通信狀態(tài)使用民用SIM卡。

所述通信終端還支持嵌入軟件的在線升級。

所述通信終端實時收集各模塊的狀態(tài)信息，然后傳送至遙測系統(tǒng)以分析和監(jiān)控運行狀態(tài)。

地面系統(tǒng)與所述高動態(tài)載體、GEO衛(wèi)星之間構成前向及返向雙向傳輸鏈路，其中：前向傳輸鏈路為：所述地面系統(tǒng)發(fā)送前向短報文數(shù)據(jù)，GEO衛(wèi)星接收后將前向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述高動態(tài)載體；返向傳輸鏈路為：所述高動態(tài)載體發(fā)送返向短報文數(shù)據(jù)，GEO衛(wèi)星接收后將返向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述地面系統(tǒng)。

所述前向傳輸鏈路中，GEO衛(wèi)星接收后將前向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述高動態(tài)載體，包括：GEO衛(wèi)星接收前向短報文數(shù)據(jù)后轉發(fā)至地面衛(wèi)星定位總站，再由總站中轉至GEO衛(wèi)星，然后由GEO衛(wèi)星將前向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述高動態(tài)載體；

所述返向傳輸鏈路中，GEO衛(wèi)星接收后將返向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述地面系統(tǒng)，包括：GEO衛(wèi)星接收返向短報文數(shù)據(jù)后轉發(fā)至地面衛(wèi)星定位總站，再由總站中轉至GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星將返向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述地面系統(tǒng)。其中，所述地面系統(tǒng)可采用多卡指揮型用戶機。

進一步地，可將所述前向傳輸鏈路的狀態(tài)信息通過返向傳輸鏈路傳輸至所述地面系統(tǒng)，以分析和監(jiān)控前向傳輸鏈路的狀態(tài)。其中，所述前向傳輸鏈路的狀態(tài)信息包括信噪比和/或頻偏多普勒值。

所述通信終端還可進一步包括導航基帶處理模塊、以及導航射頻接收模塊。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術而言能夠取得以下技術效果：

(1)本發(fā)明采用合適算法對接收信號進行處理，并利用前向接收計算得到的頻率多普勒和偽碼多普勒對返向信號在發(fā)射前進行預補償，能夠適應飛行器高達七馬赫的速度、40g的加速度、以及60g的加加速度，能夠滿足高動態(tài)飛行時的通信要求；

(2)本發(fā)明通過采用直擴通信體制和數(shù)據(jù)加密等方式，具有低誤碼率、低時延、高可靠性、抗干擾的優(yōu)點；

(3)本發(fā)明支持短報文休眠及短報文正常工作兩種工作模式，在短報文休眠時可以降低系統(tǒng)的功耗；

(4)本發(fā)明支持根據(jù)飛行器在飛行過程中提供的經度、緯度、高度、航向等信息，進行波束優(yōu)選及最佳指向；

(5)本發(fā)明支持嵌入式軟件在線升級，可使系統(tǒng)隨時保持最新狀態(tài)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)本發(fā)明實施例的內容和這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是實施例一所述的用于高動態(tài)載體的通信終端的結構框圖；

圖2是示例性的短報文基帶處理模塊的結構框圖；

圖3是示例性的短報文功放模塊的結構框圖；

圖4是實施例二所述的用于高動態(tài)載體的通信終端的結構框圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明解決的技術問題、采用的技術方案和達到的技術效果更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施例的技術方案作進一步的詳細描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

下面結合附圖并通過具體實施方式來進一步說明本發(fā)明的技術方案。

圖1是實施例一所述的用于高動態(tài)載體的通信終端結構框圖。參見如圖1所示，本實施例一所述的用于高動態(tài)載體的通信終端10包括：天線模塊101、短報文基帶處理模塊102、短報文功放模塊103、以及短報文射頻接收模塊104。在本實施例中，所述通信終端為所述高動態(tài)載體的機載終端。

其中，短報文基帶處理模塊102的示例性結構框圖如圖2所示，該模塊通過北斗衛(wèi)星的短報文中繼通信，構建支持信息傳輸?shù)那跋蜴溌泛头迪蜴溌?，完成對導彈的導引信息及遙測數(shù)據(jù)的傳輸。具備接收4路中頻信號并完成AD采樣的功能、具備遙測數(shù)據(jù)上變頻到L頻段并發(fā)射的功能、具備上行指令數(shù)據(jù)的解擴、解調和譯碼以及導彈遙測數(shù)據(jù)的編碼、調制、具備4路信號的具備抗干擾處理的功能及具備與高動態(tài)載體的機載計算機通信功能。所述短報文基帶處理模塊采用直接序列擴頻通信體制可以降低發(fā)射信號功率譜密度，降低對接收信號譜密度的要求；可以抵抗干擾容限范圍內的連續(xù)波、掃頻、寬帶噪聲、脈沖等形式的干擾信號。另外，核心處理模塊可采用FGPA方式實現(xiàn)，相應地，使得其功能能夠通過在線方式升級。

短報文功放模塊103的示例性結構框圖如圖3所示，該模塊用于將輸入的脈沖射頻信號進行濾波、放大和發(fā)射、根據(jù)電源切換信號，在功放輸入脈沖信號工作時加電工作，脈沖不工作時斷電，具備功放輸出功率監(jiān)測功能和保護功能，功放過熱時自動斷電，保護功放不受損壞。

天線模塊101包括一個短報文發(fā)射陣元、4個短報文接收陣元，具體可以包含左右天線及耐高溫天線罩，天線的工作溫度范圍為-50℃～+125℃，而所述耐高溫天線罩則可采用復合材料——聚酰亞胺壓制而成，耐受最高瞬時溫度約450℃。

該通信終端具有前向及返向信號處理過程，其中：

前向信號處理過程包括：GEO(地球靜止軌道)衛(wèi)星的信號經由所述天線模塊101接收后，依次經由短報文射頻接收模塊104、短報文基帶處理模塊102處理后傳輸至所述高動態(tài)載體的機載計算機105。具體地，四陣元短報文接收天線接收4路北斗衛(wèi)星信號，經短報文射頻接收模塊濾波、放大和下變頻后輸出給中頻信號給短報文基帶處理模塊；短報文基帶處理模塊完成AD采樣、抗干擾處理、解擴解調、信道譯碼等，恢復成原始前向數(shù)據(jù)后傳至高動態(tài)載體的機載計算機。

返向信號處理過程包括：從所述高動態(tài)載體的機載計算機105接收遙測數(shù)據(jù)，依次經由短報文基帶處理模塊102、短報文功放模塊103處理后，通過天線模塊101發(fā)送給GEO衛(wèi)星。具體地，從高動態(tài)載體的機載計算機接收的遙測數(shù)據(jù)，經短報文基帶處理模塊完成信道編碼、擴頻、數(shù)字調制和上變頻之后發(fā)給短報文功放模塊；短報文功放模塊完成對射頻信號的功率放大，最后通過短報文發(fā)射天線發(fā)射至衛(wèi)星。

為了克服多普勒效應對高動態(tài)載體在高速運動狀態(tài)下的通信劣化，本發(fā)明采用FFT、FLL、DLL相結合的算法對前向信號進行處理,利用前向信號處理過程得到的頻率多普勒和偽碼多普勒對返向信號在發(fā)射前進行預補償，從而使得返向信號能夠適應高動態(tài)載體高達七馬赫的速度、40g的加速度及60g的加加速度，使通信基本不受影響。

為了進一步提高通信的可靠性，從所述高動態(tài)載體的機載計算機接收所述高動態(tài)載體的飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)，如經度、緯度、高度、航向等信息，根據(jù)該飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)計算所述高動態(tài)載體與GEO衛(wèi)星之間的位置關系，然后根據(jù)該位置關系選擇天線模塊的最優(yōu)波束和最佳指向角度，從而實現(xiàn)飛行過程全覆蓋。

進一步地，所述通信終端可在加密通信狀態(tài)和普通通信狀態(tài)之間切換，其中：在所述加密通信狀態(tài)下，短報文數(shù)據(jù)先加密后再進行傳輸；在所述普通通信狀態(tài)下，短報文數(shù)據(jù)不進行加密處理。在硬件實現(xiàn)上，所述通信終端在加密通信狀態(tài)使用軍碼芯片，在普通通信狀態(tài)使用民用SIM卡。

進一步地，所述通信終端還可實時收集各模塊的狀態(tài)信息，然后傳送至外部的遙測系統(tǒng)，以分析和監(jiān)控運行狀態(tài)，可在進行飛行試驗時可以進行數(shù)據(jù)分析和故障排查。

進一步地，所述通信終端可對包含的各個模塊及自身狀態(tài)進行自檢，例如對功放、短報文通信頻度、接收用戶ID等自檢。根據(jù)獲得的自檢信息，可通過飛行器綜合控制計算機對通信終端進行短報文休眠及工作模式切換，在終端發(fā)送短報文數(shù)據(jù)時，開啟功放，發(fā)送完數(shù)據(jù)后關閉功放。通過短報文模式切換及功放控制可以降低系統(tǒng)的功耗。

進一步地，地面系統(tǒng)與所述高動態(tài)載體、GEO衛(wèi)星之間構成前向及返向雙向傳輸鏈路，其中：前向傳輸鏈路為：所述地面系統(tǒng)發(fā)送前向短報文數(shù)據(jù)，GEO衛(wèi)星接收后將前向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述高動態(tài)載體；返向傳輸鏈路為：所述高動態(tài)載體發(fā)送返向短報文數(shù)據(jù)，GEO衛(wèi)星接收后將返向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給所述地面系統(tǒng)。具體地，地面系統(tǒng)可使用多卡指揮型用戶機發(fā)送前向短報文數(shù)據(jù)，GEO衛(wèi)星接收后轉發(fā)給地面衛(wèi)星定位總站，由總站進行中轉給GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星將前向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給高動態(tài)載體如飛行器，實現(xiàn)前向鏈路的傳輸；飛行器在到達通信頻度時間后發(fā)送返向短報文數(shù)據(jù)給GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星接收后轉發(fā)給地面衛(wèi)星定位總站，由總站進行中轉給GEO衛(wèi)星，GEO衛(wèi)星將返向短報文數(shù)據(jù)發(fā)送給地面系統(tǒng)，實現(xiàn)返向鏈路的傳輸。在地面使用多卡指揮型用戶機傳輸數(shù)據(jù)，可以提高報文傳輸?shù)某晒β省?/p>

進一步地，所述通信終端可以將前向傳輸鏈路的狀態(tài)信息，如信噪比和/或頻偏多普勒值等，通過返向傳輸鏈路傳輸至所述地面系統(tǒng)，以分析和監(jiān)控前向傳輸鏈路的狀態(tài)，為提高通信鏈路的可靠性提供了進一步的保障。

在另一實施例二中，如圖4所示，本實施例所述的用于高動態(tài)載體的通信終端包括：天線模塊、短報文基帶處理模塊、短報文功放模塊、短報文射頻接收模塊、導航射頻模塊、以及導航基帶處理模塊；其中，天線模塊中包括短報文發(fā)射及接收天線、導航接收天線(北斗導航天線/GPS天線),短報文基帶處理模塊、短報文功放模塊、以及短報文射頻接收模塊與實施例一中相同，在此不再贅述。本實施例中的導航接收天線用于接收衛(wèi)星的導航信號，導航射頻模塊對導航信號進行濾波、放大、下變頻后輸出中頻信號給導航基帶處理模塊，導航基帶處理模塊進行AD采樣、抗干擾處理、解擴解調、信道譯碼等，生成導航數(shù)據(jù)供所述通信終端使用。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術而言能夠取得以下有益的技術效果：

(1)本發(fā)明采用合適算法對接收信號進行處理，并利用前向接收計算得到的頻率多普勒和偽碼多普勒對返向信號在發(fā)射前進行預補償，能夠適應飛行器高達七馬赫的速度、40g的加速度、以及60g的加加速度，能夠滿足高動態(tài)飛行時的通信要求；

(2)本發(fā)明通過采用直擴通信體制和數(shù)據(jù)加密等方式，具有低誤碼率、低時延、高可靠性、抗干擾的優(yōu)點；

(3)本發(fā)明支持短報文休眠及短報文正常工作兩種工作模式，在短報文休眠時可以降低系統(tǒng)的功耗；

(4)本發(fā)明支持根據(jù)飛行器在飛行過程中提供的經度、緯度、高度、航向等信息，進行波束優(yōu)選及最佳指向；

(5)本發(fā)明支持嵌入式軟件在線升級，可使系統(tǒng)隨時保持最新狀態(tài)。

注意，上述僅為本發(fā)明的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會理解，本發(fā)明不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本發(fā)明的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本發(fā)明進行了較為詳細的說明，但是本發(fā)明不僅僅限于以上實施例，在不脫離本發(fā)明構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本發(fā)明的范圍由所附的權利要求范圍決定。