技术领域
[0001] 本
发明涉及卫星通信业务技术领域，特别涉及一种卫星地球站载波动态监测系统。
背景技术
[0002] 随着卫星通信业务需求的不断增加，地球站卫星通信系统运行的设备越来越多。系统工作的载
波数量也越来越多，系统中设备之间的连接越来越复杂。如何有效地监测卫星通信系统工作状态，确定和记录各个业务载波的运行情况，对系统出现的异常现象进行及时、准确的
定位、处理，成为急需要解决的问题。
[0003] 当前卫星地球站载波的监测工作主要通过值班人员定时记录系统状态来完成。值班人员通过观察系统各设备的状态参数确定设备的工作情况（如
调制解调器等设备）。通过
频谱仪测量系统中各载波的频谱参数，确定各载波工作状态。现有的方法无法实现对频谱状态的实时记录，定位故障需要一定时间，不具备同时监测多个端口
信号的能
力，对于载波上的故障状态判断也较为困难。
发明内容
[0004] 本发明的目的旨在至少解决所述技术
缺陷之一。
[0005] 为此，本发明的目的在于提出一种卫星地球站载波动态监测系统，该系统可以尽早发现载波的异常变化，判断系统可能存在的隐患，尽早进行处理，提高系统的安全可靠性。
[0006] 为了实现上述目的，本发明的
实施例提供一种卫星地球站波载波动态监测系统，包括：载波动态监测子系统和频谱信息处理子系统，所述载波动态监测子系统与地球站卫星通信系统相连，用于对预设在所述地球站卫星通信系统上的多路中频监测点和射频监测点的信号进行实时监测和分析以得到对应的信号频谱数据，其中，所述载波动态监测子系统包括：多个前端变频模
块、多路输入切换矩阵、L频段变频模块和数字处理模块，其中，每个所述前端变频模块用于将地球站卫星通信系统输出的中频信号和
射频信号进行
频率变换至L频段；所述多路输入切换矩阵与所述多个前端变频模块对应连接，用于对来自所述多个前端变频模块的频率变换后的多路信号进行选择切换，并在数字处理模块的时序控制下依次选通每个监测点；所述L频段变频模块与所述多路输入切换矩阵相连，用于将所述多路输入切换矩阵选通输出的L频段信号频率变换到数字中频段，并进行信号幅度调整；所述数字处理模块分别与所述多路输入切换矩阵和所述L频段变频模块相连，用于对来自所述L频段变频模块的数字中频信号进行高速A/D
采样，并将采样后的数据进行分析处理以生成对应的信号频谱数据；所述频谱信息处理子系统与所述载波动态监测子系统相连，用于接收所述数字处理模块发送的信号频谱数据，并对所述信号频谱数据进行管理和存储，以及对所述信号频谱数据进行分析，并在发现故障时发出告警信号。
[0007] 在本发明的一个实施例中，所述多路中频监测点和射频监测点预设在所述地球站卫星通信系统的至少以下
位置处：中频单元接收支路、中频单元发总口输出端、中频单元收总口输入端、下变频中频耦合输出端、上变频中频耦合输入端、下变频射频耦合输入端、低噪耦合输出端、上变频射频耦合输出端、功放耦合输出端和天线
辐射信号端。
[0008] 在本发明的又一个实施例中，每个所述前端变频模块包括：第一阻抗匹配器，所述第一阻抗匹配器接收来自所述地球站卫星通信系统的射频
输入信号，并对所述射频输入信号进行阻抗匹配；
混频器，所述混频器与所述第一阻抗匹配器和频率源相连，用于对所述第一阻抗匹配器进行阻抗匹配后的信号与频率源提供的信号进行混频处理；带通
滤波器，所述
带通滤波器与所述混频器相连，用于对混频后的信号进行带通滤波处理；
放大器，所述放大器与所述带通滤波器相连，用于对带通滤波后的信号进行信号放大处理；第二阻抗匹配器，所述第二阻抗匹配器与所述放大器相连，用于对放大后的信号进行阻抗匹配以输出L频段信号。
[0009] 在本发明的再一个实施例中，所述L频段信号的带宽为500MHz。
[0010] 在本发明的一个实施例中，所述多路输入切换矩阵包括：多个可变
衰减器和多个放大器，其中，每个可变衰减器与每个放大器对应相连，每个所述可变衰减器与所述数字处理模块相连，每个所述可变衰减器用于接收所述前端变频模块输出的L频段信号，对所述L频段信号进行可变衰减处理，并将可变衰减处理后的信号发送至对应的放大器，所述放大器对所述可变衰减处理后的信号进行放大以得到功率调整后的信号；第一组多路
电子开关，所述第一组多路电子开关与所述多个放大器中的一部分放大器和所述数字处理模块相连；第二组多路电子开关，所述第二组多路电子开关与所述多个放大器中的另一部分放大器和所述数字处理模块相连；双路电子开关，所述双路电子开关与所述第一组多路电子开关、所述第二组多路电子开关和所述数字处理模块相连。
[0011] 在本发明的又一个实施例中，所述L频段变频模块对所述L频段信号进行两次变频、信号均衡、放大处理以及可变衰减处理以将所述L频段信号频率变换到数字中频段，并进行信号幅度调整输出至所述数字处理模块。
[0012] 在本发明的再一个实施例中，所述数字处理模块包括：模拟-数字变换器，所述模拟-数字变换器接收所述L频段变频模块输出的数字中频信号，并对所述数字中频信号进行模拟-数字变换；FPGA芯片，所述FPGA芯片与所述模拟-数字变换器相连，用于对模拟-数字变换后的信号进行数字下变频处理和数字滤波处理，并生成多路输入切换矩阵
控制信号输出至所述多路输入切换矩阵，以及生成L频段变频模块控制信号输出至所述L频段变频模块；DSP芯片，所述DSP芯片与所述FPGA芯片相连，用于对数字下变频处理和数字滤波处理后的信号进行快速
傅立叶变换FFT变换，并进行信号的载频、带宽和功率
算法的计算以生成对应的信号频谱数据和载波信号的多个参数数据；网口芯片，所述网口芯片与所述DSP芯片和所述频谱信息处理子系统相连，用于将所述信号频谱数据和载波信号的多个参数数据传输至所述频谱信息处理子系统。
[0013] 在本发明的一个实施例中，所述频谱信息处理子系统对信号频谱数据进行分析以得到系统工作载波的参数，并将所述系统工作载波的工作参数与预设工作载波的参数进行比较，如果所述系统工作载波的工作参数超过所述预设工作载波的参数则生成告警状态并发出告警信号。
[0014] 在本发明的又一个实施例中，所述频谱信息处理子系统还用于根据对所述信号频谱数据的分析结果和所述告警状态对系统故障位置进行定位。
[0015] 在本发明的再一个实施例中，所述频谱信息处理子系统还用于对载波频谱和故障状态进行存储和回放。
[0016] 根据本发明实施例的卫星地球站载波动态监测系统，对地球站卫星通信系统的多路中频、射频信号进行采集，通过多路输入切换矩阵实现对多路信号的连续、在线动态监测，并对结果进行分析、异常载波频谱在线告警和载波频谱存储和回放，从而尽早发现载波的异常变化，判断系统可能存在的隐患，尽早进行处理，提高系统的安全可靠性。
[0017] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0018] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0019] 图1为根据本发明实施例的卫星地球站载波动态监测系统的结构图；
[0020] 图2为根据本发明实施例的前端变频模块的结构图；
[0021] 图3为根据本发明实施例的多路输入切换矩阵的结构图；
[0022] 图4为根据本发明实施例的L频段变频模块的结构图；
[0023] 图5为根据本发明实施例的数字处理模块的结构图。
具体实施方式
[0024] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0025] 如图1所示，本发明实施例的卫星地球站载波动态监测系统10包括载波动态监测子系统1和频谱信息处理子系统2。
[0026] 首先对地球转卫星通信系统20的结构进行描述。地球卫星通信系统20包括卫星天线21、低噪处理器22、
功率放大器23、下
变频器24、上变频器25、中频分配合成单元26、多个调制解调器27和多个终端设备28，其中，调制解调器和终端设备一一对应进行通信。其中，卫星天线21向外发射天线辐射信号，低噪处理器22对卫星天线21的天线辐射信号进行低噪声处理，输出低噪声耦合信号，将处理后的信号发送至下变频器24进行下变频处理并输出下变频射频耦合信号、下变频中频耦合信号和中频单元收总口耦合信号。下变频器24将下变频处理后的信号发送至中频分配合成单元26。中频分配合成单元26分别与每个调制解调器27进行通信，每个调制解调器27进一步与对应的终端设备28进行通信。中频分配合成单元26将处理后信号发送至上变频器25，并对外输出中频单元发总口耦合信号。上变频器25输出上变频中频耦合信号和上变频射频耦合信号。上变频器25将上变频后的信号发送至功率放大器23，功率放大器23对信号进行功率放大处理，输出功放耦合信号，并且将功率放大后的信号发送至卫星天线21。
[0027] 具体来说，载波动态监测子系统1与地球站卫星通信系统20相连，用于对预设在地球站卫星通信系统20上的多路中频监测点和射频监测点的信号进行实时监测和分析以得到对应的信号频谱数据。其中，载波动态监测子系统1可以执行以下功能：频率变换、功率调整、切换开关控制、A/D变换、数字下变频、数字滤波、载波分析、带宽分析、载波功率分析等功能，通过网口将信号频谱数据传送给频谱信息处理系统2。
[0028] 在本发明的一个实施例中，多路中频监测点和射频监测点预设在地球站卫星通信系统20的至少以下位置处：中频单元接收支路、中频单元发总口输出端、中频单元收总口输入端、下变频中频耦合输出端、上变频中频耦合输入端、下变频射频耦合输入端、低噪耦合输出端、上变频射频耦合输出端、功放耦合输出端和天线辐射信号端等10个位置。
[0029] 需要说明的是，设计人员可依据具体的地球站卫星通信系统20对多路中频监测点和射频监测点进行设置。
[0030] 具体地，载波动态监测子系统1包括多个前端变频模块11、多路输入切换矩阵12、L频段变频模块13和数字处理模块14。
[0031] 具体来说，每个前端变频模块11用于将地球站卫星通信系统20输出的中频信号和射频信号进行频率变换至L频段。前端变频模块11的工作原理是通过一次变频将射频信号变换为L频段
输出信号。射频信号经过阻抗匹配、混频、滤波、放大器后输出。
[0032] 如图2所示，每个前端变频模块11包括第一阻抗匹配器111、混频器112、带通滤波器113、放大器114和第二阻抗匹配器115。其中，第一阻抗匹配器111接收来自地球站卫星通信系统20的射频输入信号，并对射频输入信号进行阻抗匹配。混频器112与第一阻抗匹配器111和频率源116相连，用于对第一阻抗匹配器111进行阻抗匹配后的信号与频率源116提供的信号进行混频处理。带通滤波器113与混频器112相连，用于对混频后的信号进行带通滤波处理。放大器114与带通滤波器113相连，用于对带通滤波后的信号进行信号放大处理。第二阻抗匹配器115与放大器114相连，用于对放大后的信号进行阻抗匹配以输出L频段信号。
[0033] 在本发明的一个示例中，L频段信号的带宽为500MHz。
[0034] 多路输入切换矩阵12与多个前端变频模块11对应连接，用于对来自多个前端变频模块11的频率变换后的多路信号进行选择切换，并在数字处理模块14的时序控制下依次选通每个监测点。
[0035] 如图3所示，多路输入切换矩阵12包括多个可变衰减器121和多个放大器122、第一组多路电子开关123、第二组多路电子开关124和双路电子开关125。其中，每个可变衰减器121与每个放大器122对应相连。每个可变衰减器121用于接收前端变频模块11输出的L频段信号，对L频段信号进行可变衰减处理，并将可变衰减处理后的信号发送至对应的放大器122。放大器122对可变衰减处理后的信号进行放大以得到功率调整后的信号。第一组多路电子开关123与多个放大器122中的一部分放大器和数字处理模块14相连。第二组多路电子开关124与多个放大器122中的另一部分放大器和数字处理模块14相连。双路电子开关125与第一组多路电子开关123、第二组多路电子开关124和数字处理模块14相连。
[0036] 多路输入切换矩阵12每一路在L频段输入信号经过可变衰减器、放大器对信号进行功率调整后，输出给多路电子开关和双路电子开关，经来自于数字处理模块14的信号控制后选择输出。多路输入切换矩阵12可实现单路选择、循环切换和选择切换等多种切换方式，完成10路信号的选择切换功能，在数字处理模块14输出的控制信号的时序控制下依次选通各个监测点，由此实现多路信号快速监测。现有的通过频谱仪监测卫星地球站载波频谱的方案只能同时观测一路信号，无法实现多路信号的同时监测，而本发明的卫星地球站载波动态监测系统10通过增加多路输入切换矩阵在多路输入信号之间快速切换，从而达到快速监测多路信号的功能。
[0037] L频段变频模块13与多路输入切换矩阵12相连，用于将多路输入切换矩阵12选通输出的L频段信号频率变换到数字中频段，并进行信号幅度调整。图4示出了L频段变频模块13的结构图。在本发明的一个实施例中，L频段变频模块13对L频段信号进行两次变频、信号均衡、放大处理以及可变衰减处理以将L频段信号频率变换到数字中频段，并进行信号幅度调整输出至数字处理模块14。
[0038] 数字处理模块14分别与多路输入切换矩阵12和L频段变频模块13相连，用于对来自L频段变频模块13的数字中频信号进行高速A/D采样，并将采样后的数据进行分析处理以生成对应的信号频谱数据。
[0039] 如图5所示，数字处理模块14基于CPCI架构，包括模拟-数字变换器141、FPGA芯片142、DSP芯片143和网口芯片144。其中，模拟-数字变换器141接收L频段变频模块13输出的数字中频信号，并对数字中频信号进行模拟-数字变换。FPGA芯片142与模拟-数字变换器141相连，用于对模拟-数字变换后的信号进行数字下变频处理和数字滤波处理，并生成多路输入切换矩阵控制信号输出至多路输入切换矩阵12，以及生成L频段变频模块13输出至L频段变频模块13。DSP芯片143与FPGA芯片142相连，用于对数字下变频处理和数字滤波处理后的信号进行
快速傅立叶变换FFT变换，并进行信号的载频、带宽和功率算法的计算以生成对应的信号频谱数据和载波信号的多个参数数据。网口芯片144与DSP芯片143和频谱信息处理子系统2相连，用于将信号频谱数据和载波信号的多个参数数据传输至频谱信息处理子系统2。
[0040] 在本发明的一个实施例中，网口芯片144可以为千兆以太网口。
[0041] 综上，数字处理模块14主要实现A/D变换，数字滤波，信号载频、带宽和功率分析等功能。数字中频信号经过模拟-数字变换器（A/D变换器）141的AD采样后，通过FPGA芯片142进行数字下变频、数字滤波处理，再通过DSP芯片143进行FFT和信号的载频、带宽和功率算法计算，产生
数字信号的频谱数据和载波信号的各项参数数据。
[0042] 数字处理模块14对数字中频信号进行分析，产生载波的频谱数据和信号参数信息。数字处理模块的模拟-数字变换器（A/D变换器）141在数字中频上对信号进行高速A/D采样。采样后的数据在基于FPGA＋DSP数字处理架构下进行多通道DDC、CIC滤波、FFT，产生信号的频谱数据。DSP芯片143对频谱数据分析后产生载波信号的中心频率、带宽、功率等参数信息，通过网口将信息传送给频谱信息处理子系统2。
[0043] 本发明的卫星地球站载波动态监测系统10还包括时钟模块、控
制模块和电源模块。其中，时钟模块可以为系统的各个变频模块和数字处理模块14提供10MHz稳定
时钟信号。
控制模块由设备的显示、
键盘和控制板组成，主要完成动态监测终端的辅助性操作，如设备的工作状态指示，电源状态，各模块的工作状态等。电源模块可以为其他各个模块提供直流
电压。
[0044] 频谱信息处理子系统2与载波动态监测子系统1相连，用于接收数字处理模块14发送的信号频谱数据，并对信号频谱数据进行管理和存储，以及对信号频谱数据进行分析，并在发现故障时发出告警信号。
[0045] 具体地，频谱信息处理子系统2对信号频谱数据进行分析以得到系统工作载波的参数，并将系统工作载波的工作参数与预设工作载波的参数进行比较，如果系统工作载波的工作参数超过预设工作载波的参数则生成告警状态并发出告警信号。
[0046] 频谱信息处理子系统2可以实现载波频谱的在线告警：卫星地球站载波动态监测系统10通过观测多路输入信号，分析信号中系统工作载波的工作参数如中心频率、功率、带宽等，进而与设定的工作载波的参数进行比较，超出设置范围后进行告警。
[0047] 在本发明的一个实施例中，频谱信息处理子系统2还用于根据信号频谱数据的分析结果和告警状态对系统故障位置进行定位。
[0048] 频谱信息处理子系统2可以实现卫星地球站载波故障的快速定位：卫星地球站载波动态监测系统10通过对地球站卫星通信系统20的多个工作位置的载波频谱信号分析，结合产生的告警状态，可以快速判断出系统故障的位置，实现地球站卫星通信系统故障的快速定位。
[0049] 此外，频谱信息处理子系统2还用于对载波频谱和故障状态进行存储和回放。
[0050] 频谱信息处理子系统2可以实现载波频谱存储、回放功能：卫星地球站载波动态监测系统10通过载波动态监测
软件，可对观测载波的频谱进行存储，用户在需要时可回放存储的载波频谱以及故障状态。
[0051] 频谱信息处理子系统2可以由计算机
硬件平台和载波动态监测软件构成，用于对载波的频谱数据进行管理、存储、分析、告警。频谱信息处理子系统2的主要功能包括：用户管理、数据存储、频谱显示、故障告警、频谱回放等功能。
[0052] 具体地，频谱信息处理子系统2主要完成如下功能：
[0053] （1）频谱信息的存储、管理功能：存储监测频谱的数据，并可按要求进行回放。
[0054] （2）工作日志管理功能：保存登录用户的实时操作记录，按照用户和时间分类查询工作日志，删除工作日志。
[0055] （3）告警事件管理功能：监测频谱参数发生故障时以声音、文字等方式提示，保存告警事件；通过多个同步的告警预测系统中存在问题的设备，并给予提示。按照监测位置、时间等分类查询事件信息，查询结果可按
选定参数重新排列，删除告警事件记录。
[0056] （4）事件统计功能：根据事件记录统计正常工作时间、告警数量、故障时间等参数。
[0057] （5）事件记录输出功能：能够将事件记录生成WORD格式文档和直接打印。
[0058] （6）安全管理功能：包括用户登录、注销功能，操作员添加删除、
修改密码、权限设置等功能。
[0059] （7）文件录入功能：可通过一定格式的文件进行系统参数交互。
[0060] （8）全景频谱监测功能：可显示监测点整个转发器内全部频谱。
[0061] （9）通道频谱监测功能：可显示监测通道内载波频谱，并提供所测量的载波信息，如载波的频率、功率、带宽和
信噪比等。
[0062] （10）告警事件显示功能：提示系统当前监测频谱参数发生故障情况。
[0063] 根据本发明实施例的卫星地球站载波动态监测系统，对地球站卫星通信系统的多路中频、射频信号进行采集，通过多路输入切换矩阵实现对多路信号的连续、在线动态监测，并对结果进行分析、异常载波频谱在线告警和载波频谱存储和回放，从而有效监测卫星通信系统工作状态，确定和记录各个业务载波的运行情况，对系统出现的异常现象进行及时、准确的定位和处理，尽早发现载波的异常变化，判断系统可能存在的隐患，尽早进行处理，提高系统的安全可靠性。
[0064] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0065] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附
权利要求极其等同限定。
