北斗通信卫星多波束多用户监收装置和方法

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北斗通信卫星多波束多用户监收装置和方法
申请号	CN201510237319.0	申请日	2015-05-12	公开(公告)号	CN104917560B	公开(公告)日	2018-06-05
申请人	北京九天利建信息技术股份有限公司;			发明人	汪兵; 马永忠; 武瑞强; 刘延平;
摘要	本发明公开了一种北斗通信卫星多波束多用户监收装置，包括基带模块和控制模块，所述基带模块和控制模块通过EMC总线进行数据传输。基带模块包括与5颗北斗通信卫星对应的10个I支路通道和10个Q支路通道，同时包含20个独立的FIFO，用于缓存20个通道的一帧完整电文；控制模块采用预先存储需要监听的用户的北斗SIM卡的初项、多项式参数，结合Q支路通道参数的快速设置，最终实现北斗10波束多用户的电文接收功能。本发明还提供了一种北斗通信卫星多波束多用户监收方法。本发明可应用于北斗指挥型用户机或普通型用户机，为行业系统监控实施方案提供了便捷的方式，降低了系统实施成本。
权利要求	1.北斗通信卫星多波束多用户监收装置，其特征在于，包括基带模块和控制模块，所述基带模块和控制模块通过EMC总线进行数据传输，其中，所述基带模块包括N×M个并行独立的I支路通道、N×M个并行独立独立的Q支路通道和 2×N×M个FIFO，所述N×M个I支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束的I支路信号；所述N×M个Q支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束Q支路信号；所述2×N×M个FIFO与N×M个I支路通道和N×M个Q支路通道对应设置，分别用于接收和缓存对应的I支路通道或Q支路通道发送的电文信息；其中N为对应的北斗通信卫星的数目，M为每个对应的北斗通信卫星发射的波束信号的数目；所述需要监收的北斗短报文用户的ID信息包括该用户的北斗SIM卡对应的初相和多项式参数；所述M为5，N为2；所述N×M个Q支路通道中每个通道包括一个捕获寄存器；所述FIFO的长度不小于所述基带模块接收的1帧信息的最大长度；所述控制模块中中断处理单元具有最高的处理优先级；所述基带模块采用QPSK的调试方式，Q支路通道晚于I支路通道四分之一个相位周期；所述控制模块包括内存队列和中断处理单元，所述中断处理单元用于根据所述FIFO中的信息和预存在所述内存队列的需要监收的北斗短报文用户的ID信息来读取并存储所述需要监收的北斗短报文用户的电文信息。 2.北斗通信卫星多波束多用户监收方法，其特征在于，包括以下步骤： S1、基带模块的I支路通道和Q支路通道分别接收并解析北斗通信卫星发送的信息，并将解析的信息分别存入相应的FIFO中；步骤S1包括以下步骤： S101、基带模块的I支路通道和Q支路通道分别接收北斗通信卫星发送的信息，进行帧同步； S102、基带模块读取完整的1帧信息； S103、基带模块将读取的1帧信息交由维特比译码器译码得到帧内容； S104、基带模块将所述帧内容存入对应的FIFO中； S2、基带模块向控制模块发送读取FIFO中断请求； S3、控制模块接收到基带模块发送的FIFO请求，控制中断处理单元遍历基带模块中的FIFO，将FIFO中的有效电文信息存入内存队列；步骤S3中的中断处理单元遍历基带模块中的FIFO，将FIFO中的有效电文信息存入内存队列包括：中断处理单元依次读取基带模块中的FIFO，判断每个FIFO中是否有可用的电文信息，若有，则将该FIFO中的数据通过EMC总线复制到控制模块的内存队列中； S4、中断处理单元遍历内存队列，读取I支路通道对应的电文信息，并解析出所述电文信息的ID1字段，在内存队列中预存的需要监收的北斗短报文用户的ID信息中查找所述ID1字段，若找到，则将所述用户的ID信息对应的初相和多项式参数写入到所述I支路通道对应的Q支路通道的捕获寄存器中。 3.根据权利要求2所述的北斗通信卫星多波束多用户监收方法，其特征在于，步骤S4之后还包括以下步骤：S5、控制模块遍历内存队列，读取并存储对应的需要监收的北斗短报文用户的电文信息。 4.根据权利要求2所述的北斗通信卫星多波束多用户监收方法，其特征在于，步骤S4中的在内存队列中预存的需要监收的北斗短报文用户的ID信息中查找所述ID1字段采用二分查找法。 5.根据权利要求4所述的北斗通信卫星多波束多用户监收方法，其特征在于，步骤S1前还包括：将需要监收的北斗短报文用户的ID信息预存到内存队列。
说明书全文	北斗通信卫星多波束多用户监收装置和方法技术领域 [0001] 本发明涉及北斗二号RDSS通信装置和方法，尤其北斗通信卫星多波束多用户监收装置和方法。背景技术 [0002] 北斗二号卫星导航系统(BD2、Beidou-2)是中国独立开发的全球卫星导航系统。截止2012年底目前已有14颗卫星服务于亚太地区，包括5颗GEO卫星、5颗IGSO卫星和4颗MEO卫星。其中北斗二号5颗GEO卫星提供短报文通信功能，其他卫星提供导航定位功能。5颗GEO卫星，其中每颗卫星包含2个独立波束信号，即共10个独立波束信号提供短报文通信服务。每个波束信号包含I、Q两路调制信息。 [0003] 北斗“短报文”是北斗卫星导航系统特有功能，该功能是指卫星定位终端和北斗卫星或北斗地面服务站之间能够直接通过卫星信号进行双向的信息传递，不依赖于通信网络。尤其是灾害地区移动通讯中断、电力中断等或移动通讯不能覆盖的情况下，北斗终端就可以利用短报文进行通讯，实现定位信息和远程信息交互等。该技术将应用于应急救灾、野外作业、远洋作业等系统。 [0004] 短报文通讯是北斗的一大特色，即可为用户机与用户机、用户机与地面中心站之间提供每次最多120个汉字或1680比特的短报文通讯服务。每个用户机都有唯一的一个ID号，并采用1户1密的加密方式，通讯均需经过地面中心站转发。其流程是： [0005] (1)短报文发送方首先将包含接收方ID号和通讯内容的通讯申请信号加密后通过卫星转发入站； [0006] (2)地面中心站接收到通讯申请信号后，经脱密和再加密后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给用户； [0007] (3)接收方用户机接收出站信号，解调解密出站电文，完成一次通讯。 [0008] 与定位功能相似，短报文通讯的传输时延约0.5秒，通讯的最高频度也是1秒1次。 [0009] 北斗用户机一般都是一机一号的原则，即在每个用户机上都将装入一张北斗SIM卡，此SIM卡用于表示用户的唯一身份，且存储用户的初项、多项式参数。北斗用户机正常情况下只接收自己的卫星短报文信息。在某些特殊的应用场景，北斗用户机需要接收多个用户的短报文信息，从而能够实现对多个用户终端的监控。发明内容 [0010] 本发明旨在提出一种方法解决北斗通信卫星信号多波束多用户接收的问题。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种北斗通信卫星多波束多用户监收装置，包括基带模块和控制模块，所述基带模块和控制模块通过EMC总线进行数据传输，其中，[0011] 所述基带模块包括N×M个并行独立的I支路通道、N×M个并行独立独立的Q支路通道和2×N×M个FIFO，所述N×M个I支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束的I支路信号；所述N×M个Q支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束Q支路信号；所述2×N×M个FIFO与N×M个I支路通道和N×M个Q支路通道对应设置，分别用于接收和缓存对应的I支路通道或Q支路通道发送的电文信息；其中N为对应的北斗通信卫星的数目，M为每个对应的北斗通信卫星发射的波束信号的数目； [0012] 所述控制模块包括内存队列和中断处理单元，所述中断处理单元用于根据所述FIFO中的信息和预存在所述内存队列的需要监收的北斗短报文用户的ID信息来读取并存储所述需要监收的北斗短报文用户的电文信息。 [0013] 所述需要监收的北斗短报文用户的ID信息包括该用户的北斗SIM卡对应的初相和多项式参数；所述M为5，N为2。 [0014] 优选地，所述N×M个Q支路通道中每个通道包括一个捕获寄存器；所述FIFO的长度不小于所述基带模块接收的1帧信息的最大长度；所述控制模块中中断处理单元具有最高的处理优先级。 [0015] 优选地，所述基带模块采用QPSK的调试方式，Q支路通道晚于I支路通道四分之一个相位周期。 [0016] 相应地，本发明还提供了一种北斗通信卫星多波束多用户监收方法，包括以下步骤： [0017] S1、基带模块的I支路通道和Q支路通道分别接收并解析北斗通信卫星发送的信息，并将解析的信息分别存入相应的FIFO中； [0018] S2、基带模块向控制模块发送读取FIFO中断请求； [0019] S3、控制模块接收到基带模块发送的FIFO请求，控制中断处理单元遍历基带模块中的FIFO，将FIFO中的有效电文信息存入内存队列； [0020] S4、中断处理单元遍历内存队列，读取I支路通道对应的电文信息，并解析出所述电文信息的ID1字段，在内存队列中预存的需要监收的北斗短报文用户的ID信息中查找所述ID1字段，若找到，则将所述用户的ID信息对应的初相和多项式参数写入到所述I支路通道对应的Q支路通道的捕获寄存器中。 [0021] 具体地，步骤S1包括以下步骤： [0022] S101、基带模块的I支路通道和Q支路通道分别接收北斗通信卫星发送的信息，进行帧同步； [0023] S102、基带模块读取完整的1帧信息； [0024] S103、基带模块将读取的1帧信息交由维特比译码器译码得到帧内容； [0025] S104、基带模块将所述帧内容存入对应的FIFO中。 [0026] 具体地，步骤S3中的中断处理单元遍历基带模块中的FIFO，将FIFO中的有效电文信息存入内存队列包括：中断处理单元依次读取基带模块中的FIFO，判断每个FIFO中是否有可用的电文信息，若有，则将该FIFO中的数据通过EMC总线复制到控制模块的内存队列中。 [0027] 优选地，步骤S4之后还包括以下步骤： [0028] S5、控制模块遍历内存队列，读取并存储对应的需要监收的北斗短报文用户的电文信息。 [0029] 优选地，步骤S4中的在内存队列中预存的需要监收的北斗短报文用户的ID信息中查找所述ID1字段采用二分查找法。 [0030] 优选地，步骤S1前还包括：将需要监收的北斗短报文用户的ID信息预存到内存队列。 [0031] 应用本发明，具有如下有益效果： [0032] 本发明包括基带模块和控制模块两大处理部分，基带模块包括10个I支路通道和10个Q支路通道，同时包含20个独立的FIFO，用于缓存20个通道的一帧完整电文。控制模块部分采用预先存储用户北斗SIM卡的初项、多项式参数，结合Q支路通道参数的快速设置，最终实现了对北斗5颗通信卫星10波束的多用户电文的接收功能。本发明可应用于北斗指挥型用户机或普通型用户机，为行业系统监控实施方案提供了便捷的方式，降低了系统实施成本；且有利于加大北斗指挥型用户机下属用户监控的容量，以及降低北斗通信监控行业应用成本。附图说明 [0033] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。 [0034] 图1是本发明实施例提供的北斗通信卫星多波束多用户监收装置的系统框图； [0035] 图2是本发明实施例提供的北斗通信卫星多波束多用户监收装置的基带模块控制流程图； [0036] 图3是本发明实施例提供的北斗通信卫星多波束多用户监收装置的控制模块读取FIFO的流程图； [0037] 图4是本发明实施例提供的北斗通信卫星多波束多用户监收装置的控制模块设置Q支路通道寄存器的流程图。具体实施方式 [0038] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0039] 实施例： [0040] 请参见图1-图4，本发明实施例提供了一种北斗通信卫星多波束多用户监收装置，包括基带模块和控制模块，所述基带模块和控制模块通过EMC总线进行数据传输，其中，[0041] 所述基带模块包括N×M个并行独立的I支路通道、N×M个并行独立独立的Q支路通道和2×N×M个FIFO，所述N×M个I支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束的I支路信号；所述N×M个Q支路通道分别用于捕获、跟踪、解调对应的北斗通信卫星发射的N×M个波束Q支路信号；所述2×N×M个FIFO与N×M个I支路通道和N×M个Q支路通道对应设置，分别用于接收和缓存对应的I支路通道或Q支路通道发送的电文信息；其中N为对应的北斗通信卫星的数目，M为每个对应的北斗通信卫星发射的波束信号的数目； [0042] 所述控制模块包括内存队列和中断处理单元，所述中断处理单元用于根据所述FIFO中的信息和预存在所述内存队列的需要监收的北斗短报文用户的ID信息来读取并存储所述需要监收的北斗短报文用户的电文信息。 [0043] 现有的北斗通信卫星有5颗卫星，每颗卫星包含2个独立的波束信号，所以M为5，N为2。基带模块设计包括10个独立I支路通道和10个Q支路通道，分别对应10个波束。北斗短报文接收信号采用QPSK的调试方式，即Q支路晚于I支路四分之一个相位周期。 [0044] 基带模块采用硬件逻辑语言实现，为实时硬件信号电路。控制模块部分采用C语言编码实现，为软件控制部分。 [0045] 基带模块共包含20个通道，此20个通道为并行独立处理，下面以1个通道为例，阐述本发明中的基带部分的主要实现方法。如图2所示，待帧同步后，读取完整的1帧信息后，交由维特比译码器，输出最终的帧内容，此帧内容为250比特，并将此帧内容存入到基带部分的FIFO中，然后基带部分触发一个FIFO读取中断，以提示控制模块部分进行此通道数据的FIFO读取。 [0046] 本发明需要对多个用户的电文信息进行收取。由于北斗短报文用户，每个用户都有1张独立的北斗SIM卡，此SIM卡用于表示用户的唯一身份，且存储用户的初项、多项式参数。 [0047] 这里先预先读取需要监收用户的初项、多项式参数，预先存储到监控用户内存队列中，建立监控用户列表，以供后面用户信息提取时使用。 [0048] 控制模块部分采用C语言设计编写，根据基带模块提供的FIFO中断信号，遍历20个FIFO，如果FIFO有效，则读取整个FIFO到内存队列中，直至20个FIFO遍历完毕，以实现中断的快速响应，保证中断的实时性以及硬件FIFO的实效性，最终保证FIFO数据不会丢失。 [0049] 如图3所示，控制模块收到基带模块的FIFO中断读取信号，中断处理单元进入中断处理函数，先读取第1个FIFO，判断此FIFO是否有可用FIFO电文信息，如有，则将此基带模块的FIFO数据通过EMC总线拷贝到控制模块的内存队列中，依次读取第2个FIFO，第3个FIFO，直至读至第20个FIFO完毕。 [0050] 接着，遍历内存队列，先优先处理I支路FIFO信息，读取I支路的FIFO中ID1字段，判断ID1字段是否在要监控的用户队列中，如果在，则读取此用户ID对应的初相、多项式参数，写入到基带Q支路捕获寄存器中，以便基带在下一帧捕获跟踪上此Q路的信号，并输出给控制模块，读取Q支路上的电文信息。如果不存在，则不做如前述处理。优先处理I支路的FIFO信息，是为了保证Q支路下一帧捕获跟踪的实时性，此间时间只有31.25ms。 [0051] 如图4所示，在中断处理函数中，读取内存队列中第一个数据，判断内存队列中的第1个数据，是否是I支路，如是，则读取电文中的ID1字段，判断ID1字段是否是之前预先写入到监控用户列表中的用户，这里查找方法应采用二分查找法，以达到控制模块快速查询的目的，保证实效性。 [0052] 如果是监控用户列表中的用户，则将此用户的初项、多项式参数写入到基带对应Q支路通道的捕获寄存器中，以便此波束的Q支路能在下一帧时跟踪上卫星信号，并为下一帧Q支路的电文提取提供信息。 [0053] 循环依次读取并处理第2、第3个数据，直到读取完毕，此时中断处理完毕。在中断处理函数中，处理两大功能，一是读取基带模块的FIFO数据到控制模块的内存中，二是根据I支路的搭载数据信息设置Q支路参数，此两大功能需在中断处理函数中完成，以最高的处理优先级，保证系统的实时性。 [0054] 优先处理完I支路FIFO信息后，遍历内存队列，将对应用户的电文信息读取并存储。在中断处理函数完成后，到控制模块的主函数中，循环处理内存队列中数据，按协议进行解析并打包，然后通过串口将收到的用户电文信息发送给用户。 [0055] 本发明包括基带模块和控制模块两大部分，通过预先读取并储存用户的初项、多项式参数的方法，结合20个通道并行独立处理的方式，实现了对多个用户多个波束信号的全部监收功能。此方法可应用北斗指挥型用户机或普通型用户机，为行业系统监控实施方案提供了便捷的方式，降低了系统实施成本。 [0056] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。