专利名称：一种兼容标准统一s波段测控体制的扩频中继测控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种兼容标准统一 S波段测控体制的扩频中继测控系统，适用于采用标准统一 S波段测控体制的卫星实现扩频中继测控的功能。
背景技术：
中继测控是一种利用地球同步卫星上的中继转发器，实现地面终端与用户星之间遥控、遥测功能的通信系统。利用此项技术可以提高对中低轨卫星的测控覆盖率、增加卫星在轨测控时间。目前中继测控主要作为星地测控的补充，通过控制中继测控终端的遥控信号输出，实现中继测控功能。
扩频测控体制是近年来迅速发展起来的卫星测控体制。该技术采用伪码扩频处理，具有抗干扰、抗截获等诸多优点。美国第三代TDRS系统及国内天链中继卫星系统均采用扩频体制，地面终端、中继测控终端也均为扩频设计。标准统一 S波段测控体制的系统使用PM调制方法进行信息的传输，卫星采用USB应答机收发遥控遥测信号。这种测控体制具有成熟度高、符合国际标准等特点，是目前主流的卫星通信体制，具有很强的生命力。目前，中继测控仅在采用扩频测控体制的卫星中使用。这是由于该体制的卫星采用伪码扩频应答机，其遥控、遥测处理方式及平台设备间的信号接口与已有的中继测控终端一致扩频调制的遥控信号在伪码扩频应答机(或中继测控终端)内完成解调同步后生成PCM码，送入星上遥控单元进行后续遥控信息处理；遥测信号以PCM码形式从星上遥控单元输入至伪码扩频应答机(或中继测控终端)，经扩频调制后输出；在伪码扩频应答机锁定状态，通过应答机位同步高电平禁止中继测控终端的遥控信息输出；在应答机失锁状态，通过应答机位同步低电平允许中继测控终端的遥控信息输出。USB应答机在遥控、遥测处理方式及平台设备间信号接口方面具有显著区别USB应答机将PSK遥控副载波信号、遥控载波同步信号送入遥控单元进行后续遥控信息处理；星上中心计算机将DPSK遥测副载波信号送入USB应答机进行PM调制后发射。因此，采用标准统一 S波段测控体制的卫星平台设备无法兼容现有中继测控系统。
发明内容
本发明解决的技术问题克服现有技术的不足，提供了一种兼容标准统一 S波段测控体制的扩频中继测控系统，对采用标准统一 S波段测控体制的用户星平台设备改动最小的基础上，实现标准统一 S波段测控体制与扩频测控体制的信号接口兼容，在标准统一 S波段测控体制的卫星上实现扩频中继测控功能。本发明的技术解决方案是一种兼容标准统一 S波段测控体制的扩频中继测控系统，包括射频接收模块、射频发射模块、基带模块、PSK模块、接口控制模块和电源模块，电源模块为其他模块供电；射频接收模块实现遥控信号的接收与下变频，将下变频之后的信号送入基带模块，基带模块对输入的信号进行解调解扩之后，再送入PSK模块中，PSK模块对输入信号进行BPSK调制后送入接口控制模块，接口控制模块对BPSK调制后的信号和外部应答机系统输出的遥控BPSK信号进行选择输出给星上遥控单元；星上中心计算机输出遥测DPSK信号给PSK模块，PSK模块实现对遥测DPSK信号的解调，之后将生成的遥测信号输入给基带模块，基带模块实现对输入的遥测信号的加扩之后，在输入给射频发射模块，射频发射模块实现对遥测扩频信号的BPSK调制与发射；所述射频接收模块包含接收天线、信号放大电路和下变频电路；接收天线接收中继卫星发射的遥控信号，经信号放大电路进行信号的放大、滤波处理后，下变频输出中频信号之后送入基带模块；同时，射频接收模块为射频发射模块和基带模块提供参考时钟信号。所述射频发射模块包含BPSK调制电路、信号放大电路和发射天线；BPSK调制电路对基带模块送入的遥测扩频信号进行射频段BPSK调制，经信号放大电路放大、滤波后，再经发射天线发送出去。
所述基带模块包含遥控基带信号处理单元和遥测基带信号处理单元；遥控基带信号处理单元利用射频接收模块提供的参考时钟对射频接收模块输出的中频信号进行载波与伪码的捕获与跟踪，完成遥控数据的解调与译码，并将译码输出，按照时钟、门控和数据三线信号的时序波形送入PSK模块进行遥控信息的BPSK调制；遥测基带信号处理单元将PSK模块输出的遥测PCM码进行卷积编码与扩频调制，将遥测扩频信号送入射频发射模块进行处理。所述PSK模块包含遥控BPSK调制单元和遥测DPSK解调单元；遥控BPSK调制单元接收来自基带模块的输出信号，对该输出信号进行PSK调制后送入接口控制模块进行选择输出；遥测DPSK解调单元接收星上中心计算机输出的遥测DPSK信号，完成信号解调后，将得到的遥测PCM码与时钟信号送至基带模块的遥测基带信号处理单元进行编码与扩频处理。本发明的有益效果(I)本发明使中继测控功能在标准统一 S波段测控体制的卫星上得以实现，并最大限度继承了成熟的扩频体制中继测控终端设计，增加的模块功能独立，便于组合与单独设计；(2)本发明不对标准统一 S波段测控体制的卫星平台相关单机设备做任何更改，只需适当修改整星电缆网，即可实现标准统一 S波段测控体制下的扩频中继测控功能，大大降低了研制成本与更改风险。
图I为本发明系统架构示意图；图2为本发明射频接收模块与射频输出模块信号处理流图；图3为本发明遥控信号捕获流程图；图4为本发明遥控信号的跟踪处理流图；图5为本发明的同步指示信号流图；图6为本发明的遥测信号流图。
图7为本发明DPSK信号解调流图；图8为本发明接口控制模块示意具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行进一步的详细描述。本发明提供了一种兼容标准统一 S波段测控体制的扩频中继测控系统，用于在采用了标准统一 S波段测控体制的卫星上，实现扩频中继测控的功能。如图I所示为本发明的系统组成，主要由以下模块组成射频接收模块、射频发射模块、基带模块、PSK模块、接口控制模块和电源模块；射频接收模块实现遥控信号的接收与下变频；射频发射模块实现
遥测扩频信号的BPSK调制与发射；基带模块实现遥控信号的解调解扩与遥测信号的加扩；PSK模块实现遥控码流的BPSK调制与遥测DPSK信号的解调；接口控制模块对本系统遥控BPSK信号或应答机系统遥控BPSK信号进行选择输出；电源模块为上述各模块供电。工作过程为射频接收模块实现遥控信号的接收与下变频，将下变频之后的信号送入基带模块，基带模块对输入的信号进行解调解扩之后，再送入PSK模块中，PSK模块对输入信号进行BPSK调制后送入接口控制模块，接口控制模块对BPSK调制后的信号和外部应答机系统输出的遥控BPSK信号进行选择输出给星上遥控单元；星上中心计算机输出遥测DPSK信号给PSK模块，PSK模块实现对遥测DPSK信号的解调，之后将生成的遥测信号输入给基带模块，基带模块实现对输入的遥测信号的加扩之后，在输入给射频发射模块，射频发射模块实现对遥测扩频信号的BPSK调制与发射；本发明中，射频接收模块包含接收天线、信号放大电路和下变频电路。射频接收模块与射频发射模块的信号处理流图见图2所示。接收天线接收中继卫星转发的遥控扩频信号，通过射频电缆输入至后端低噪放进行小信号的低噪声放大。接收模块恒温晶振通过本地本振电路生成射频信号，与低噪放输出的S波段遥控信号混频，得到66. 5MHz的中频信号，完成信号的下变频处理，送入基带模块进行中频遥控信号的解扩解调。射频发射模块包含BPSK调制电路、信号放大电路与发射天线。经过扩频处理后的遥测码流信号由基带模块输入至BPSK调制电路，射频发射模块将接收模块恒温晶振信号通过本地本振电路倍频为S波段载波信号后，对遥测扩频信号进行BPSK调制处理。随后经过放大、滤波处理，经发射天线将扩频遥测信号发射至中继卫星进行转发，从而适应扩频体制的中继卫星系统。基带模块包含遥控基带信号处理单元、遥测基带信号处理单元两部分。硬件设计主要包括信号处理FPGA(Xilinx，XQR2V3000)、基带配置管理FPGA(Actel，A54SX72A)、配置芯片 ROM/FLASH、ADC 与 DAC 等。遥控基带信号处理单元接收射频接收模块输出的66. 5MHz中频信号，经过AD采样后，在信号处理FPGA内进行载波与伪码的快速捕获与跟踪，完成位同步、解调、维特比译码等数字信号处理过程。如图3所示为遥控信号捕获流程图。载波与伪码捕获是一个二维的搜索过程。为了捕获上行信号，需要同时复现遥控信号的伪码和载波。采用FFT快捕实现频率轴向扫描，频率轴扫描增量选取多普勒频移最大值的1/720 ;采取1/2码片串行移动的方式进行伪码相位搜索。在搜索过程中，对数字下变频以及PN码剥离后的I和Q两路信号进行积分和累力口，计算信号的模方值I2+Q2，并将每个模方值与设定的门限进行比较，以确定是否满足捕获策略，最终估计出期望的载波和码相位值完成捕获。如图4所示为遥控信号的跟踪处理流图。判断捕获状态完成后，在捕获的伪码相位预测值和伪多普勒频率预测值的基础上进行伪码相位跟踪、载波跟踪和数据位的跟踪。基带模块数据位跟踪锁定后进行维特比译码，并将译码输出按照SKHz遥控时钟、位同步信号和遥控PCM码三线信号的时序波形送入PSK模块进行遥控信息的PSK调制。如图5所示为遥测信号的处理流图。遥测基带信号处理单元接收PSK模块输出的遥测PCM码与时钟信号，在信号处理FPGA内完成遥测数据的扩频调制以及脉冲成形，通过DA变换后输入射频发射模块进行遥测BPSK调制。基带配置FPGA对基带信号处理FPGA进行配置管理，完成基带信号处理FPGA的全局配置。基带配置FPGA和基带信号处理FPGA时钟由射频接收模块输出时钟源提供，基带信号处理FPGA将该时钟转换成LVPECL电平输出，作为AD的转换时钟，并将内部NCO产生 的4倍伪码速率时钟提供给DA作为转换时钟。PSK模块包含遥控BPSK调制单元和遥测DPSK解调单元两部分。遥控BPSK调制单元接收来自基带模块的遥控PCM码、8KHz时钟信号与位同步信号，将遥控PCM码流进行BPSK调制。SKHz时钟信号通过二阶带通滤波器与模拟反相器，滤除干扰和噪声后形成同频率的正弦波信号及其返向(η相位)正弦波信号，遥控PCM码通过触发器控制模拟开关，形成BPSK信号，送入接口控制模块进行有选择新输出，同时，将位同步信号透明转发给接口控制模块。图6所示为BPSK信号调制流图。遥测DPSK解调单元接收星上中心计算机输出的遥测DPSK信号，用平方环法提取65. 536KHz载波信号，经采样电路产生DPCM码，进行差分转换生成PCM码，与提取的码时钟信号一起送入基带模块进行遥测信号扩频处理。图7所示为DPSK信号解调流图。如图8所示，接口模块通过非磁保持继电器将本系统遥控BPSK信号(及位同步信号)与应答机系统遥控BPSK信号(及载波同步信号)的二选一输出给遥控单元，从而兼容星上遥控单元的信号输入接口。继电器的控制信号由应答机系统载波同步信号进行控制，当该信号为高电平时，继电器开关切向与图8—致，输出应答机系统遥控BPSK信号与载波同步信号送入星上遥控单元；单该信号为低电平时，继电器开关切向与图8反向，选择输出本系统BPSK信号与位同步信号。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种兼容标准统一 S波段测控体制的扩频中继测控系统，其特征在于包括射频接收模块、射频发射模块、基带模块、PSK模块、接口控制模块和电源模块，电源模块为其他模块供电； 射频接收模块实现遥控信号的接收与下变频，将下变频之后的信号送入基带模块，基带模块对输入的信号进行解调解扩之后，再送入PSK模块中，PSK模块对输入信号进行BPSK调制后送入接口控制模块，接口控制模块对BPSK调制后的信号和外部应答机系统输出的遥控BPSK信号进行选择输出给星上遥控单元； 星上中心计算机输出遥测DPSK信号给PSK模块，PSK模块实现对遥测DPSK信号的解调，之后将生成的遥测信号输入给基带模块，基带模块实现对输入的遥测信号的加扩之后，在输入给射频发射模块，射频发射模块实现对遥测扩频信号的BPSK调制与发射。
2.根据权利要求I所述的一种兼容标准统一S波段测控体制的扩频中继测控系统，其特征在于 所述射频接收模块包含接收天线、信号放大电路和下变频电路；接收天线接收中继卫星发射的遥控信号，经信号放大电路进行信号的放大、滤波处理后，下变频输出中频信号之后送入基带模块；同时，射频接收模块为射频发射模块和基带模块提供参考时钟信号。
3.根据权利要求I所述的一种兼容标准统一S波段测控体制的扩频中继测控系统，其特征在于 所述射频发射模块包含BPSK调制电路、信号放大电路和发射天线；BPSK调制电路对基带模块送入的遥测扩频信号进行射频段BPSK调制，经信号放大电路放大、滤波后，再经发射天线发送出去。
4.根据权利要求I所述的一种兼容标准统一S波段测控体制的扩频中继测控系统，其特征在于 所述基带模块包含遥控基带信号处理单元和遥测基带信号处理单元；遥控基带信号处理单元利用射频接收模块提供的参考时钟对射频接收模块输出的中频信号进行载波与伪码的捕获与跟踪，完成遥控数据的解调与译码，并将译码输出，按照时钟、门控和数据三线信号的时序波形送入PSK模块进行遥控信息的BPSK调制；遥测基带信号处理单元将PSK模块输出的遥测PCM码进行卷积编码与扩频调制，将遥测扩频信号送入射频发射模块进行处理。
5.根据权利要求I所述的一种兼容标准统一S波段测控体制的扩频中继测控系统，其特征在于 所述PSK模块包含遥控BPSK调制单元和遥测DPSK解调单元；遥控BPSK调制单元接收来自基带模块的输出信号，对该输出信号进行PSK调制后送入接口控制模块进行选择输出； 遥测DPSK解调单元接收星上中心计算机输出的遥测DPSK信号，完成信号解调后，将得到的遥测PCM码与时钟信号送至基带模块的遥测基带信号处理单元进行编码与扩频处理。
全文摘要
一种兼容标准统一S波段测控体制的扩频中继测控系统，包括射频接收模块、射频发射模块、基带模块、PSK模块、接口控制模块和电源模块；射频接收模块实现遥控信号的接收与下变频；射频发射模块实现遥测扩频信号的BPSK调制与发射；基带模块实现遥控信号的解调解扩与遥测信号的加扩；PSK模块实现遥控码流的BPSK调制与遥测DPSK信号的解调；接口控制模块对本系统遥控BPSK信号或应答机系统遥控BPSK信号进行选择输出；电源模块为上述各模块供电。本发明可实现星上标准统一S波段测控体制与扩频测控体制的兼容，在标准统一S波段测控体制的卫星上实现扩频中继测控功能。
文档编号H04L27/18GK102843178SQ20121026444
公开日2012年12月26日 申请日期2012年7月27日 优先权日2012年7月27日
发明者李琪, 宁金枝, 张可立, 李红宝, 陈晖照 申请人:航天东方红卫星有限公司