一种直播卫星信号的采集监测装置

1.本技术涉及卫星通信技术领域，具体地涉及一种直播卫星信号的采集监测装置。


背景技术：

2.直播卫星是指通过地球同步轨道卫星，以大功率辐射地面的某一区域，向家庭单元传送电视节目、声音广播节目等信息服务，还可开展数据广播业务、因特网和视频点播业务等。与传统通信卫星相比，直播卫星有以下特点：高功率发射，卫星波束窄，广播卫星向地面发射的等效全向辐射功率比通信卫星的高数十倍到上千倍；传输容量大，广播卫星携带150个转发器，是普通卫星的3倍；ku波段转发器称为主导，在全球300颗静止轨道业务通信卫星，ku频段占64％；用户天线为0.6m～3m简易设备，造价低廉等。
3.根据现有研究，降雨、大气、电离层闪烁以及温度、湿度等因素都会影响卫星信号质量。其中，降雨衰减、闪烁衰减和温度是卫星信号传输链路设计中需要分析的关键特征。降雨衰减(rainattenuation)是信号在雨区传播时卫星信号出现衰减的现象，包括雨滴对电磁波的吸收、反射和散射引起的衰减。当雨滴反射电磁波时，称为电磁波的二次发射，当发生二次发射时，雨滴可能会从多个角度散射，造成散射损失。此外，温度对卫星信号传输的影响也是显著的，在一定范围内温度越高，信号衰减越大。我国幅员辽阔，气候条件复杂，为了确保广播电视信号的高质量全覆盖，广播卫星成为我国边远地区广播覆盖的重要途径。而高原高寒等特殊地区的广播信号会收到恶劣环境的严重影响，
4.因此研究恶劣气候地区的卫星信号对于我国广播网络的稳定性具有极其重要的作用。


技术实现要素：

5.为克服上述不足，本技术的目的在于提出一种低冗余、自动化的直播卫星信号的采集监测装置，该监测装置满足西部偏远地区的广播卫星信号监测需求。
6.为实现上述目的，本技术采用如下技术方案：
7.一种直播卫星信号的采集监测装置，其包括：
8.第一下变频器、第二下变频器、第一功分器、第二功分器、第一监控单元、第二监控单元、卫星信标监控单元及辅助监控单元；
9.所述第一下变频器用于接收ku波段的卫星信号并下变频至l波段后传输至第一功分器，所述第一功分器电性连接至第一监控单元、卫星信标监控单元或辅助监控单元，
10.所述第二下变频器用于接收ku波段的卫星信号并下变频至l波段后传输至第二功分器，所述第二功分器电性连接至卫星信标监控单元、第二监控单元或辅助监控单元。
11.优选的，该采集监测装置，还包括第一电容及第二电容，
12.所述第一电容的一端电性连接第一下变频器，另一端电性连接第一功分器，
13.所述第二电容的一端电性连接第二下变频器，另一端电性连接第二功分器。
14.优选的，该第一电容及第二电容的容值分别介于50nf-150nf。
15.优选的，该第一电容及第二电容的容值分别为100nf。
16.优选的，该采集监测装置，还包括控制模块，所述控制模块包括 stm32主控芯片，其电性连接至第一下变频器、第二下变频器、第一功分器、第二功分器、第一监控单元、第二监控单元、卫星信标监控单元及辅助监控单元。
17.优选的，该第一监控单元、第二监控单元及辅助监控单元分别包括射频开关，其电性连接至频谱仪。
18.优选的，该频谱仪的控制电路，其包括：
19.第一开关q10，其第一端电性连接至stm32主控芯片，第二端电性接地，第三端电性连接第一电阻r13的一端及第二开关q6的第一端，第一电阻r13的另一端电性连接至供电端vcc，第二开关q6的第二端电性接地，第二开关q6的第三端电性连接第二电阻r9的一端及第三开关q2的第一端，第二电阻r9的另一端电性连接至供电端 vcc及第三开关q2的第二端，第三开关q2的第三端电性连接至频谱仪。
20.优选的，该直播卫星信号的采集监测装置，第一下变频器、第二下变频器、第一功分器、第二功分器、第一监控单元、第二监控单元、卫星信标监控单元及辅助监控单元皆配置于电路板上。
21.优选的，该第一下变频器通过同轴电缆供电，电性连接垂直极化卫星信号接收端。
22.优选的，该第二下变频器通过同轴电缆供电，电性连接水平极化卫星信号接收端。
23.有益效果：
24.本技术提出的直播卫星信号的采集监测装置，通过射频开关与功分器设计低冗余的监测模块，当频谱仪出现故障时，通过rs485自动将对应的信号切换到备份频谱仪，同时关闭损坏频谱仪的电源，打开备份频谱仪。
附图说明
25.附图用来提供对本技术技术方案的支持，并且构成说明说的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
26.图1为本技术实施例的一种采集监测装置的接收ku波段的卫星信号的功能示意图；
27.图2为本技术实施例的下变频功能示意图；
28.图3为本技术实施例的输入链路不同频率下的插入损耗示意图；
29.图4为本技术实施例的输入链路在1.2ghz下的不同输入功率的插入损耗示意图；
30.图5a为本技术实施例的控制模块的拓扑示意；
31.图5b为本技术实施例的频谱仪的控制电路的拓扑示意；
32.图5c为本技术实施例的射频前端网络的拓扑示意；
33.图5d为本技术实施例的rs485电路的拓扑示意。
具体实施方式
34.以下将参考附图详细说明本技术的各种示例性实施例、特征和方面。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”，这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或者好于其它实施例。
35.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，所描述的实施例仅为本技术的可能的技术实现，并非全部实现可能。本领域技术人员完全可以结合本技术的实施例，在没有进行创造性劳动的情况下得到其他实施例，而这些实施例也在本发明的保护范围之内。
36.本技术提出一种直播卫星信号的采集监测装置。该采集监测装置包括：第一下变频器、第二下变频器、第一功分器、第二功分器、第一监控单元、第二监控单元、卫星信标监控单元及辅助监控单元；
37.该第一下变频器用于接收ku波段的卫星信号并下变频至l波段后传输至第一功分器(pd1)，该第一功分器电性连接至第一监控单元、卫星信标监控单元或辅助监控单元，
38.第二下变频器用于接收ku波段的卫星信号并下变频至l波段后传输至第二功分器(pd2)，该第二功分器电性连接至卫星信标监控单元、第二监控单元或辅助监控单元。
39.其通过射频开关与功分器设计低冗余的监测模块，当频谱仪出现故障时，通过rs485自动将对应的信号切换到备份频谱仪。
40.接下来结合附图来描述本技术提出的直播卫星信号的采集监测装置(下称采集监测装置)。该采集监测装置用于11.7ghz-12.2ghz 频段的卫星信号采集。
41.如图1所示为本技术实施例的采集监测装置的接收ku波段的卫星信号的功能示意图。
42.卫星信号(极化a/b信号)下变频到l波段后(参见图5c)，经隔离直流后，经过功分器(如pd1/pd2)，将接收到的卫星信号功率等分，一部分用于卫星信标信号采集(经射频开关rf-sw4传输至频谱仪sdr4)，另外一部分用于对应的转发器信号采集(转发器极化a/b，经射频开关rf-sw1传输至频谱仪sdr1或经射频开关rf-sw2传输至频谱仪sdr2)，功能拓扑参见图5c。信号流分为两路，即rfin1/ rfin2(也称水平极化a和垂直极化b)，
43.经rfin1流路的信号经电容c2隔离直流分量后传输至功分器1 的处理模块u2，经处理模块u2处理后一路传输至射频开关rf-sw2 (b-hswa2-30dr+)用于卫星信标信号采集，另一路传输至射频开关 rf-sw1(u5-hswa2-30dr+)用于对应的转发器信号采集。
44.经rfin2流路的信号经电容c12隔离直流分量后传输至功分器2 的处理模块u9，经处理模块u9处理后一路传输至射频开关rf-sw2 (b-hswa2-30dr+)用于卫星信标信号采集，另一路传输至射频开关 rf-sw1(u11-hswa2-30dr+)用于对应的转发器信号采集。u12作为备用射频开关。u7/9作为对应供电电路的处理模块。
45.本实施方式中，配置有射频开关(rf-sw3)，当监测到频谱仪出现故障，将更改信号流向。该方式下在两个转发器采集口(转发器极化a/b)，设置一射频开关rf-sw3，这样的架构下减少频谱仪的数量。当任一频谱仪出现故障，都可切换到备用频谱仪；当两个频谱仪都出现故障时，设备报警，通知专业人员。本实施方式中，为了防止传输线上存在直流对射频开关及其匹配电路或对频谱仪的损坏，在接收端配置一电容(图5c中c2/c12)，电容以隔去直流，经该电容隔离直流分量后传输至功分器。另外为了保证传输线的匹配，设计出相对应的微带线带宽。功分器的机理如图3所示。
46.该下变频的过程结合图2，当卫星接收装置采集到ku波段信号，为了后续信号处理，首先在压低噪声的同时，提高信号强度；为了减轻邻道干扰，所以要滤除掉监测信号周围的干扰信号，添加高通滤波器。然后基于混频器，f
out
＝f
in-f
lo
将ku波段变频到l波段。因
为存在干扰频率会造成杂散干扰，所以变频转换要通过一个l波段的带通滤波器。最后将变频之后的信号通过同轴线进入采集监测装置，进而输入到频谱分析仪(该过程参考图1)。基于stm32主控芯片、射频开关以及下变频器，实现对ku波段的卫星双极化转发器信号与信标信号下变频处理，以及实现信标信号与转发器信号的分流采集。通过射频开关与功分器设计了低冗余的监测模块，当频谱仪出现故障时，通过rs485自动将对应的信号切换到备份频谱仪，同时通过mos 开关电路关闭损坏频谱仪的电源，打开备份频谱仪。还设计了下变频器、主控芯片对应的电源电路，实现24v转18v/13v/5v/3.3v的电压转换电路。本实施方式中，采集监测装置包括控制模块，射频开关以及下变频器。
47.该控制模块具有stm32主控芯片(如图5中a所示)，包括stm32 主控芯片，该stm32主控芯片的5/6引脚电性连接晶振电路(其包括电容c9/c11及晶振y1)，3/4引脚电性连接晶振电路(其包括电容 c13/c17及晶振y2)。
48.该stm32主控芯片的9引脚(en3)电性连接至频谱仪的控制电路的开关q10，该频谱仪的控制电路包括：
49.第一开关q10，其第一端电性连接至stm32主控芯片，第二端电性接地，第三端电性连接第一电阻r13的一端及第二开关q6的第一端，第一电阻r13的另一端电性连接至供电端vcc，第二开关q6的第二端电性接地，第二开关q6的第三端电性第二电阻r9的一端及第三开关q2的第一端，第二电阻r9的另一端电性连接至供电端vcc及第三开关q2的第二端，第三开关q2的第三端电性连接至频谱仪。本实施方式中3台频谱仪的控制电路的电路拓扑相同，在此仅描述其中的一个。
50.实施时控制模块，下载电路，rs485电路及匹配的电源电路皆配置于电路板上。本实施方式中，使用光耦合器tpl181与电源隔离芯片p6smb6，作为隔离装置，并且将rs485(a/b)的信号地域射频地、电源地隔离(参见图5c)。电路板采用fr4介质板。该电路板的上层还配置有带交指结构及焊接集总元件的微带线金属面，下层配置有金属地平面。下变频器是通过同轴电缆供电，一侧输出18v为垂直极化卫星信号接收端，另一侧输出13v为水平极化卫星信号接收端。
51.采集监测装置运行时，首先进行系统初始化，包括配置系统工作时钟频率、延时函数、串口初始化、rs485通信等初始化工作。
52.初始化之后，判断频谱仪状态，如果主频谱仪出现故障，则上位机箱主控芯片通过rs485发送指令，切换射频开关通断以及频谱仪电源通断(切换连接至备用的频谱仪)。
53.功率分配器(power divider)是一种将一路输入信号分成多路输出或多路信号合成一路输出。当输入端的输入功率为p1(dbm)时，等分功分器的输出功率分别为p2(dbm)和p3(dbm)，则
54.p2(dbm)＝p3(dbm)＝p1(dbm)-3db
ꢀꢀꢀ
(3.1)
55.因为“中星九号”的两个信标信号分别在两个极化，为此本技术中将极化的信号分成两路：一路用来监测信标，另一路用来监测转发器信号。本实施方式中，功分器选用minicircuits的gp2s1+，其工作频率范围为500-2500mhz，
56.卫星信号从port s输入，从port 1与port 2输出，在1ghz～ 1.5ghz的插入损耗在3.6db～3.9db之间，隔离度超过20db，驻波比在1.0～1.4之间，满足设计需求。
57.射频开关(rf switch)用于控制射频信号通道转换，射频开关最重要的参数为隔
离度、插损、开关时间、功率处理能力。为了提高监测系统的冗余度，本技术中使用射频开关设计备份控制电路。当主频谱仪出现故障，通过射频开关改变卫星信号流向，提高系统的冗余度。本文选用minicircuits的hswa2-30dr+，在1.2ghz下的插入损耗为0.7db，隔离度为70db，满足设计需求。
58.图3为输入链路不同频率下的插入损耗，从图3中可以看出：采集卡的插入损耗在4db，对于接收信号强度为45dbm的广播卫星信号完全可以接受。
59.图4为输入链路在1.2ghz下的不同输入功率的插入损耗。功分器的损耗均值为3.75db，射频开关的损耗均值为1.4db，而整个频段的平均损耗为5.4db，所以链路损耗约为0.25db，满足链路匹配。
60.以上仅是该申请的部分实施例而已，并非对该申请作任何形式上的限制。对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于该申请技术方案的保护范围内。