小型化星载多模式测控终端的研究与实现
发布时间：2020-04-12 21:00
【摘要】：随着近代航天技术的大力发展,人造卫星的研发也向小型化目标迈进,同时对与之配套使用的星地测控与数传技术要求也日益严苛。目前我国主流的星地测控与数传方式为扩频通信和统一载波通信,其技术已经相对成熟,功能优越且性能稳定。但由于测控应答机与数传机独立分离工作,设备造价昂贵且占用过多星上资源。本论文以某航天研究所实际项目为支撑,首先设计了混合模式下的星地测控通信方式,其核心思想是在同一数字系统中集成多种通信体制,并利用软件控制进行自由切换,实现测控与数传功能的融合,以满足不同通信场景需求。接着对混合通信模式下的发射端与接收端进行构建,设计了各信号处理模块以及上下行测量信号帧结构。同时实现了对大多普勒动态下的信号捕获与跟踪,涉及技术包括一种频域并行捕获技术、DLL环路伪码跟踪技术和双环路载波跟踪技术,并对各处理模块性能进行了仿真与分析。最终在基于FPGA的数字平台上进行总体功能实现,给出了测试结果与分析。研究结果表明,依托现代软件无线电设计技术所提出的多模式一体化测控方案,改进了传统星地测控与数传分离的工作方式,且在大多普勒动态环境下性能优良,因此更加适用于微小型卫星工作环境。
【图文】：
２．ｉ邋ｒ展频谱通信体制逡逑２．１．１扩灥信原理逡逑在国内，扩展频谱通信技术已经相当成熟，其系统框图如下图２．１所示。假设信源逡逑发出的基带信号带宽为Ｂ１，利用扩频伪码对基带信号进行调制，输出的己扩信号频谱逡逑带宽为Ｂ２，则此时Ｂ２远大于Ｂ１，拓宽的频谱使得信号的功率谱密度极低。己扩信号逡逑在经过后续的数字调制步骤，常用的数字调制方式有二进制相移键控（Ｂｉｎａｒｙ邋Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ逡逑Ｋｅｙｉｎｇ，邋ＢＰＳＫ）、正交相移键控（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅ－ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）等，调制完成逡逑的数据交给后续发射设备进行传输。对于系统的接收端，当成功捕捉并跟踪上扩频信号逡逑后，利用接收端恢复出的与发射端一致的伪随机码和载波信息，，对扩频信号进行解扩处逡逑理，目的是将扩频信号恢复成原始基带信号。接着再利用对应的解调手段，从基带信号逡逑中获得所需的原始数字信号
Ｔ逦＼邋Ｔ邋）逡逑下图３．４是在不同滚降因子下仿出的升余弦脉冲时域特性曲线图。逡逑升余弦脉冲时域波形逡逑卜邋——３＝０逡逑逦ａ＝０．５逡逑０８邋厂逦一＾逦１逦ａ＝１逦＿逡逑０．６＇邋逦邋—邋逦邋？邋－逡逑０．４？逦逦邋——逦”逡逑＼ｍ逡逑＆邋０．２－——邋——－邋逦逡逑Ａ邋Ａ邋Ｉ邋Ａ逡逑°＇、ｙ邋＼Ｊ逦广、，逡逑－０．２逦逦逦邋－——■．邋＾邋－…邋逦逡逑＿0邋４＾．逦？－逦ｒ－逦：逦：逦？－逦Ｅ逦：逦：逦ｒ逦逦逡逑－１０逦－８逦－６逦－４逦－２逦０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑归一化时间（ｔ／Ｔ）逡逑图３．４不同之下升余弦脉冲幅频特性曲线逡逑接收端的匹配滤波器一般与发射端的成型滤波器具有相同设计，这样可以有效的抑逡逑制噪声，减少串扰［２５］。两者的形式为：逡逑Ｘ（，ｆ）邋＝邋＼Ｈ（ｆｔ邋＝邋Ｈ｛ｆ）Ｈ＼ｆ）邋＝邋ＨＴ邋（／）邋Ｈｒ邋（／）逦（３．５）逡逑式中，／／ｒ（／）是成形滤波器的频响特性，N希ǎ┪ヅ渎瞬ㄆ鞯钠迪焯匦裕秸呦嗤桢义霞疲颍哄义希龋裕ǎ妫╁澹藉澹龋唬ǎ妫╁澹藉澹蓿兀妫苠危ǎ常叮╁义掀渲
本文编号：2625172
【图文】：
２．ｉ邋ｒ展频谱通信体制逡逑２．１．１扩灥信原理逡逑在国内，扩展频谱通信技术已经相当成熟，其系统框图如下图２．１所示。假设信源逡逑发出的基带信号带宽为Ｂ１，利用扩频伪码对基带信号进行调制，输出的己扩信号频谱逡逑带宽为Ｂ２，则此时Ｂ２远大于Ｂ１，拓宽的频谱使得信号的功率谱密度极低。己扩信号逡逑在经过后续的数字调制步骤，常用的数字调制方式有二进制相移键控（Ｂｉｎａｒｙ邋Ｐｈａｓｅ－Ｓｈｉｆｔ逡逑Ｋｅｙｉｎｇ，邋ＢＰＳＫ）、正交相移键控（ＱｕａｄｒａｔｕｒｅＰｈａｓｅ－ＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ，ＱＰＳＫ）等，调制完成逡逑的数据交给后续发射设备进行传输。对于系统的接收端，当成功捕捉并跟踪上扩频信号逡逑后，利用接收端恢复出的与发射端一致的伪随机码和载波信息，，对扩频信号进行解扩处逡逑理，目的是将扩频信号恢复成原始基带信号。接着再利用对应的解调手段，从基带信号逡逑中获得所需的原始数字信号
Ｔ逦＼邋Ｔ邋）逡逑下图３．４是在不同滚降因子下仿出的升余弦脉冲时域特性曲线图。逡逑升余弦脉冲时域波形逡逑卜邋——３＝０逡逑逦ａ＝０．５逡逑０８邋厂逦一＾逦１逦ａ＝１逦＿逡逑０．６＇邋逦邋—邋逦邋？邋－逡逑０．４？逦逦邋——逦”逡逑＼ｍ逡逑＆邋０．２－——邋——－邋逦逡逑Ａ邋Ａ邋Ｉ邋Ａ逡逑°＇、ｙ邋＼Ｊ逦广、，逡逑－０．２逦逦逦邋－——■．邋＾邋－…邋逦逡逑＿0邋４＾．逦？－逦ｒ－逦：逦：逦？－逦Ｅ逦：逦：逦ｒ逦逦逡逑－１０逦－８逦－６逦－４逦－２逦０逦２逦４逦６逦８逦１０逡逑归一化时间（ｔ／Ｔ）逡逑图３．４不同之下升余弦脉冲幅频特性曲线逡逑接收端的匹配滤波器一般与发射端的成型滤波器具有相同设计，这样可以有效的抑逡逑制噪声，减少串扰［２５］。两者的形式为：逡逑Ｘ（，ｆ）邋＝邋＼Ｈ（ｆｔ邋＝邋Ｈ｛ｆ）Ｈ＼ｆ）邋＝邋ＨＴ邋（／）邋Ｈｒ邋（／）逦（３．５）逡逑式中，／／ｒ（／）是成形滤波器的频响特性，N希ǎ┪ヅ渎瞬ㄆ鞯钠迪焯匦裕秸呦嗤桢义霞疲颍哄义希龋裕ǎ妫╁澹藉澹龋唬ǎ妫╁澹藉澹蓿兀妫苠危ǎ常叮╁义掀渲
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