基于软件无线电平台的抗辐照测控数传终端技术研究

发布时间：2020-11-12 13:44

　　 现代战争对航天信息的综合处理提出了更高水平的需求,要求卫星测控数传设备必须在具备强大的环境适应能力的基础上尽量少的占用系统资源,在寸土寸金的航天器上,合理整合系统资源显得尤为重要,为了满足这种需求,不仅要对测控数传终端的空间环境适应能力进行技术研究,还需要进一步对小型化设计做出详细研究。目前,大多数测控终端采用独立的射频通道和基带模块,就导致设备组成复杂,体积庞大,并且空间环境适应能力差,抗辐照能力弱。随着微波元器件、组件工艺水平的不断提高,高速A/D、D/A器件的发展及DSP、FPGA等处理器在无线电平台中的大量使用,为软件无线电在航空航天电子设备中的应用积累了大量经验,使得具备强环境适应能力的小型化测控系统得以实现,所以高集成度、强环境适应能力的平台产品应运而生,通过小型化、抗辐照的设计,可以有效地整合系统资源,降低终端复杂度,使设备功能多样,体积减小,空间适应能力加强。本文针对测控数传终端的小型化、强空间环境适应能力需求的关键技术进行设计。(1)针对航天测控数传终端小型化需求,首先介绍了抗辐照小型化平台搭建的关键技术,然后进行小型化平台硬件电路设计,以AD9361无线收发器和ZYNQ系列平台为核心构建小型化软件无线电平台,将抗辐照小型化平台的重量体积减小为过去终端的一半,提高了抗辐照终端的小型化水平。(2)针对小型化终端增强空间环境适应能力的需求,分析了抗辐照小型化终端工作的空间环境以及可能受到的辐照影响,介绍元器件的空间失效因素以及目前主流的抗辐照加固方法,创新的提出新型抗辐照加固策略,并对主要电路做了硬件抗辐照措施,增强了小型化终端的抗辐照水平。(3)针对小型化终端的通信传输抗辐照需求,设计了本终端的抗辐照软件算法,采取二维快速捕获算法来加快信号的捕获,并采取并行跟踪的方式进一步加快跟踪的速度,最大程度的减少信号受辐照影响的时间;创新的设计了抗辐照加固算法,在终端正常工作时对其进行定时刷新,及时清除受到的辐照影响,提高系统的可靠性;当终端受到辐照影响不能正常工作时,加固算法对其进行全局配置,在最短时间内完成重新配置加载,使其恢复正常;通过多种软件算法策略共同配合,最终提高终端的抗辐照能力,从而保障卫星的正常工作。(4)本文针对航天设备功能集约化、应用广泛化的发展需求,设计了抗辐照小型化软件无线电平台,达到终端的多功能集成目的,大幅度改善空间适应能力。最终研制出原理样机并进行系统测试,该抗辐照小型化终端在宇宙空间环境中能够实现大多普勒频偏条件下的信号快速准确捕获,满足卫星正常通信传输要求,达到设计目的。
【学位单位】：鲁东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V443
【部分图文】：

图 2.3 宇宙空间环境环境中最主要的是太阳辐射因素，[30]太阳活动非常活跃，阳活动的周期为9年~13年，平均为11年，太阳耀斑等爆子流的能量大、速度快，速度可高达2000 km/s 以上，瞬，对于航天器的短时冲击非常大，造成的损失往往非常巨1]所以航天器的在轨运行要避开爆发性太阳活动，尽量减少种粒子流速度相比爆发型太阳活动更缓，一般在300 km/s～ 续时间更长，对于航天器造成的辐照累积效应更大。[32]轨星面临的外热流及太阳电池发电效率等密切相关，其它辐通信、光学敏感器、光学相机等的背景噪声及杂散光干扰问题一直都是航天器安全运行的研究重点。所含能量高、击穿能力强，其主要是由83%的高能量粒子层轨道飞行时受到的射线影响是特别严重的，缺少了大气

物理隔绝的方式尽量减少高能粒子入射元器优化设计，使入射后的高能粒子尽量少的作的器件进行复位、配置刷新或重新加载配置，整体屏蔽的方法，保证具有一定的辐射设计的小型化设计。方式是当前航天行业中进行抗辐照加固应用最广对航天器在轨运行期间所处的空间辐射环境蔽效果的衡量标准，重点对该设备内部电路并且在关键器件外部增加钽壳保护。化平台采用模块式结构形式，各模块止口搭螺钉紧固成一体，可减小各模块接触电阻，本壁厚仅为2.5mm，设计中避免了尖锐角，硬件强度。抗辐照小型化平台结构外形如下

10本文采用如下分析模型对抗辐照测控终端的各模块电路板的元器件所在位置所受辐射剂量进行分析，简化模型如图2.5所示。ALBLA方向屏蔽B方向屏蔽关键元器件图 2.5 辐照屏蔽分析模型对于抗辐照小型化平台的物理隔离通过等效铝厚度得到，计算抗辐照平台A方向的隔离厚度为AL ， B 方向隔离厚度为BL 。对于整个设备来说，整机机壳等效铝厚度JL 不小于 2.5mmAl ，航天器外壳WL 等效铝厚度为 2.27mmAl ，考虑到多层PCB板的一般特性，对于抗辐照平台的PCB等效铝厚度JL 统一为1.4mmAl 。抗辐照平台在两个方向上的隔离厚度分别计算如下：2.5 2.27 4.77mmAlA J WL = L +L= + =(2.2)22.5 2 1.4 2.27 7.57mmAlB J L WL = L + ′ L +L= + ′ + =(2.3)当屏蔽厚度为 4.5mmAl 时，空间环境辐照剂量为41.36 ′ 10 rad(Si)
【参考文献】

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本文编号：2880807