專利名稱：一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星遙測通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù) 據(jù)接收機。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星通過星載測控應(yīng)答機的發(fā)射機向地面發(fā)送工程遙測數(shù)據(jù)，而在我國S波段USB統(tǒng)一測控體制下，衛(wèi)星遙測數(shù)據(jù)先調(diào)制到較低頻率的副載 波上，再通過調(diào)相方式調(diào)制到更高頻率的栽波上。在數(shù)字化和軟件化發(fā)展的今天，遙測數(shù)據(jù)的副載波調(diào)制多釆用PSK 等數(shù)字調(diào)制方式，例如采用NRZ-BPSK-PM調(diào)制方式的遙測信號形式為柳=爿cos[必/ +雄'S a"洲cos(W + <90)]其中，A為載波角頻率，化c為副載波角頻率，5>^(/)為碼字信號，A^為調(diào)制度。地面站則通過遙測數(shù)據(jù)接收機接收衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號，并通過載波 解調(diào)和副載波解調(diào)得到衛(wèi)星下傳的工程遙測數(shù)據(jù)。如圖l和圖2所示，地面站在接收衛(wèi)星發(fā)射的遙測信號時，首先恢復(fù) 出載波信號，對載波信號進(jìn)行解調(diào)，得到副載波調(diào)制信號，再通過副載波 恢復(fù)，位同步，判決與解碼得到衛(wèi)星發(fā)射機下傳的遙測數(shù)據(jù)。我國現(xiàn)有的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機具有以下特點1. 設(shè)備體積龐大、功能復(fù)雜，價格昂貴，不適合在測控應(yīng)答機開發(fā)中 對發(fā)射機和整星進(jìn)行測試。2. 現(xiàn)有的遙測數(shù)據(jù)接收機采用硬件實現(xiàn)平臺，即載波跟蹤等是通過硬 件實現(xiàn)，設(shè)備復(fù)雜、成本高。3. 設(shè)備一旦做好，只能滿足一種載波和副載波頻率以及調(diào)制方式的遙 測數(shù)據(jù)的接收，難以改變，靈活性差，難以升級和改造。4.在對遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和測試時需要額外的儀器來觀測遙測信號的 質(zhì)量。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種體積小、靈活性高的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機。 一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，包括 一天線接收衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號； 一低噪聲放大器對射頻信號進(jìn)行放大； 一晶體振蕩器產(chǎn)生一基頻頻率固定的方波信號； 一鎖相環(huán)提取方波信號的基頻信號，并對基頻信號進(jìn)行倍頻得到本 振信號；一中頻混頻器將放大后的射頻信號與本振信號混頻得到中頻信號；一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對中頻信號進(jìn)行采樣，獲得數(shù)字中頻信號；一計算機顯示數(shù)字中頻信號，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波跟蹤與解調(diào)， 副載波跟蹤，位同步以及判決與解碼，得到遙測數(shù)據(jù)并存儲。一標(biāo)準(zhǔn)計算機數(shù)據(jù)接口連接模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與計算機，傳輸數(shù)字中頻 信號。標(biāo)準(zhǔn)計算機數(shù)據(jù)接口為PCI、 PXI或USB接口。低噪聲放大器與中頻混頻器之間設(shè)有鏡像濾波器，鏡像濾波器根據(jù)本 振信號的頻率濾波除去射頻信號的鏡像干擾頻率。中頻混頻器與才莫^t轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有中頻濾波器，中頻濾波器對中頻 信號進(jìn)行濾波以減小噪聲。中頻濾波器與才莫數(shù)轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有放大器，放大器對濾波后的中頻 信號進(jìn)行放大。放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有自動增益控制裝置，自動增益控制裝 置控制放大后的中頻信號的幅度，使中頻信號幅度穩(wěn)定。本發(fā)明衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機采用了計算機，計算機在 LabV正W軟件平臺上，調(diào)用VC程序，模擬衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收裝 置的部分硬件，達(dá)到處理數(shù)字信號的目的，簡化了設(shè)備，提高了設(shè)計靈活 性，降低了制造成本。計算機可實現(xiàn)數(shù)字信號的顯示和存儲，不需要另外的設(shè)備，同樣節(jié)省 了成本。衛(wèi)星的星上工作狀態(tài)均通過遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行下發(fā)，因此可以通過調(diào)出保 存的遙測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到衛(wèi)星的每個時刻的工作狀態(tài)情況。同時本發(fā) 明接收機可以顯示接收到的信號，因此可以觀測星上測控應(yīng)答機發(fā)射機的 工作穩(wěn)定情況。在LabVIEW軟件平臺上，通過調(diào)用不同的VC程序，可以接收和測 試不同載波、副載波頻點和調(diào)制方式下的遙測數(shù)據(jù)，靈活性提高。


圖1為遙測數(shù)據(jù)接收機解調(diào)遙測數(shù)據(jù)的原理框圖；圖2為現(xiàn)有遙測數(shù)據(jù)接收機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明遙測數(shù)據(jù)接收機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明遙測數(shù)據(jù)接收機計算機運行軟件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
如圖3所示， 一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，包括 一天線接收衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號； 一低噪聲放大器將射頻信號放大； 一晶體振蕩器產(chǎn)生一基頻頻率固定的方波信號； 一鎖相環(huán)提取方波信號的基頻信號，并對基頻信號進(jìn)行倍頻得到本 振信號；一鏡像濾波器根據(jù)本振信號的頻率濾除射頻信號的鏡像干擾頻率。 一中頻混頻器將放大后的射頻信號與本振信號混頻得到中頻信號； 中頻信號頻率=射頻信號頻率-本振信號頻率，本振信號頻率=鎖相 環(huán)倍頻倍數(shù)x方波信號的基頻信號頻率。一中頻濾波器對中頻信號進(jìn)行濾波以減小噪聲。 一放大器對濾波后的中頻信號進(jìn)行放大。一自動增益控制裝置控制放大后的中頻信號的幅度，使中頻信號幅 度穩(wěn)定。一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對中頻信號進(jìn)行采樣，獲得數(shù)字中頻信號； 一計算機顯示數(shù)字中頻信號，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波跟蹤與解調(diào)， 副載波跟蹤，位同步以及判決與解碼，得到遙測數(shù)據(jù)并存儲。模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與計算機通過標(biāo)準(zhǔn)計算機數(shù)據(jù)接口連接，標(biāo)準(zhǔn)計算機數(shù)據(jù)接口可選用PCI 、 PXI或USB接口 。上述實施例的遙測數(shù)據(jù)接收機工作原理如下1 .通過天線接收衛(wèi)星下發(fā)的遙測射頻信號，由于空間環(huán)境對信號的衰 減，需要在天線接收后連接低噪聲放大器對射頻信號進(jìn)行放大。2油于環(huán)境中存在各種電磁輻射，射頻信號會受到很大的噪聲干擾， 尤其受到有用射頻信號相對于本振信號的鏡像頻率信號的干擾。這是由于 射頻信號在與本振信號進(jìn)行混頻時，有用射頻信號和鏡像頻率信號一起進(jìn) 入混頻器，鏡像頻率信號在混頻中產(chǎn)生了相同頻率的中頻信號疊加在有用 射頻信號混頻產(chǎn)生的中頻信號上，從而對有用的中頻信號產(chǎn)生干擾，在低 噪聲放大器后連接鏡像濾波器可濾除射頻信號的鏡像干擾頻率。3. 晶體振蕩器振蕩產(chǎn)生一基頻頻率固定的方波信號，方波信號包含有 各種頻率分量的高次諧波信號，這些諧波信號在倍頻中是不需要的，鎖相 環(huán)裝置會自動提取出基頻信號，由于基頻信號的頻率較低，需要對其進(jìn)行 倍頻，得到本振信號。本振信號頻率=鎖相環(huán)倍頻倍數(shù)x基頻信號頻率(方波信號的基頻頻率)。4. 從鏡像濾波器輸出的射頻信號和鎖相環(huán)輸出的本振信號傳輸?shù)街蓄l 混頻器進(jìn)行混頻得到中頻信號。中頻信號頻率=射頻信號頻率-本振信號頻率。中頻混頻器輸出的中頻信號通過中頻濾波器濾除噪聲，并通過放大器 進(jìn)行放大。為了能夠得到較穩(wěn)定的信號幅度，便于采樣后的載波恢復(fù)和副 載波恢復(fù)與位同步，放大器的輸出信號連接自動增益控制裝置(AGC)后 送給模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行釆樣。5. 由于中頻信號頻率較高，按照乃奎斯特采樣定律進(jìn)行采樣對模數(shù)轉(zhuǎn) 換裝置的要求將提高，并增加數(shù)字信號處理的難度，因此采用欠采樣的方 式對中頻信號進(jìn)行采樣，得到數(shù)字中頻信號。6. 數(shù)字中頻信號處理部分在計算機中進(jìn)行，所用的方法就是在軟件 LabVIEW環(huán)境下，調(diào)用VC程序，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波跟蹤與解調(diào)， 副載波跟蹤，位同步以及判決與解碼，得到遙測數(shù)據(jù)并存儲。如圖4給出了軟件程序設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖，其設(shè)計原理如下LabVIEW開啟后首先實現(xiàn)對硬件的配置和釆樣設(shè)置的初始化，并通 過調(diào)用VC初始化程序的動態(tài)鏈接庫文件，完成對VC程序的初始化。在軟件觸發(fā)采樣后，^t數(shù)轉(zhuǎn)換裝置開始采樣。為了能夠保證數(shù)據(jù)的采 樣，存儲，和數(shù)字信號處理同時進(jìn)行，LabVIEW在結(jié)構(gòu)上采用三線程工 作模式。在第一個線程內(nèi)，釆樣開始后，將釆樣數(shù)據(jù)從模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)存中 讀出。讀出的采樣數(shù)據(jù)被送到一個先入先出的隊列，并同時被送入顯示模 塊在人機界面實時顯示。在第二個線程內(nèi)，判斷隊列中數(shù)據(jù)個數(shù)的函數(shù)來決定是否進(jìn)行數(shù)據(jù)出 隊列操作。LabV正W通過運行調(diào)用庫函數(shù)CLF調(diào)用VC數(shù)據(jù)存儲程序的 動態(tài)鏈接庫文件，將數(shù)據(jù)存儲在VC程序可以訪問的緩沖區(qū)內(nèi)。在第三個線程中，LabVIEW通過運行調(diào)用庫函數(shù)CLF調(diào)用VC程序 的載波跟蹤及副載波解調(diào)的動態(tài)鏈接庫文件，在緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)達(dá)到了數(shù) 字信號處理所需的數(shù)據(jù)個數(shù)后，載波跟蹤和副載波解調(diào)程序被開啟，該程 序會同時將遙測數(shù)據(jù)的解調(diào)結(jié)果保存在用戶通過界面指定的位置。LabVIEW在三個線程同時工作時，任意時刻工作的線程是不確定的， 為了保證每個線程的正常工作，要在每個線程內(nèi)加入線程工作時間控制 器，同時避免了 CPU不停地做循環(huán)判斷。用戶自定義模塊可以根據(jù)用戶測試的需要在接收前端或者解調(diào)后端 增加測試程序，也可以將栽波跟蹤環(huán)，副載波恢復(fù)環(huán)和位同步環(huán)中關(guān)心的 參數(shù)輸出顯示。遙測數(shù)據(jù)接收機中的載波跟蹤，副載波解調(diào)程序可以根據(jù)不同的調(diào)制 方式和不同的算法來進(jìn)行編寫。VC編程具有靈活性高的特點，LabVIEW 中又包含與VC程序的接口，即可以利用運行調(diào)用庫函數(shù)CLF調(diào)用VC的 動態(tài)鏈接庫文件，故可以實現(xiàn)VC編寫載波跟蹤和副載波解調(diào)程序，并在 LabVIEW環(huán)境中調(diào)用。此設(shè)計方法既可以發(fā)揮LabVIEW方便控制數(shù)據(jù)采 樣、存儲，實現(xiàn)用戶界面設(shè)計，和多線程設(shè)計的特點，又可以發(fā)揮VC軟 件編程靈活性強，普及度高的特點。用戶在進(jìn)行操作時，只要打開 LabVIEW程序，點擊人機界面的開啟按鈕，接收機將立即開始工作。
權(quán)利要求
1. 一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，包括一天線接收衛(wèi)星發(fā)射的射頻信號；一低噪聲放大器將射頻信號進(jìn)行放大；一晶體振蕩器產(chǎn)生一基頻頻率固定的方波信號；一鎖相環(huán)提取方波信號的基頻信號，并對基頻信號進(jìn)行倍頻得到本振信號；一中頻混頻器將放大后的射頻信號與本振信號混頻得到中頻信號；一模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置對中頻信號進(jìn)行采樣，獲得數(shù)字中頻信號；一計算機顯示數(shù)字中頻信號，對數(shù)字中頻信號進(jìn)行載波跟蹤與解調(diào)，副載波跟蹤，位同步以及判決與解碼，得到遙測數(shù)據(jù)并存儲。一標(biāo)準(zhǔn)計算機數(shù)據(jù)接口連接模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置與計算機，傳輸數(shù)字中頻信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，其特征在于 所述的中頻混頻器與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有中頻濾波器，中頻濾波器對中 頻信號進(jìn)行濾波以減小噪聲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，其特征在于 所述的中頻濾波器與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有放大器，放大器對濾波后的中 頻信號進(jìn)行放大。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，其特征在于 所述的放大器與模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置之間設(shè)有自動增益控制裝置，自動增益控制 裝置控制放大后的中頻信號的幅度，使中頻信號幅度穩(wěn)定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，其特征在于 所述的低噪聲放大器與中頻混頻器之間設(shè)有鏡像濾波器，鏡像濾波器根據(jù) 本振信號的頻率濾波除去射頻信號的鏡像干擾頻率。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收機，包括天線、低噪聲放大器、晶體振蕩器、鎖相環(huán)、中頻混頻器、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、計算機。本發(fā)明接收機采用了計算機，計算機在Lab VIEW軟件平臺上，調(diào)用VC程序，模擬衛(wèi)星地面站遙測數(shù)據(jù)接收裝置的部分硬件，達(dá)到處理數(shù)字信號的目的，簡化了設(shè)備，提高了靈活性，降低了制造成本。計算機可實現(xiàn)數(shù)字信號的顯示和存儲，不需要另外的設(shè)備，不僅節(jié)省了成本，還可以通過顯示的數(shù)字信號和存儲的數(shù)據(jù)對衛(wèi)星和發(fā)射機進(jìn)行檢測。在Lab VIEW軟件平臺上，通過調(diào)用不同的VC程序，可以接收和測試不同載波、副載波頻點和調(diào)制方式下的遙測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了靈活性和通用性，利于系統(tǒng)升級。
文檔編號H04B7/185GK101267242SQ20081006132
公開日2008年9月17日 申請日期2008年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月4日
發(fā)明者張朝杰, 王彤欣, 王春暉, 金仲和, 金小軍 申請人:浙江大學(xué)