CN102065050A - 对类ccsds标准的探测器下行数据进行解调处理的系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，包括：解调器，用于对接收自前端的两路中频模拟信号分别进行中频信道、分集合成、载波解调和码同步处理，得到到I、Q两路串行数据，并将该I、Q两路串行数据和时钟信号同时送入CCSDS处理器；CCSDS处理器，用于对接收自解调器的I、Q两路串行数据和时钟信号进行帧同步、解随机化、RS译码和VCDU提取，并给出译码质量信息，然后进行存盘和分发处理。本发明是针对CE-1探测器下行数据的特殊格式，能够满足CE-1探测器下行数据的接收要求，并兼容CCSDS标准数据格式的解调处理，使系统具有良好的兼容性。

Description

对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统

技术领域

本发明涉及航天探测器下行数据处理技术领域，特别是涉及一种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统。

背景技术

空间数据系统咨询委员会(Consultative Committee for Space Data Systems，CCSDS)成立于1982年，是由多国空间组织共同组成的国际性标准化组织，一直致力于空间数据系统的标准化工作，其目的是使未来的空间任务能以标准化的方式进行数据交换与处理，从而更经济和有效地满足各类用户的业务需求，也加速空间数据系统的开发。

目前，CCSDS标准已被国际航天界广泛采用，并成为各参加国家和机构制定与实施其自身应用标准的基本文件，在我国CCSDS标准也被逐渐应用在神舟飞船、双星计划以及嫦娥工程等任务中。

由于嫦娥一号(以下简称CE-1)任务的特殊性，其采用的探测器下行数据格式与CCSDS标准存在一些差异，本发明将CE-1探测器下行数据格式采用的标准称为类CCSDS标准。在该类CCSDS标准下，CE-1探测器下行数据以“CCSDS701.0-B-3高级在轨系统、网络和数据链路结构说明”标准为基础，按位流业务处理，采用空间链路子网第二级业务传递，即：

(1)无空间链路自动重传请求程序(Space link ARQ procedure，SLAP)；

(2)无插入；

(3)无导头差错控制；

(4)无VCDU差错控制；

(5)有Reed-Solomon(RS)编码

数据按六个虚拟信道设计，其中一个虚拟信道为空信道，专作填充用，选定后的帧格式见下表。

其中CCSDS标准中规定RS(255，223)编码相关参数如下：

(1)每个RS符号的位数：8bit；

(2)每个码组包含255(符号)；

(3)校验位数32(符号)

(4)每个码组纠错能力：16(符号)；

(5)域生成多项式：F(x)＝x⁸+x⁷+x²+x+1(在GF(2)上定义)；

(6)码生成多项式：

(在GF(2⁸)上定义，F(α)＝0)；

(7)采用对偶基下的8bit坐标z₀，z₁，...，z₇(z₀为第一位)表示方法。

而采用该类CCSDS标准的CE-1探测器下行数据在RS的编码方案上并未采用对偶基的表示方法，而是采用多项式基，这一点与CCSDS标准存在差异。这是由于CE-1任务的特殊性造成的，与以往采用的航天器数据格式都不相同。若沿用以往按CCSDS标准数据格式设计的解调与处理设备显然将无法满足CE-1数据接收的要求。

因此本发明在仔细研究现有CE-1下行数据格式以及解调处理的基础上，设计出了针对这种特殊类CCSDS数据格式的解调处理系统。并且本发明考虑系统的兼容性，该系统也适应CCSDS标准数据格式的解调处理，能够很大程度上适应我国当前国情下的空间数据解调处理工作。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对CE-1探测器下行数据的特殊格式，本发明的主要目的在于提供一种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，以满足CE-1探测器下行数据的接收要求，并兼容CCSDS标准数据格式的解调处理，使系统具有良好的兼容性。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，该系统包括：

解调器，用于对接收自前端的两路中频模拟信号分别进行中频信道、分集合成、载波解调和码同步处理，得到到I、Q两路串行数据，并将该I、Q两路串行数据和时钟信号同时送入CCSDS处理器；

CCSDS处理器，用于对接收自解调器的I、Q两路串行数据和时钟信号进行帧同步、解随机化、RS(Reed-Solomon)译码和虚拟信道数据单元(VCDU)提取，并给出译码质量信息，然后进行存盘和分发处理。

上述方案中，所述解调器接收前端送来的两路中频模拟信号，对这两路中频模拟信号分别进行输入匹配隔离、自动增益控制(AGC)放大和带通滤波，得到两路恒定电平的带限信号，然后对这两路带限信号进行高速模拟/数字(A/D)采样，得到两路中频数字信号，接着将该两路中频数字信号与本地数字载波进行正交混频和低通滤波整形，得到I、Q两路正交基带信号，再对这两路基带信号进行码同步后，得到I、Q两路串行数据，送入CCSDS处理器。

上述方案中，所述解调器包括依次连接的中频信道装置、分集合成装置、载波解调装置和码同步装置，其中：

中频信道装置，用于对接收自前端的70MHz中频信号进行自动增益控制(AGC)放大，然后进行模拟带通滤波，滤除信号有效带宽之外的频率分量，避免采样时发生频谱混叠，然后依据带通采样定理进行模拟/数字(A/D)转换，将模拟信号转换为数字信号，得到两路数字中频信号送入分集合成装置；

分集合成装置，用于对接收自中频信道装置的两路数字中频信号分别进行正交下变频，变为零中频信号，然后对这两路零中频信号进行差模鉴相，得到两路零中频信号之间的相位误差，再将该相位误差送入差模环路滤波器，得到两路本地载波数字控制振荡器(NCO)的差模控制量，再将该差模控制量与载波解调装置送来的共模控制量合成，同时将得到的两路合成后的I路和Q路信号输出给载波解调装置；

载波解调装置，用于对接收自分集合成装置的两路合成后的I路和Q路信号进行载波鉴相，鉴相结果经过环路滤波后，得到共模控制量，送至分集合成装置，完成共模环闭环过程；同时，载波解调装置将这两路合成后的I路和Q路信号传送给码同步装置；

码同步装置，用于采用数据转换跟踪环路，并结合重采样方法，对接收自载波解调装置的两路合成后的I路和Q路信号首先经过重采样，使数据样点变为码率整数倍，再对信号进行同相积分和中相积分，经过码元判决或延迟得到I路和Q路两路串行数据和时钟，并将该I路和Q路两路串行数据和时钟输出给CCSDS处理器。

上述方案中，所述中频信道装置进一步根据分集合成装置送来的反馈控制信号控制放大增益，实现自动增益控制。

上述方案中，所述分集合成装置进一步使用所述两路合成后的I路和Q路信号控制本地载波数字控制振荡器(NCO)，实现差模闭环过程。

上述方案中，所述分集合成装置支持二重分集合成功能，具有分集合成环路，该分集合成环路采用对称分集锁相环。所述对称分集锁相环由共模环和差模环组成，其中，共模环用于跟踪输入信号的公共频率和相位变化，实现在载波解调装置；差模环用于跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振数字控制振荡器(NCO)频率和相位，保证两路信号的合成。

上述方案中，所述解调器采用对称分集锁相环和自动增益控制(AGC)/调幅(AM)加权最大比合成器，利用共模环跟踪输入信号的公共频率和相位变化，差模环跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振数字控制振荡器(NCO)频率和相位，保证跟踪的连续性；同时，所述解调器将共模环和差模环的输出作为控制信号，输出无相位阶跃，实现快衰落信号的分集合成，避免信号深衰落造成的数据丢失。

上述方案中，所述码同步装置采用数据转换跟踪环(DTTL)来提取码同步信息。

上述方案中，所述CCSDS处理器包括：

帧同步器，用于按照CCSDS帧格式对所述解调器输入的高速串行数据流和同步时钟信号完成数据帧同步，产生帧同步脉冲、字同步脉冲及帧锁定状态指示，输出给解随机化单元；

解随机化单元，用于去掉叠加在数据区上的伪随机化数据，将帧同步以后的数据恢复成原始数据，并输出给数据译码器；

数据译码器，用于对接收自解随机化单元的数据进行RS译码，得到纠错后的数据，输出给VCDU的分路提取单元，同时送入数据缓存分发单元；

VCDU分路提取单元，用于对接收自数据译码器的RS译码后数据，检查VCDU主导头中的VCDU-ID，将VCDU按不同业务类型进行分路，去除填充VCDU，进行VCDU提取，并完成质量信息生成，然后将提取的经过帧同步并加上时间标记的成帧数据、用户数据和质量信息存储到数据缓存分发单元；

数据缓存分发单元，用于存储提取的经过帧同步并加上时间标记的成帧数据、用户数据和质量信息，通过紧凑型PCI(Compact Peripheral Component Interconnect，CPCI)总线经过数据网络进行分发，或按照系统管理者设定的接口关系，由数字输入/输出接口输出。

上述方案中，所述帧同步器包括帧相关器、三态转换器和字同步器，其中：

帧相关器，用于将串行数据与预先设置的帧同步码组逐位实时进行相关比较，得到误码个数，进而检出串行信号中的帧同步码组，得到搜索、校核、锁定或极性指示信号，输出给三态转换器；

三态转换器，用于对接收自帧相关器的搜索、校核、锁定或极性指示信号进行转换，增强帧同步器对错锁和漏锁的免疫能力；

字同步器，用于利用帧同步脉冲将脉码调制(PCM)串行数据划分成帧，在每帧的里面，根据设置的字长将比特流划分成字，完成帧格式的提取，并送出字同步脉冲。

上述方案中，所述帧同步器中的工作参数为可编程控制，并具有反序同步的能力，保证对于星载记录器回放的需求；在帧码组同步后，帧同步器对数据流进行处理，将反序的数据流转换为正序的数据流。

上述方案中，所述帧同步器以搜索态、校核态和锁定态三态方式工作，对应于搜索、校核和锁定三种状态，帧相关器分别设置有不同的容错数，用某一状态下的容错数与误码个数作比较，在误码个数小于等于容错数时，给出检出帧同步码的指示，反之给出未检出帧同步码的指示。

上述方案中，所述帧相关器进一步输出一个极性指示信号，若该信号为高电平，则表示检出了正极性串码信号的帧同步码组；该信号为低电平，则表示检出了反极性串码信号的帧同步码组。所述搜索、校核和锁定三个状态在一个时刻只有一种状态出现，并由帧锁定状态指示信号指示出来；所述三态转换器在启动时处于搜索态，使搜索态判决指示信号有效；一旦该信号指示检出，则三态转换器转到校核态，在校核态下，校核态判决指示信号有效，一旦该信号指示未检出，则回到搜索态；若连续出现指示为检出的次数达到预置的校核帧数，则转到锁定态，送出帧同步脉冲；在锁定态下，锁定态判决指示信号有效，若连续出现该信号指示为未检出的次数达到预置的锁定帧数，则回到搜索态，否则保持锁定态。

上述方案中，所述解随机化单元是按照高级在轨系统(AOS)标准规定的多项式要求设计的一个随机序列发生器，产生的随机序列与物理信道数据单元(Channel access data unit，CADU)中除同步码组外的每一位异或，可得到解随机化的VCDU。所述解随机化单元采用的随机序列的生成多项式为F(x)＝x⁸+x⁷+x⁵+x³+1，其周期为255。

上述方案中，所述VCDU分路提取单元是按照业务类型提取用户数据，完成位流业务数据的提取，在进行VCDU分离的同时，提取VCDU主导头中虚拟信道计数单元内容，统计虚拟信道计数连续性，从而得到每个虚拟信道VCDU丢失情况，并将质量信息存储到数据缓存分发单元。

上述方案中，所述VCDU分路提取单元提取的质量信息包括每帧同步状态，以及每个虚拟信道VCDU丢失情况。

上述方案中，所述位流业务是将某些对CCSDS主网来说其字边界未知的数据通过空间链路子网(SLS)传送；位流业务将来自每个空间链路子网用户的位流切短成若干数据块，这些数据块的大小刚好是一个指定虚拟信道数据单元的固定长度数据域；来自不同的空间链路子网用户的位流不能用位流业务多路合并到一个虚拟信道上传输，一个虚拟信道只用于一个位流数据源。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、本发明提供的这种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，是针对CE-1探测器下行数据的特殊格式，能够满足CE-1探测器下行数据的接收要求，并兼容CCSDS标准数据格式的解调处理，使系统具有良好的兼容性。

2、本发明提供的这种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，由于能够针对CE-1下行数据的特殊格式，完成解调处理工作，并且能够兼容标准的CCSDS数据格式，所以具有很强的兼容性，符合解调处理方法的发展需要，为今后的解调处理设计提供参考。

附图说明

图1是本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统的结构示意图；

图2是本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统中解调器的结构示意图；

图3是本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统中CCSDS处理器的结构示意图；

图4是本发明提供的CCSDS处理器中帧同步器的结构示意图；

图5是本发明提供的CCSDS处理器中帧同步器帧同步算法三态逻辑示意图；

图6是本发明提供的CCSDS处理器中解随机化单元的工作原理图；

图7是本发明提供的CCSDS处理器中数据译码器的结构示意图；

图8是本发明提供的CCSDS处理器中数据译码器解交织的工作示意图；

图9是本发明提供的CCSDS处理器中数据译码器的原理框图；

图10是本发明提供的CCSDS处理器中VCDU分路提取单元B-PDU数据处理示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

不失一般性，考虑探测器下行数据经天线馈源、极化器、射频前端放大和下变频后送入本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统。如图1所示，本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统由解调器和CCSDS处理器两部分构成。其中，解调器用于对接收自前端的两路中频模拟信号分别进行中频信道、分集合成、载波解调和码同步处理，得到到I、Q两路串行数据，并将该I、Q两路串行数据和时钟信号同时送入CCSDS处理器；CCSDS处理器用于对接收自解调器的I、Q两路串行数据和时钟信号进行帧同步、解随机化、RS(Reed-Solomon)译码和VCDU提取，并给出译码质量信息，然后进行存盘和分发处理。下面分别对解调器和CCSDS处理器进行详细描述。

1)、解调器

解调器用于完成信号的解调工作，兼容二相相移键控(BPSK)和四相相移键控(QPSK)两种调制体制。解调器同时接收前端送来的两路中频模拟信号，对这两路中频模拟信号分别进行输入匹配隔离、自动增益控制(AGC)放大和带通滤波，得到两路恒定电平的带限信号，然后对这两路带限信号进行高速模拟/数字(A/D)采样，得到两路中频数字信号，接着将该两路中频数字信号与本地数字载波进行正交混频和低通滤波整形，得到I、Q两路正交基带信号，再对这两路基带信号进行码同步后，得到I、Q两路串行数据，送入CCSDS处理器。(由于CE-1采用BPSK调制体制，实际工作时只有I路输出)。

如图2所示，图2是本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统中解调器的结构示意图，该解调器包括中频信道装置、分集合成装置、载波解调装置和码同步装置。

●中频信道装置

中频信道装置对接收自前端的70MHz中频信号进行自动增益控制(AGC)放大，然后进行模拟带通滤波，滤除信息带宽之外的频率分量，避免采样时发生频谱混叠，然后依据带通采样定理进行模拟/数字(A/D)转换，将模拟信号转换为数字信号，得到两路数字中频信号送入分集合成装置。中频信道装置进一步根据分集合成装置送来的反馈控制信号控制放大增益，实现自动增益控制。

●分集合成装置

分集合成装置对接收自中频信道装置的两路数字中频信号分别进行正交下变频，变为零中频信号，然后对这两路零中频信号进行差模鉴相，得到两路零中频信号之间的相位误差，再将该相位误差送入差模环路滤波器，得到两路本地载波数字控制振荡器(NCO)的差模控制量，再将该差模控制量与载波解调装置送来的共模控制量合成，得到两路合成后的I路和Q路信号输出给载波解调装置，同时，分集合成装置使用这两路合成后的I路和Q路信号控制本地载波NCO，实现差模闭环过程。

分集合成装置支持二重分集合成功能，具有一分集合成环路，该分集合成环路采用对称分集锁相环。对称分集锁相环主要由两大关键部分组成：共模环和差模环。其中共模环用于跟踪输入信号的公共频率和相位变化，具体实现在载波解调装置。差模环用于跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振NCO频率和相位，保证两路信号的实现最佳效果的合成。

本发明采用的解调器采用对称分集锁相环和自动增益控制/调幅(AGC/AM)加权最大比合成器技术，利用共模环跟踪输入信号的公共频率和相位变化，差模环跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振NCO频率和相位，保证跟踪的连续性。将共模环和差模环的输出作为控制信号，输出无相位阶跃，能够实现快衰落信号的最佳分集合成，避免信号深衰落造成的数据丢失。

●载波解调装置

载波解调装置对接收自分集合成装置的两路合成后的I路和Q路信号进行载波鉴相，鉴相结果经过环路滤波后，得到共模控制量，送至分集合成装置，完成共模环闭环过程。同时，载波解调装置将这两路合成后的I路和Q路信号传送给码同步装置。

●码同步装置

码同步装置采用数据转换跟踪环路，并结合重采样方法，以提高解调性能。码同步装置对接收自载波解调装置的两路合成后的I路和Q路信号首先经过重采样，使数据样点变为码率整数倍，再对信号进行同相积分和中相积分，经过码元判决或延迟得到I路和Q路两路串行数据和时钟，并将该I路和Q路两路串行数据和时钟输出给CCSDS处理器。

码同步装置采用数据转换跟踪环(DTTL)来提取码同步信息，由于数据的采样位置是固定的，所以码同步信息的精度受制于数据的采样周期。而由于重采样电路可以实时改变数据的采样时刻，所以基于重采样的码同步器精度不受制于采样周期，而取决于重采样电路。重采样电路可根据实际需要和现场可编程门阵列(FPGA)的资源选择一个合理的精度。另外，重采样电路还可以改变采样周期，以保证每个码元周期有相同的数据，并使采样时钟与码速率同步，从而消除或降低异步采样造成的误码率性能影响，进一步提高数据解调性能。

2)、CCSDS处理器

CCSDS处理器对接收自解调器的I、Q两路串行数据和时钟进行帧同步、解随机化、RS译码和VCDU提取，并给出译码质量信息，然后进行存盘和分发处理。如图3所示，图3是本发明提供的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统中CCSDS处理器的结构示意图，该CCSDS处理器包括帧同步器、解随机化单元、数据译码器、VCDU分路提取单元、数据缓存分发单元。

●帧同步器

帧同步器按照CCSDS帧格式对输入的高速串行数据流和同步时钟信号完成数据帧同步，产生帧同步脉冲、字同步脉冲及帧锁定状态指示，输出给解随机化单元。

帧同步器原理框图见图4，包括帧相关器、三态转换器和字同步器。其中，帧相关器是帧同步器的关键部件，用于将串行数据与预先设置的帧同步码组逐位实时进行相关比较，得到误码个数，进而检出串行信号中的帧同步码组，得到搜索、校核、锁定及极性指示信号，输出给三态转换器。三态转换器用于对接收自帧相关器的搜索、校核、锁定或极性指示信号进行转换，增强帧同步器错锁和漏锁的能力。字同步器用于利用帧同步脉冲将脉码调制(PCM)串行数据划分成帧，在每帧的里面，根据设置的字长将比特流划分成字，完成帧格式的提取，并送出字同步脉冲。

对应搜索、校核、锁定三种不同的状态，帧相关器分别设置有不同的容错数，用某一状态下的容错数与误码个数作比较，在误码个数小于等于容错数时，给出检出帧同步码的指示，反之给出未检出帧同步码的指示。另外，帧相关器还给出一个极性指示信号。若该信号为高电平，则表示检出了正极性串码信号的帧同步码组；该信号为低电平，则表示检出了反极性串码信号的帧同步码组。

帧同步器以三态方式工作：搜索态、校核态、锁定态，以增强错锁和漏锁的能力。启动时，三态转换器处于搜索态，使搜索态判决指示信号有效。一旦该信号指示检出，则三态转换器转到校核态。在校核态下，校核态判决指示信号有效，一旦该信号指示未检出，则回到搜索态；若连续出现指示为检出的次数达到预置的校核帧数，则转到锁定态，送出帧同步脉冲。在锁定态下，锁定态判决指示信号有效，若连续出现该信号指示为未检出的次数达到预置的锁定帧数，则回到搜索态，否则保持锁定态。搜索、校核、锁定三个状态在一个时刻只能有一种状态出现，并由帧锁定状态指示信号指示出来。三态逻辑关系见图5。

帧同步器的各种工作参数为可编程控制，并且具有反序同步的能力，保证对于星载记录器回放的需求。

在帧码组同步后，帧同步器对数据流进行处理，将反序的数据流转换为正序的数据流。这样处理的好处在于对后续的解随机化、RS译码电路不需要在做改变，即可实现数据反序的情况下的数据处理。

●解随机化单元

解随机化单元用于去掉经过帧同步以后添加在VCDU上的随机性数据，将帧同步以后的数据恢复成原始数据，并输出给数据译码器。CADU被直接调制到物理信道上的时候，必须保证适当的码位转换密度，选用一个伪随机序列与CADU中除同步标志以外的每一位异或可以提供这种码型转换，避免了在数据流中长时间出现“0”和“1”的情况。在数据处理时，需要对帧同步以后的数据进行解随机化，恢复原始数据。用户可通过设置项进行选择，使用解随机化功能或不使用解随机化功能。

解随机化过程是加随机化的反过程，主要是用于去掉经过帧同步以后添加在VCDU上的随机性数据，将帧同步以后的数据恢复成原始数据，并输出给数据译码器。按照高级在轨系统(AOS)标准规定的多项式要求，设计一个随机序列发生器，产生的随机序列与CADU中除同步码组外的每一位异或，即可得到解随机化的VCDU。

随机序列的生成多项式为F(x)＝x⁸+x⁷+x⁵+x³+1，其周期为255。在每一个同步标志期间，随机序列发生器均初始化为“全1”状态，该随机序列的最初40位为：

1111 1111 0100 1000 0000 1110 1100 0000 1001 1010

解随机化原理框图如图6所示。

●数据译码器

数据译码器，用于对接收自解随机化单元的数据进行RS译码，得到纠错后的数据，输出给VCDU的分路提取单元，同时送入数据缓存分发单元。由于CE-1探测器下行数据在RS编码时，同时也进行交织，交织深度2，因此在译码前要进行解交织，并在译码后进行反交织，如图7所示。解交织和反交织是一个相反的过程，其中解交织过程中还承担着虚拟添加的功能，反交织过程则同时要去除虚拟填充。这里虚拟填充为2bit。解交织和反交织不同的是解交织读写过程对应反交织写读过程。对输入的数据存取和发送上，采用两个RAM进行流水工作，解交织原理如图8所示。

RS译码以ALTERA公司IP库上的RS(255，223)译码模块为基础搭建而成，见图9。适应多项式基和对偶基两种表达方式的RS译码工作。

其中T和T^-1分别表示

$T=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 0& 0& 0& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 1& 1& 1& 0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 0& 0& 0& 0& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 0\\ 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 1& 1& 1\\ 0& 1& 1& 1& 1& 0& 1& 1\end{array}\right]$ $T^{-1}=\left[\begin{array}{cccccccc}1& 1& 0& 0& 0& 1& 0& 1\\ 0& 1& 0& 0& 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 1& 0& 1& 1& 1& 0\\ 1& 1& 1& 1& 1& 1& 0& 1\\ 1& 1& 1& 1& 0& 0& 0& 0\\ 0& 1& 1& 1& 1& 0& 0& 1\\ 1& 0& 1& 0& 1& 1& 0& 0\\ 1& 1& 0& 0& 1& 1& 0& 0\end{array}\right]$

●VCDU分路提取单元

VCDU分路提取单元用于对接收自数据译码器的RS译码后数据，检查VCDU主导头中的VCDU-ID，将VCDU按不同业务类型进行分路，完成以下三个功能：

1)去除填充VCDU；

2)VCDU提取；

3)完成质量信息生成。

质量信息包括每帧同步状态、每个虚拟信道VCDU丢失情况。因此，在进行VCDU分离的同时，提取VCDU主导头中虚拟信道计数单元内容，统计虚拟信道计数连续性，从而得到每个虚拟信道VCDU丢失情况，并将质量信息存储到数据缓存分发单元。

VCDU提取单元主要功能是按照业务类型提取用户数据，在本系统中主要完成位流业务数据的提取。

位流业务是将某些对CCSDS主网(CPN)来说其字边界未知的数据通过空间链路子网(SLS)传送。位流业务将来自每个SLS用户的位流切短成若干数据块，这些数据块的大小刚好是一个指定虚拟信道数据单元的固定长度数据域。为了使位流与固定长度数据域相匹配，可以透明地加入或去掉填充数据。来自不同的SLS用户的位流不能用位流业务多路合并到一个虚拟信道上传输。也就是一个虚拟信道只用于一个位流数据源。位流传送可以是“同步”的，也可以是“异步”的，但保持顺序。主要用于高速率的实时同步数据的传送。

如果在B-PDU传输前收到的位流数据的位数不够，则B-PDU构成功能将用局部指定的填充格式填充B-PDU中未填满的部分。通过在B-PDU导头中设置一个“位流数据指针”，指示有效用户数据末端和填充数据始端之间的边界。也就是B-PDU位流数据区内的最后一个有效用户数据位的位置，若位流数据区中没有填充数据，则位流数据指针将被置为全“1”，若位流数据区内没有有效的数据用户，则位流数据指针被置为“全1减1”。

位流提取功能用于从B-PDU中提取位流数据。所提取的位流数据传送给VCDU-ID参数标识的位流业务用户。如果使用位流数据丢失标志，它向用户指明：在数据的传输中丢失了不确定数量的数据。位流数据丢失标志只表明位流规约数据单元内可能有中断，而不是位流本身必须中断。

位流业务依据B-PDU导头的位流数据指针进行判断。按照位流数据指针，在B-PDU数据区读取位流数据，共有三种处理情况，如图10所示。

●数据缓存分发单元

数据缓存分发单元主要是用于存储提取的经过帧同步并加上时间标记的成帧数据、用户数据和质量信息，通过CPCI总线经过数据网络分发给各个用户，或按照系统管理者设定的接口关系，由数字输入/输出接口输出给用户。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，包括：

解调器，用于对接收自前端的两路中频模拟信号分别进行中频信道、分集合成、载波解调和码同步处理，得到到I、Q两路串行数据，并将该I、Q两路串行数据和时钟信号同时送入CCSDS处理器；

CCSDS处理器，用于对接收自解调器的I、Q两路串行数据和时钟信号进行帧同步、解随机化、RS译码和虚拟信道数据单元提取，并给出译码质量信息，然后进行存盘和分发处理。

2.根据权利要求1所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述解调器接收前端送来的两路中频模拟信号，对这两路中频模拟信号分别进行输入匹配隔离、自动增益控制放大和带通滤波，得到两路恒定电平的带限信号，然后对这两路带限信号进行高速模拟/数字采样，得到两路中频数字信号，接着将该两路中频数字信号与本地数字载波进行正交混频和低通滤波整形，得到I、Q两路正交基带信号，再对这两路基带信号进行码同步后，得到I、Q两路串行数据，送入CCSDS处理器。

3.根据权利要求1或2所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述解调器包括依次连接的中频信道装置、分集合成装置、载波解调装置和码同步装置，其中：

中频信道装置，用于对接收自前端的70MHz中频信号进行自动增益控制放大，然后进行模拟带通滤波，滤除信号有效带宽之外的频率分量，避免采样时发生频谱混叠，然后依据带通采样定理进行模拟/数字转换，将模拟信号转换为数字信号，得到两路数字中频信号送入分集合成装置；

分集合成装置，用于对接收自中频信道装置的两路数字中频信号分别进行正交下变频，变为零中频信号，然后对这两路零中频信号进行差模鉴相，得到两路零中频信号之间的相位误差，再将该相位误差送入差模环路滤波器，得到两路本地载波数字控制振荡器的差模控制量，再将该差模控制量与载波解调装置送来的共模控制量合成，同时将得到的两路合成后的I路和Q路信号输出给载波解调装置；

载波解调装置，用于对接收自分集合成装置的两路合成后的I路和Q路信号进行载波鉴相，鉴相结果经过环路滤波后，得到共模控制量，送至分集合成装置，完成共模环闭环过程；同寸，载波解调装置将这两路合成后的I路和Q路信号传送给码同步装置；

码同步装置，用于采用数据转换跟踪环路，并结合重采样方法，对接收自载波解调装置的两路合成后的I路和Q路信号首先经过重采样，使数据样点变为码率整数倍，再对信号进行同相积分和中相积分，经过码元判决或延迟得到I路和Q路两路串行数据和时钟，并将该I路和Q路两路串行数据和时钟输出给CCSDS处理器。

4.根据权利要求3所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述中频信道装置进一步根据分集合成装置送来的反馈控制信号控制放大增益，实现自动增益控制。

5.根据权利要求3所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述分集合成装置进一步使用所述两路合成后的I路和Q路信号控制本地载波数字控制振荡器，实现差模闭环过程。

6.根据权利要求5所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述分集合成装置支持二重分集合成功能，具有一分集合成环路，该分集合成环路采用对称分集锁相环。

7.根据权利要求6所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述对称分集锁相环由共模环和差模环组成，其中，共模环用于跟踪输入信号的公共频率和相位变化，实现在载波解调装置；差模环用于跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振数字控制振荡器频率和相位，保证两路信号的合成。

8.根据权利要求7所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述解调器采用对称分集锁相环和自动增益控制/调幅加权最大比合成器，利用共模环跟踪输入信号的公共频率和相位变化，差模环跟踪两路输入信号之间的频率和相位变化，并对称控制两路输入信号的对应的本振数字控制振荡器频率和相位，保证跟踪的连续性；同时，所述解调器将共模环和差模环的输出作为控制信号，输出无相位阶跃，实现快衰落信号的分集合成，避免信号深衰落造成的数据丢失。

9.根据权利要求3所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述码同步装置采用数据转换跟踪环来提取码同步信息。

10.根据权利要求1所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述CCSDS处理器包括：

帧同步器，用于按照CCSDS帧格式对所述解调器输入的高速串行数据流和同步时钟信号完成数据帧同步，产生帧同步脉冲、字同步脉冲及帧锁定状态指示，输出给解随机化单元；

解随机化单元，用于去掉叠加在CADU上的伪随机化数据，将帧同步以后的数据恢复成原始数据，并输出给数据译码器；

数据译码器，用于对接收自解随机化单元的数据进行RS译码，得到纠错后的数据，输出给VCDU的分路提取单元，同时送入数据缓存分发单元；

VCDU分路提取单元，用于对接收自数据译码器的RS译码后数据，检查VCDU主导头中的VCDU-ID，将VCDU按不同业务类型进行分路，去除填充VCDU，进行VCDU提取，并完成质量信息生成，然后将提取的经过帧同步并加上时间标记的成帧数据、用户数据和质量信息存储到数据缓存分发单元；

数据缓存分发单元，用于存储提取的经过帧同步并加上时间标记的成帧数据、用户数据和质量信息，通过CPCI总线经过数据网络进行分发，或按照系统管理者设定的接口关系，由数字输入/输出接口输出。

11.根据权利要求10所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述帧同步器包括帧相关器、三态转换器和字同步器，其中：

帧相关器，用于将串行数据与预先设置的帧同步码组逐位实时进行相关比较，得到误码个数，进而检出串行信号中的帧同步码组，得到搜索、校核、锁定或极性指示信号，输出给三态转换器；

三态转换器，用于对接收自帧相关器的搜索、校核、锁定或极性指示信号进行转换，增强帧同步器对错锁和漏锁的免疫能力；

字同步器，用于利用帧同步脉冲将脉码调制串行数据划分成帧，在每帧的里面，根据设置的字长将比特流划分成字，完成帧格式的提取，并送出字同步脉冲。

12.根据权利要求11所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述帧同步器中的工作参数为可编程控制，并具有反序同步的能力，保证对于星载记录器回放的需求；在帧码组同步后，帧同步器对数据流进行处理，将反序的数据流转换为正序的数据流。

13.根据权利要求11所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述帧同步器以搜索态、校核态和锁定态三态方式工作，对应于搜索、校核和锁定三种状态，帧相关器分别设置有不同的容错数，用某一状态下的容错数与误码个数作比较，在误码个数小于等于容错数时，给出检出帧同步码的指示，反之给出未检出帧同步码的指示。

14.根据权利要求13所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述帧相关器进一步输出一个极性指示信号，若该信号为高电平，则表示检出了正极性串码信号的帧同步码组；该信号为低电平，则表示检出了反极性串码信号的帧同步码组。

15.根据权利要求13所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述搜索、校核和锁定三个状态在一个时刻只有一种状态出现，并由帧锁定状态指示信号指示出来；所述三态转换器在启动时处于搜索态，使搜索态判决指示信号有效；一旦该信号指示检出，则三态转换器转到校核态，在校核态下，校核态判决指示信号有效，一旦该信号指示未检出，则回到搜索态；若连续出现指示为检出的次数达到预置的校核帧数，则转到锁定态，送出帧同步脉冲；在锁定态下，锁定态判决指示信号有效，若连续出现该信号指示为未检出的次数达到预置的锁定帧数，则回到搜索态，否则保持锁定态。

16.根据权利要求10所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述解随机化单元是按照高级在轨系统标准规定的多项式要求设计的一个随机序列发生器，产生的随机序列与物理信道数据单元中除同步码组外的每一位异或，可得到解随机化的VCDU。

17.根据权利要求16所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述解随机化单元采用的随机序列的生成多项式为F(x)＝x⁸+x⁷+x⁵+x³+1，其周期为255。

18.根据权利要求10所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述VCDU分路提取单元是按照业务类型提取用户数据，完成位流业务数据的提取，在进行VCDU分离的同时，提取VCDU主导头中虚拟信道计数单元内容，统计虚拟信道计数连续性，从而得到每个虚拟信道VCDU丢失情况，并将质量信息存储到数据缓存分发单元。

19.根据权利要求10或18所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述VCDU分路提取单元提取的质量信息包括每帧同步状态，以及每个虚拟信道VCDU丢失情况。

20.根据权利要求18所述的对类CCSDS标准的探测器下行数据进行解调处理的系统，其特征在于，所述位流业务是将某些对CCSDS主网来说其字边界未知的数据通过空间链路子网传送；位流业务将来自每个空间链路子网用户的位流切短成若干数据块，这些数据块的大小刚好是一个指定虚拟信道数据单元的固定长度数据域；来自不同的空间链路子网用户的位流不能用位流业务多路合并到一个虚拟信道上传输，一个虚拟信道只用于一个位流数据源。

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