CN102349097B - 控制卫星遥控发射器/接收器频率的装置及相关发射器和接收器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种根据频率控制对TTC卫星线路发射器和/或接收器的频率F进行控制的装置，所述频率控制的值选自包含不连续地分布在给定频带中的多个频率陷波(503、504、505)的预定频率方案，其特征在于所述装置包括输出参考频率F_OCXO的至少一个晶体振荡器(103)、基于所述参考频率F_OCXO根据关系式(1)输出所述频率F的综合本地振荡器(101)，其中N和R是可编程分频系数、以及数字集成电路(102)，该数字集成电路执行转换表，该转换表将所述预定频率方案的每个频率陷波(503、504、505)映射到连续分布的一组二进制地址，所述二进制地址以二进制字的形式表达所述系数N和R的值，使得所述综合本地振荡器(101)能够产生值与所述频率控制的值相等的所述频率F。

Description

控制卫星遥控发射器/接收器频率的装置及相关发射器和接收器

技术领域

本发明涉及用于卫星遥控接收器或卫星遥测发射器的频率控制装置。

背景技术

发射器/接收器组件位于地球静止卫星或飞掠卫星上，并实现用于遥测、遥控、以及地面站和所述卫星之间的距离测量的线路。该线路称为TTC线路，即遥测、跟踪和命令(Telemetry，Tracking and Command)的首字母缩写，或者称为TCR(遥测、命令和测距，Telemetry，Commandand Ranging)线路。该线路特别用于从地球对卫星的遥控，但也用于遥测，也就是说用于从卫星传输关于航天器状态的信息。更明确地，卫星遥控线路对应于地面发射器和卫星上接收器之间的上行线路。遥测线路对应于位于卫星上的遥测发射器和位于地面站中的接收器之间的下行线路。

在下文中，缩写TTC用于指代具有相同名称的线路。TTC发射器指代遥测发射器，TTC接收器指代遥控接收器，这两个术语所指的设备都位于卫星上。

已知的TTC发射器/接收器结构方案采用本地振荡器，本地振荡器通常提供固定频率或有限数量的频率。尽管如此，可通过使用分数频率综合器使频率成为可编程的。频率的变化范围通常很大，并基于恒定的频率增量对频率进行编程，从而最终得到大数量的可能的频率，该数量等于频率可在其中变化的范围的长度除以所采用的频率增量。重新设置初始固定频率的这种可能性，使得能够例如在轨道位置变化时调整多个卫星的频率，或者能够避免某些拥塞的频率。具有传统的分数频率综合器的TTC结构的主要缺点之一是频率综合器必须考虑非常大的数量的可编程频率。例如对于Ku频带，分数频率综合器可实现500000个不同的频率，从而覆盖750MHz的整个频带。频率综合器能够产生大量的不同频率的能力体现了若干缺点。第一，可用频率的巨大数量使得不可能详尽地验证关于TTC发射器或接收器的所有这些频率的控制的操作。此外，在可用频率的集合中，有一些是不可用的，因为它们对应于分配给另一无线电通信信道的频带，其效果是产生了假警报问题。事实上，在TTC接收器工作于禁止频率的临界配置中，任何对于频率的假控制命令都可能达到极限，因为该禁止频率例如与专用于另一通信线路的频率重叠。

发明内容

功能是频率控制TTC接收器或发射器的智能可编程频率综合器的使用使得上述问题可以缓解。特别地，本发明采用的方案包括可编程频率综合器与智能频率控制装置的联合应用，智能频率控制装置的频率间隙不是系统规则的，而是能够满足与分配给TTC线路的频带的使用相关的用户指定的精确需求。为达此目的，本发明的主题主要是一种用于控制执行智能频率命令的TTC发射器或接受器的频率的装置，该装置的功能是控制本地振荡器，从而使本地振荡器产生选自指定频率范围的值，而不是产生在分配给卫星无线电广播服务的整个频带上的值。

为达此目的，本发明的主题是一种基于频率命令控制TTC卫星线路发射器和/或接收器的频率F的装置，所述频率命令的值选自包含以不连续方式分布在给定频带中的多个频率陷波的预定频率方案，其特征在于所述装置包括提供参考频率F_OCXO的至少一个晶体振荡器、基于所述参考频率F_OCXO根据关系式

提供所述频率F的综合本地振荡器，其中N和R是可编程分频系数、以及数字集成电路，该数字集成电路执行转换表，该转换表将所述预定频率方案的每个频率陷波(503、504、505)映射到以连续方式分布的一组二进制地址，所述二进制地址以二进制字的形式表达所述系数N和R的值，所述二进制字使得所述综合本地振荡器(101)能够产生值与所述频率命令的值相等的所述频率F。

在一变型实施例中，所述数字集成电路是可编程逻辑器件或只读存储器。

本发明的主题还在于一种用于地球静止卫星的遥控接收器，包括至少一个放大和滤波模拟输入电路、在输出端提供第一中频信号的第一频率转换链路、以及数字解调电路，其特征在于所述第一频率转换链路包括至少一个混频器、放大和滤波电路和根据上文所述的频率控制装置。

在一变型实施例中，所述接收器进一步包括第二频率转换链路，该第二频率转换链路接收所述第一频率转换链路的输出信号作为输入，并向所述解调电路提供第二中频信号。

本发明的主题还在于一种用于地球静止卫星或飞掠卫星的遥测发射器，包括至少一个调制电路、放大和滤波电路以及根据上文所述的用于控制所述发射器的频率的装置。

附图说明

阅读以下参考附图的说明书，本发明的其他特征和优点将更加明显，在所述附图中：

图1是由根据本发明所述的装置进行频率控制的卫星遥控接收器的示意图，

图2是由根据本发明所述的装置进行频率控制的卫星遥测发射器的示意图，

图3是能够避开占用的通信信道的控制频率的示例性方案的图示，

图4是根据本发明所述的频率控制装置的示意图，

图5是描述了将频率陷波转换为二进制地址的原理的图示。

具体实施方式

图1表示了根据本发明所述的TTC卫星线路接收器的框图。

该接收器主要由以下元件组成：

一组模拟输入电路106，其功能首先在于输入信号的放大和滤波，以及其次在于所述信号的阻抗匹配，

与根据本发明所述的频率控制装置104和一组放大和滤波电路108相关联的混频器107。这三个元件构成了用于转换到中频的第一链路，其功能是将输入信号的频率转换为由控制装置104提供的中频，

第二链路用于转换到可选的中频109，第二电路包括混频器110、提供固定频率的本地振荡器112、以及放大电路111，

数字解调电路113，其功能是解调所接收的信号，从而恢复发送的数据。

频率控制装置104主要包括转换电路102，该转换电路102接收频率命令105作为输入，并能够数字地控制综合本地振荡器101，该综合本地振荡器101的功能是提供所述卫星遥控接收器的频率，之后该频率作为输入被提供给混频器107。综合本地振荡器101还链接到晶体振荡器103，晶体振荡器103的功能是提供参考频率，综合本地振荡器101基于该参考频率产生卫星遥控接收器的频率。

图2表示了根据本发明所述的TTC卫星线路发射器或遥测发射器的结构的框图。该结构主要由以下元件组成：

如上文所述的频率控制装置104，其功能是产生遥测发射器的频率。该装置104主要包括响应于频率命令105的转换电路102、综合本地振荡器101、以及晶体振荡器103，

调制电路201，其功能是在由控制装置104产生的频率上调制输入信号，

一个或多个放大和滤波电路202，其基于该调制信号产生要传输的模拟信号。

图3示意性地显示了根据本发明所述的示例性控制频率分布方案。卫星通信系统所用的通信频带，例如Ku频带，包括由除了与TTC卫星线路有关的传输之外的传输所占用的无线电通信信道301，302，303，304。本发明包括将用于遥控接收器的可能频率的区域限制到通信频带中没有使用的并且由系统需求指定的某些频率。例如，频率方案中可采用位于通信频带的最小频率F_min和最大频率F_max附近的频率陷波300、305，或者位于占用的无线电通信信道之间的频率陷波306、307、308、309、310，根据本发明的接收器针对所述频率方案必须是能够操作的。一般地，可以在通信频带(例如，可考虑为Ku、K或C频带)中限定N个频率陷波S_i，1≤i≤N。每个所述陷波S_i可包括以规则或不规则方式分布的可变数量的频率M_i。因此根据本发明的遥控接收器或遥测发射器必须工作的可编程频率的总数量M等于每个陷波的频率数量之和，根据以下关系：

$M=\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{M}_i$

根据该频率方案编程接收器的频率的目的，是将可能的频率限制到可用的以及用户要求的陷波。

图4示意性地显示了频率控制装置104的详细框图，频率控制装置104的功能是产生根据本发明所述的遥控接收器或遥测发射器的工作频率。该控制装置104主要包括晶体振荡器103，其功能是为综合本地振荡器101(也称为频率综合器)提供标记为F_OCXO的固定的参考频率。该晶体振荡器103例如为恒温控制晶体振荡器或OCXO。频率综合器101包括以整数因数R分频的分频装置404、能够将分频装置404的输出频率与分频级数(division rank)为N(其中N可为分数)的第二分频装置406的输出组合的混频器405、以及将混频器405的输出与压控振荡器(更公知地为缩写VCO)408的输入链接的频率跟随装置409。压控振荡器408在其输出端提供频率F_VCO，该频率F_VCO以如下关系式与晶体振荡器403的参考频率相关：

$F_{\mathrm{VCO}}=F_{\mathrm{OCXO}}\·\frac{N}{R}.---\left(1\right)$

实施根据本发明的接收器的频率控制的数字集成转换电路102作用于分频器404和406，从而确定N和R的值，使得基于关系式(1)能够产生需要的频率。该数字集成电路可以是可编程逻辑器件、只读存储器或任何其他能够在其输出端提供数字字的装置。该数字集成电路的功能是控制根据本发明的本地振荡器的分频器404，406，从而使分频器404，406应用系数N和R的值，使得能够产生例如图2所示的频率方案的整个频率集合。因此，所述数字集成电路402实施转换表，该转换表的功能是将二进制地址与采用的频率方案的每个频率相关联。二进制地址的集合必须建立连续的集合，从而将频率的选择限制到精确的需求。每个二进制地址映射到相应的程序字，程序字包括也存储在电路102中的系数N和R的值。该方案的优点在于将待编程的地址的数量仅仅限制到TTC卫星线路发射器/接收器指定的和实际使用的可编程频率上。举例来说，能够工作在32个不同频率上的接收器需要限制为5比特(bit)的编程地址字段，而对于现有技术中工作在Ku频带的分数频率综合器来说，500000个频率的编程需要19比特。

图5示意性地显示了由根据本发明的转换电路102执行的转换原理。表示了一组频率陷波503，504，505，这些陷波以不连续的方式分布在频率轴501上。每个陷波包括不同数量的频率，第一陷波503包括以连续或不连续方式分布在该陷波中的M₁个频率，第二陷波504包括M₂个频率，第n个陷波505包括M_n个频率。转换电路102将一组二进制地址与每个所述陷波关联，所述地址的组的集合以连续的方式分布在二进制地址轴502上。转换电路102将包括从0到M₁-1的地址范围的第一组二进制地址506与第一频率陷波503关联。第二频率陷波504由值从M₁到M₁+M₂-1的地址组507表示，对于通过转换频率陷波获得的每个地址组以此类推。

举例来说，频率陷波503可包括以下频率f₁＝13751.1MHz，f₂＝13751.2MHz，f₃＝13751.5MHz和f₄＝13751.6MHz，这些频率不一定是等分布的。对于该示例，转换电路102将地址0映射到数字字对(N₁，R₁)，使得综合本地振荡器能够产生频率f₁。以相似的方式，地址1、2和3映射到数字字对(N₂，R₂)、(N₃，R₃)、(N₄，R₄)，使得能够产生频率f₂、f₃和f₄。

由转换电路102执行的数字转换表的编程是这样进行的：任意地址都对应着根据本发明的用于遥控(或用于遥测)的接收器(或发射器)的有用频率。该转换表将作为输入的二进制地址与用于控制频率综合器的相关频率所必须的编程字进行映射。

本发明的优点之一在于限制了遥控接收器或遥测发射器可工作的可能频率的集合。使用频率控制装置能够在转换表的帮助下对授权的工作频率的集合进行编程，能够大大减轻TTC设备的可测性。此外，本发明还能够避免使用未授权的频率，例如可能已经被另一类型的传输使用的频率。在卫星应用的情况下，根据本发明所述的装置能够产生其值限制在频率方案的精确使用的频率。可产生的频率集合可视作与系统针对的频率方案相匹配的频率掩模。如果频率方案改变，可容易地修改该模板。为达此目的，需要更新装置转换表。最后，数字集成电路的使用使得频率可编程，在卫星的使用寿命期间能够容易地实现频率改变，利用现有技术的结构是不容易实现这一点的，特别是在卫星没有装备任何到该设备的串行线路，并且对于频率状态的改变是通过控制字的增量或减量来实现的情况下。

Claims (5)

1.一种基于频率命令控制TTC卫星线路发射器和/或接收器的频率F的装置，所述频率命令的值选自包含以不连续方式分布在给定频带中的多个频率陷波(503、504、505)的预定频率方案，其特征在于所述装置包括提供参考频率F_OCXO的至少一个晶体振荡器(103)、基于所述参考频率F_OCXO根据关系式

提供所述频率F的综合本地振荡器(101)，其中N和R是可编程分频系数、以及数字集成电路(102)，该数字集成电路执行转换表，该转换表将所述预定频率方案的每个频率陷波(503、504、505)映射到以连续方式分布的一组二进制地址，所述二进制地址以二进制字的形式表达所述系数N和R的值，所述二进制字使得所述综合本地振荡器(101)能够产生值与所述频率命令的值相等的所述频率F。

2.根据前一个权利要求所述的装置，其特征在于所述数字集成电路(102)是可编程逻辑器件或只读存储器。

3.一种用于地球静止卫星或飞掠卫星的遥控接收器，包括至少一个放大和滤波模拟输入电路(106)、在输出端提供第一中频信号的第一频率转换链路(114)、以及数字解调电路(113)，其特征在于所述第一频率转换链路(114)包括至少一个混频器(107)、放大和滤波电路(108)和根据权利要求1至2中的一项所述的基于频率命令控制TTC卫星线路接收器的频率F的装置(104)。

4.根据权利要求3所述的用于地球静止卫星或飞掠卫星的遥控接收器，其特征在于所述接收器进一步包括第二频率转换链路(109)，该第二频率转换链路接收所述第一频率转换链路(114)的输出信号作为输入，并向所述数字解调电路(113)提供第二中频信号。

5.一种用于地球静止卫星或飞掠卫星的遥测发射器，包括至少一个调制电路(201)、放大和滤波电路(202)以及根据权利要求1或2所述的基于频率命令控制TTC卫星线路发射器的频率F的装置(104)。

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