CN102368690A - 微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置，该方法包括：对第一PM中频信号进行模数转换、下变频处理、相位解调处理，生成解调信号；从解调信号中提取二进制相移键控信号，进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将第一调制信号和从解调信号中提取的测距音信号叠加后进行相位调制处理成第二调制信号；对第二调制信号进行上变频处理、数模转换处理，生成第二PM中频信号并发送。本发明提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置，实现了对模拟形式的PM信号的数字化处理，减小了中频与基带处理装置的体积、重量和功耗。

Description

微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置

技术领域

本发明涉及航天信息技术，尤其涉及一种微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置。

背景技术

微纳卫星通常指质量小于10千克、具有实际使用功能的卫星。随着高新技术的发展和需求的推动，微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短，可编队组网，以更低的成本完成很多复杂的空间任务的优势，在科研、国防和商用等领域发挥着重要作用。

测控应答机是微纳卫星的测控通信系统的重要组成部分，其主要任务是完成测距音信号的透明转发以及遥控遥测信息的上传和下传。统一S波段(Unified S-Band，简称USB)测控体系是一种常用的卫星测控体系，它采用线性调相频分多路体制完成地面测距与星上实时遥控遥测任务，广泛应用于航天器测控。目前常用的USB测控系统中多采用模拟电路完成射频端的上下变频、调制解调等功能。由于模拟电路的体积和重量较大，该种方式不适用于微纳卫星的测控通信系统的设计与实现。

发明内容

本发明提供一种微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置，以实现对PM信号的数字化处理，减小中频与基带处理装置的体积、重量和功耗。

本发明提供一种微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，包括：

对接收到的第一相位调制PM中频信号进行模数转换，生成采样信号；

对所述采样信号进行下变频处理，生成下变频信号；

对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号；

从所述解调信号中提取二进制相移键控信号，对所述二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；

从所述解调信号中提取测距音信号；

对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将所述第一调制信号和所述测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号；

对所述第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号；

对所述上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将所述第二PM中频信号发送。

本发明提供一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置，包括：

模数转换模块，用于对接收到的第一相位调制PM中频信号进行模数转换，生成采样信号；

下变频模块，用于对所述采样信号进行下变频处理，生成下变频信号；

相位解调模块，用于对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号；

遥控信息提取模块，用于从所述解调信号中提取二进制相移键控信号，对所述二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；

测距音信息提取模块，用于从所述解调信号中提取测距音信号；

调制模块，用于对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将所述第一调制信号和所述测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号；

上变频模块，用于对所述第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号；

数模转换模块，用于对所述上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将所述第二PM中频信号发送。

由上述技术方案可知，本发明提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置，可以将模拟形式的第一PM中频信号转换为数字形式的采样信号，对该采样信号进行下变频处理和PM解调，提取测距音信号和二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行BPSK解调，提取遥控信息，以实现上行通道的任务。并将遥测信号进行BPSK后与测距音信号叠加，再进行PM调制、上变频和数模转换后，生成模拟形式的第二PM中频信号，以实现下行通道任务。实现了对模拟形式的PM信号的数字化处理，无需采用模拟器件实现，减小了中频与基带处理装置的体积、重量和功耗。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置结构示意图。

附图标记：

11-模数转换模块；        12-下变频模块；

13-相位解调模块；        14-遥控信息提取模块；

15-测距音信息提取模块；  16-调制模块；

17-上变频模块；          18-数模转换模块；

131-正交解调单元；       132-滤波降采样单元；

133-反正切解调单元；     19-载波同步模块；

191-误差获取单元；       192-捕获调整单元；

193-跟踪调整单元；       161-基带单元；

162-二进制相移键控调制单元；  163-叠加单元；

164-相位调制单元；            21-星载数据管理系统；

22-微纳卫星测控数字中频与基带处理装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，在附图或说明书中，相似或相同的元件皆使用相同的附图标记。

图1为本发明实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法流程图。如图1所示，本实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法具体可以应用于微纳卫星中，微纳卫星的测控应答机接收地面发送的射频信号，该射频信号是经过相位调制(Phase Modulation，简称PM)处理的信号，包含有经过二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying，简称BPSK)调制的遥控信号和测距音信号。通过对遥控信号的解析，可以实现地面测控站对微纳卫星的控制，通过对测距音信号的转发，可以实现对微纳卫星的定位。测控应答机将接收到的射频信号首先经过模拟下变频处理后，生成中频信号，即第一PM中频信号，再通过微纳卫星测控数字中频与基带处理装置对该第一PM中频信号进行处理。微纳卫星测控数字中频与基带处理装置可以通过软件和/或硬件的方式来实现，可以集成在微纳卫星的测控应答机中，也可以单独设置微纳卫星测控数字中频与基带处理装置。

本实施例的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法具体包括：

步骤10、对接收到的第一PM中频信号进行模数转换，生成采样信号；

第一PM中频信号为模拟信号，对第一PM中频信号进行模数转换，生成采样信号，采样信号为数字信号。在本实施例中中，第一PM中频信号的中心频点为30MHz，对第一PM中频信号进行模数转换的采样率具体可以为150Msps，采样率具体可以根据实际信号处理需要来设置，不以本实施例为限。

步骤20、对采样信号进行下变频处理，生成下变频信号；

对采样信号进行下变频处理，将采样信号的载波频率降低到适合处理的频率，具体的下变频信号的可以为中心频点为1.5MHz、采样率为15Msps的信号。

步骤30、对下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号；

对下变频信号进行相位解调(PM解调)处理，生成解调信号，解调信号具体为上行基带信号，包含有二进制相移键控信号和测距音信号。

步骤40、从解调信号中提取二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；

从解调信号中提取二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调(BPSK解调)处理，具体对解调信号的副载波部分进行解调，生成遥控基带二进制码流，遥控基带二进制码流具体可以为地面遥控指令信号。在本实施例中，遥控BPSK调制信号(即二进制相移键控信号)的副载波频率为8KHz。然后可以将生成的遥控基带二进制码流通过接口传输给星载数据管理系统，星载数据管理系统再对遥控基带二进制码流进行相应的处理。

步骤50、从解调信号中提取测距音信号；

具体可以对解调信号进行滤波，以提取测距音信号。

步骤60、对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将第一调制信号和测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号；

遥测信号具体可以为星载数据管理系统传输的实时数据，遥测信号为二进制码流。对遥测信号进行二进制相移键控(BPSK)调制处理，生成第一调制信号，即将实时数据按照预设格式调制在下行基带信号的副载波上。在本实施例中，遥测BPSK信号(即第一调制信号)的副载波频率为65.536KHz。再将第一调制信号和测距音信号进行叠加，组成视频信号，再将视频信号以相位调制(PM)方式调制到中频载波信号上，以生成第二调制信号。

步骤70、对第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号；

对第二调制信号进行上变频处理，将第二调制信号的载波频率升高到适合处理的频率，以生成上变频信号，在本实施例中，上变频信号的中心频点具体为30MHz。

步骤80、对上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将第二PM中频信号发送。

第二PM中频信号为模拟信号，可以将第二PM中频信号传输给射频发射单元，射频发射单元将第二PM中频信号放大、变频到频率、功率都适合的射频信号输出至天线以供发射。

本实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，可以将模拟形式的第一PM中频信号转换为数字形式的采样信号，对该采样信号进行下变频处理和PM解调，提取测距音信号和二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行BPSK解调，提取遥控信息，以实现上行通道的任务。并将遥测信号进行BPSK后与测距音信号叠加，再进行PM调制、上变频和数模转换后，生成模拟形式的第二PM中频信号，以实现下行通道任务。实现了对模拟形式的PM信号的数字化处理，无需采用模拟器件实现，减小了中频与基带处理装置的体积、重量和功耗。

在本实施例中，步骤20、对采样信号进行下变频处理，生成下变频信号，具体可以包括如下步骤：

步骤201、将采样信号与第一常量信号相乘，生成第一混频信号；

第一常量信号具体可以由直接数字式频率合成器(Direct DigitalSynthesizer，简称DDS)产生，第一常量信号的频率可以根据测控应答机系统需要设置。

假设，采样信号为：

s_IF(n)＝A(n)cos(ω₁t+Φ(n))

第一常量信号为：

s_LO(n)＝cos(ω₂n)

将采样信号S_IF(n)与第一常量信号S_LO(n)相乘，生成的第一混频信号为：

$s_{\mathrm{MIX}1}\left(n\right)=\frac{1}{2}A\left(n\right)\cos [({\mathrm{\ω}}_1-{\mathrm{\ω}}_2)n+\mathrm{\Φ}\left(n\right)]+\frac{1}{2}A\left(n\right)\cos [({\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_2)n+\mathrm{\Φ}\left(n\right)]$

步骤202、对第一混频信号进行第一预设点平均降速处理，生成下变频信号。

对第一混频信号S_MIX1(n)进行第一预设点平均降速处理，滤掉高频分量，得到的下变频信号为：

s_I(n)＝A(n)cos[(ω₁-ω₂)n+Φ(n)]

预设点平均降速的实现结构一般为“直接型(Direct form)”，无乘法运算，预设点M的数值具体根据实际需要来设置，不以本实施例为限。本实施例采用10点平均降速算法，此实现结构共使用9个移位寄存器单元，一个加法器。以10点平均降速算法为例的预设点平均降速算法的具体步骤为：通过对每10个连续输入10点平均降速算法模块的样值求算数平均值，并将所述算数平均值输出；然后再对下10个连续输入的样值进行相同运算并输出，反复进行从而实现10倍降采样和低通滤波功能。由于未使用乘法器，通过10平均降速算法获得下变频信号能够有效减少资源占用率，同时也有效减少了延迟时间。

在本实施例中，步骤30、对下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号，具体可以包括如下步骤：

步骤301、根据本地载波信号对下变频信号进行正交解调处理，分别生成第一正交解调信号和第二正交解调信号；

假设下变频信号为：

S_IF(t)＝cos[ω_Ct+Φ(t)]

本地载波信号可以由数字压控振荡器生成，本地载波具体可以为：

$S_{{\mathrm{LO}}_1}\left(t\right)=\cos \left({\mathrm{\ω}}_{C}t\right)$

$S_{{\mathrm{LO}}_2}\left(t\right)=\sin \left({\mathrm{\ω}}_{C}t\right)$

具体的，S_LO1(t)和S_LO2(t)为正交信号，则根据本地载波信号S_LO1(t)和S_LO2(t)对下变频信号S_IF(t)进行正交解调处理，分别生成的第一正交解调信号和第二正交解调信号为：

$S_I\left(t\right)=\frac{1}{2}\left\{\cos \right[({2\mathrm{\ω}}_C+t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)]+\cos \mathrm{\Φ}\left(t\right)\}$

$S_Q\left(t\right)=\frac{1}{2}\left\{\sin \right[({2\mathrm{\ω}}_C+t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)]-\sin \mathrm{\Φ}\left(t\right)\}$

第一正交解调信号S_I(t)和第二正交解调信号S_Q(t)均为和频与差频信号。

步骤302、对第一正交解调信号和第二正交解调信号分别进行第二预设点平均降速处理，分别生成第一处理信号和第二处理信号；

对第一正交解调信号S_I(t)和第二正交解调信号S_Q(t)分别进行第二预设点平均降速处理，具体可以为10点平均降速处理，以滤除第一正交解调信号S_I(t)和第二正交解调信号S_Q(t)中的和频信号，并实现降采样，预设点M的数值具体根据实际需要来设置，不以本实施例为限。生成的第一处理信号和第二处理信号分别为：

S′_I(t)＝cosΦ(t)

S′_Q(t)＝sinΦ(t)

通过10点平均降速算法对第一正交解调信号和第二正交解调信号进行处理，同时实现对信号的滤波和降采样，可以减少资源占用率和延迟时间。

步骤303、对第一处理信号和第二处理信号的比值进行反正切运算，生成解调信号。

第一处理信号S_I’(t)和第二处理信号S_Q’(t)的比值为：

$S_D\left(t\right)=\frac{{S_Q}^{\′}\left(t\right)}{{S_I}^{\′}\left(t\right)}=\tan \mathrm{\Φ}\left(t\right)$

再计算S_D(t)的反正切值，得到解调信号：

S_E(t)＝Φ(t)

优选地，可以采用基于坐标旋转数字计算方法(Coordinate Rotation DigitalComputer，简称CORDIC算法)的鉴相器实现反正切处理。CORDIC算法使得矢量的旋转和定向运算不需要三角函数表以及乘法、开方、反三角函数等复杂运算，仅需进行加减和移位。如果设定第一PM中频信号最大相移为1.73rad，使用CORDIC算法不会产生相位模糊。

在实际应用中，30MHz/150Msps的采样信号包含2个载波，其中统一S频段(Unified S Band，简称USB)载波的频率在29MHz。采样信号与27.5MHz的第一常量信号混频后中心频率下变频到1.5MHz，采样率降低到15Msps，其镜像频率为56.5MHz。中心频率为1.5MHz的下变频信号与中心频率为1.5MHz本地载波信号进行混频后再进行正交解调，其镜像频率为3MHz。设定预设点M＝10，采样率为150Msps，对15MHz、30MHz、45MHz和60MHz陷波点处，依次对带宽1.49MHz、2.90MHz、4.02MHz和4.83MHz内的窄带信号具有大于26dB的抑制能力，延迟时间为5个采样周期，提高了对窄带信号的抑制能力。而且由于大大减小了延迟时间，提高了对测距音信号提取、转发的效果。在本实施例中，也可以采用等纹波方式逼近的有限长单位冲激响应(Finite Impulse Response，简称FIR)滤波器来实现信号的滤波，不以本实施例为限。

在实际应用中，地面测控站的发射机发射的信号的载波和微纳卫星的接收机接收到的信号的载波往往存在频率和相位的误差，需要进行载波同步。在本实施例中，步骤30、对下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号，之后，还可以包括载波同步的步骤，具体为：

步骤90、对解调信号进行低通滤波和抽取处理，获取载波的频率和相位误差；

步骤91、通过捕获算法调整本地载波信号的频率，使载波的频率和相位误差减小到预设范围；

捕获算法具体可以采用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，简称FFT)捕获算法，通过捕获算法调整本地载波信号的频率，使载波的频率和相位误差减小到预设范围，该预设范围具体为可以切换为跟踪算法的范围。

步骤92、若判断获知载波的频率和相位误差减小到预设范围，则通过跟踪算法调整本地载波信号的频率，使载波的频率和相位误差减小到零。

跟踪算法具体可以采用锁频环/锁相环(Frequency-LockedLoop/Phase-Locked Loop，简称FLL/PLL)跟踪算法，可以提高动态跟踪效果。

获取载波的频率和相位误差的具体方法可以为：

假设未同步的下变频信号为：

S_IF(t)＝cos[(ω_C+Δω)t+Φ(t)+ΔΦ]

其中，ω_C是下变频信号的频率，Δω，ΔΦ分别是发射机与接收机之间的载波频率和相位误差，Φ(t)是调制到载波上的基带信号。

本地载波为：

$S_{{\mathrm{LO}}_1}\left(t\right)=\cos \left({\mathrm{\ω}}_{C}t\right)$

$S_{{\mathrm{LO}}_2}\left(t\right)=\sin \left({\mathrm{\ω}}_{C}t\right)$

则根据本地载波信号S_LO1(t)和S_LO2(t)对下变频信号S_IF(t)进行正交解调处理，分别生成的第一正交解调信号和第二正交解调信号为：

$S_I\left(t\right)=\frac{1}{2}\left\{\cos \right[({2\mathrm{\ω}}_C+\mathrm{\Δ\ω})t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)+\mathrm{\Δ\Φ}]+\cos [\left(\mathrm{\Δ\ω}\right)t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)+\mathrm{\Δ\Φ}\left]\right\}$

$S_Q\left(t\right)=\frac{1}{2}\left\{\sin \right[({2\mathrm{\ω}}_C+\mathrm{\Δ\ω})t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)+\mathrm{\Δ\Φ}]-\sin [\left(\mathrm{\Δ\ω}\right)t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)+\mathrm{\Δ\Φ}\left]\right\}$

将第一正交解调信号和第二正交解调信号的二倍频成分滤掉后，生成的第一处理信号和第二处理信号分别为：

S′_I(t)＝cos[(Δω)t+Φ(t)+ΔΦ]}

S′_Q(t)＝sin[(Δω)t+Φ(t)+ΔΦ]}

第一处理信号S_I’(t)和第二处理信号S_Q’(t)的比值为：

$S_D\left(t\right)=\frac{{S_Q}^{\′}\left(t\right)}{{S_I}^{\′}\left(t\right)}=\tan (\left(\mathrm{\Δ\Φ}\right)t+\mathrm{\Φ}\left(t\right)+\mathrm{\Δ\Φ})$

再计算S_D(t)的反正切值，得到了包含了Δω，Φ(t)和ΔΦ的估计值：

S_E1(t)＝(Δω)t+Φ(t)+ΔΦ

用滤波器消除Φ(t)，得到：

S_E2(t)＝(Δω)t+ΔΦ

假设ΔΦ是在一个差分步长内可以当作常量处理的缓变量，计算S_E2(t)的微分值，得到：

$S_{E3}\left(t\right)=\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(S_{E2}\left(t\right)\right)=\mathrm{\Δ\ω}$

S_E3(t)为Δω的估计值。

对频率误差进行补偿，则S_E2(t)＝ΔΦ，得到了ΔΦ的估计值。

当频率和相位误差均已得到补偿时，信号得到解调。

通过对载波的同步，可以进一步提高对下变频信号的解调效果，提高解调信号的准确性。

在本实施例中，步骤60、对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将第一调制信号和测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号，具体可以包括如下步骤：

步骤601、将接收到的遥测信号转换为脉冲信号；

接收到的遥测信号具体为二级制码流信号，在对遥测信号调制之前，需要将二进制码流信号转换成二进制相移键控调制所需的脉冲信号。

步骤602、对脉冲信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号；

步骤603、对测距音信号进行内插处理，将内插处理后的测距音信号和第一调制信号进行叠加，生成叠加信号；

具体的，可以对测距音信号进行10倍内插处理，以提高测距音信号的采样率。

步骤604、对叠加信号进行相位调制，生成第二调制信号。

在本实施例中，步骤70、对第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号，具体可以包括如下步骤：

步骤701、对第二调制信号进行内插处理，生成升采样信号；

具体可以对第二调制信号进行10倍内插处理。

步骤702、将升采样信号和第二常量信号相乘，生成第二混频信号；

第一常量信号具体也可以由DDS产生，第一常量信号的频率可以根据测控应答机系统需要设置。

步骤703、对第二混频信号进行带通滤波处理，生成上变频信号。

图2为本发明实施例提供的一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置结构示意图。如图2所示，本实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置22具体可以实现本发明任意实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，可以通过现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)实现，也可以通过其他可编程控制芯片实现，还可以通过数字电路实现，不以本实施例为限。

本实施例的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置22包括模数转换模块11、下变频模块12、相位解调模块13、遥控信息提取模块14、测距音信息提取模块15、调制模块16、上变频模块17和数模转换模块18。模数转换模块11用于对接收到的第一相位调制PM中频信号进行模数转换，生成采样信号。下变频模块12用于对采样信号进行下变频处理，生成下变频信号。相位解调模块13用于对下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号。遥控信息提取模块14用于从解调信号中提取二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流。然后可以将生成的遥控基带二进制码流通过接口传输给星载数据管理系统21，星载数据管理系统21再对遥控基带二进制码流进行相应的处理。测距音信息提取模块15用于从解调信号中提取测距音信号。调制模块16用于对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将第一调制信号和测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号。遥测信号具体可以为星载数据管理系统21传输的实时数据。上变频模块17用于对第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号。数模转换模块18用于对上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将第二PM中频信号发送。

本实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置22，可以将模拟形式的第一PM中频信号转换为数字形式的采样信号，对该采样信号进行下变频处理和PM解调，提取测距音信号和二进制相移键控信号，对二进制相移键控信号进行BPSK解调，提取遥控信息，以实现上行通道的任务。并将遥测信号进行BPSK后与测距音信号叠加，再进行PM调制、上变频和数模转换后，生成模拟形式的第二PM中频信号，以实现下行通道任务。实现了对模拟形式的PM信号的数字化处理，无需采用模拟器件实现，减小了中频与基带处理装置的体积、重量和功耗。

图3为本发明实施例提供的另一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置结构示意图。如图3所示，在本实施例中，相位解调模块13具体可以包括正交解调单元131、滤波降采样单元132和反正切解调单元133。正交解调单元131用于根据本地载波信号对下变频信号进行正交解调处理，分别生成第一正交解调信号和第二正交解调信号。滤波降采样单元132用于对第一正交解调信号和第二正交解调信号分别进行第二预设点平均降速处理，分别生成第一处理信号和第二处理信号。反正切解调单元133对第一处理信号和第二处理信号的比值进行反正切运算，生成解调信号。具体的，本地载波可以由数字压控振荡器产生，正交解调单元131可以包括两个乘法器，以实现对下变频信号的正交解调。反正切解调单元133具体可以为采用CORDIC算法的鉴相器。

在本实施例中，微纳卫星测控数字中频与基带处理装置22具体还可以包括载波同步模块19，载波同步模块19包括误差获取单元191、捕获调整单元192和跟踪调整单元193。误差获取单元191用于对解调信号进行低通滤波和抽取处理，获取载波的频率和相位误差。捕获调整单元192用于通过捕获算法调整本地载波信号的频率，使载波的频率和相位误差减小到预设范围。跟踪调整单元193用于若判断获知载波的频率和相位误差减小到预设范围，则通过跟踪算法调整本地载波信号的频率，使载波的频率和相位误差减小到零。捕获调整单元192和跟踪调整单元193具体可以与提供本地载波的数字压控振荡器相连，以调整数字压控振荡器产生的本地载波的频率。

在本实施例中，调制模块16具体可以包括基带单元161、二进制相移键控调制单元162、叠加单元163和相位调制单元164，基带单元161用于将接收到的遥测信号转换为脉冲信号。二进制相移键控调制单元162用于对脉冲信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号。叠加单元163用于对测距音信号进行内插处理，将内插处理后的测距音信号和第一调制信号进行叠加，生成叠加信号。叠加单元163具体可以为加法器。相位调制单元164用于对叠加信号进行相位调制，生成第二调制信号。

本发明实施例提供的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法及装置，中频与基带部分的USB测控的编码、基带成型、调制解调，以及自定义的一体化通信的编码、调制解调等功能都采用全数字化的方式实现，模拟前端电路仅实现中频至射频的上/下变频、功放以及低噪放的功能。具体而言，本实施例的中频与基带信号处理模块可以对PM信号进行解调，提取PM信号中的测距音信号和遥控信号，并将测距音信号和遥测信号进行PM调制后输出。数字化的中频与基带处理方法及装置能够使的微纳卫星的测控系统体积与重量大大减小，从而适应了微纳卫星的系统需求。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，包括：

对接收到的第一相位调制PM中频信号进行模数转换，生成采样信号；

对所述采样信号进行下变频处理，生成下变频信号；

对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号；

从所述解调信号中提取二进制相移键控信号，对所述二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；

从所述解调信号中提取测距音信号；

对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将所述第一调制信号和所述测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号；

对所述第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号；

对所述上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将所述第二PM中频信号发送。

2.根据权利要求1所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，所述对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号，包括：

根据本地载波信号对所述下变频信号进行正交解调处理，分别生成第一正交解调信号和第二正交解调信号；

对所述第一正交解调信号和所述第二正交解调信号分别进行第二预设点平均降速处理，分别生成第一处理信号和第二处理信号；

对所述第一处理信号和所述第二处理信号的比值进行反正切运算，生成所述解调信号。

3.根据权利要求2所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，所述对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号之后，还包括：

对所述解调信号进行低通滤波和抽取处理，获取载波的频率和相位误差；

通过捕获算法调整所述本地载波信号的频率，使所述载波的频率和相位误差减小到预设范围；

若判断获知所述载波的频率和相位误差减小到第一预设范围，则通过跟踪算法调整所述本地载波信号的频率，使所述载波的频率和相位误差减小到第二预设范围。

4.根据权利要求1所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，所述对所述采样信号进行下变频处理，生成下变频信号，包括：

将所述采样信号与第一常量信号相乘，生成第一混频信号；

对所述第一混频信号进行第一预设点平均降速处理，生成所述下变频信号。

5.根据权利要求1所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，所述对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将所述第一调制信号和所述测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号，包括：

将接收到的遥测信号转换为脉冲信号；

对所述脉冲信号进行二进制相移键控调制处理，生成所述第一调制信号；

对所述测距音信号进行内插处理，将内插处理后的测距音信号和所述第一调制信号进行叠加，生成叠加信号；

对所述叠加信号进行相位调制，生成所述第二调制信号。

6.根据权利要求1所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理方法，其特征在于，所述对所述第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号，包括：

对所述第二调制信号进行内插处理，生成升采样信号；

将所述升采样信号和第二常量信号相乘，生成第二混频信号；

对所述第二混频信号进行带通滤波处理，生成所述上变频信号。

7.一种微纳卫星测控数字中频与基带处理装置，其特征在于，包括：

模数转换模块，用于对接收到的第一相位调制PM中频信号进行模数转换，生成采样信号；

下变频模块，用于对所述采样信号进行下变频处理，生成下变频信号；

相位解调模块，用于对所述下变频信号进行相位解调处理，生成解调信号；

遥控信息提取模块，用于从所述解调信号中提取二进制相移键控信号，对所述二进制相移键控信号进行二进制相移键控解调处理，生成遥控基带二进制码流；

测距音信息提取模块，用于从所述解调信号中提取测距音信号；

调制模块，用于对接收到的遥测信号进行二进制相移键控调制处理，生成第一调制信号，将所述第一调制信号和所述测距音信号叠加后进行相位调制处理，生成第二调制信号；

上变频模块，用于对所述第二调制信号进行上变频处理，生成上变频信号；

数模转换模块，用于对所述上变频信号进行数模转换处理，生成第二PM中频信号，并将所述第二PM中频信号发送。

8.根据权利要求7所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置，其特征在于，所述相位解调模块包括：

正交解调单元，用于根据本地载波信号对所述下变频信号进行正交解调处理，分别生成第一正交解调信号和第二正交解调信号；

滤波降采样单元，用于对所述第一正交解调信号和所述第二正交解调信号分别进行第二预设点平均降速处理，分别生成第一处理信号和第二处理信号；

反正切解调单元，对所述第一处理信号和所述第二处理信号的比值进行反正切运算，生成所述解调信号。

9.根据权利要求8所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置，其特征在于：还包括载波同步模块，所述载波同步模块包括：

误差获取单元，用于对所述解调信号进行低通滤波和抽取处理，获取载波的频率和相位误差；

捕获调整单元，用于通过捕获算法调整所述本地载波信号的频率，使所述载波的频率和相位误差减小到预设范围；

跟踪调整单元，用于若判断获知所述载波的频率和相位误差减小到第一预设范围，则通过跟踪算法调整所述本地载波信号的频率，使所述载波的频率和相位误差减小到第二预设范围。

10.根据权利要求7所述的微纳卫星测控数字中频与基带处理装置，其特征在于，所述调制模块包括：

基带单元，用于将接收到的遥测信号转换为脉冲信号；

二进制相移键控调制单元，用于对所述脉冲信号进行二进制相移键控调制处理，生成所述第一调制信号；

叠加单元，用于对所述测距音信号进行内插处理，将内插处理后的测距音信号和所述第一调制信号进行叠加，生成叠加信号；

相位调制单元，用于对所述叠加信号进行相位调制，生成所述第二调制信号。

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