CN102801434A - 一种星载测控接收机 - Google Patents

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本发明涉及一种星载测控接收机，属于遥测遥控技术领域。包括接收通道部分和数字处理部分；接收通道部分包括混频器、滤波器、功分器、窄带带通滤波器、自动增益控制放大器和宽带带通滤波器；数字处理部分包括模拟数字变换器和FPGA。本发明采用宽窄两个滤波放大支路；在数字处理方法上，采用双A/D采样，窄支路辅助宽支路的载波同步方法，获得高灵敏度的同时，兼顾了宽带测距的需要；消除了主载波的频率多普勒和相位之后，遥控解调和测距解调采用全数字结构，可实现多种调制体制、测距信号格式的数字化实现，提升了应答机整体性能和扩展性。

Description

一种星载测控接收机
技术领域
本发明涉及一种星载测控接收机，属于遥测遥控技术领域。
背景技术
我国目前已经开展研制更新的探测器，用于对更遥远的天体进行探测，包括金星、火星、木星等。月球到地球的最远距离约40万公里，而火星到地球的最远距离约4亿公里，距离拓展了1000倍。如此遥远的距离，对星上应答机的灵敏度提出了更高的要求。根据预算，星上应答机的灵敏度需要优于-150dBm。而目前已经飞行的月球卫星CE-1/2上应答机的接收灵敏度只达到了-125dBm。同时深空探测任务需要更大的测距信号带宽，需要达到6MHz，而目前月球卫星的测距带宽只有2MHz左右。
文献《新型星载S波段测控应答机的实现》介绍了一种采用压控振荡器和载波跟踪技术对测控信号的主载波进行跟踪方法。《一种高动态USB应答机的设计与实现》介绍了一种高动态环境中采用数字处理方法实现载波跟踪的方法。上述文献中的接收机设计方法都只是对测控信号中的主载波成分进行了处理，没有提出如何满足高灵敏度和大测距带宽的要求，所以难以适应深空测控通信的需求。
星载测控应答机的接收机功能包括：
1)工作在统一载波体制下，遥控副载波信号采用PM方式调制在主载波上，宽带测距信号通过PM方式调制在主载波上。上行信号频谱包含有残余主载波分量；
2)接收带有频率多普勒的上行射频信号，跟踪其中的载波信号，提取多普勒信息；
3)解调上行射频信号中的遥控副载波；
4)解调上行射频信号中的测距信号。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种星载测控接收机。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种星载测控接收机，该接收机用于统一载波测控体制，该接收机包括接收通道部分和数字处理部分；
接收通道部分包括混频器、滤波器、功分器、窄带带通滤波器、自动增益控制放大器(AGC放大器)1、宽带带通滤波器和自动增益控制放大器(AGC放大器)2；宽带带通滤波器的带宽为测距信号的带宽；窄带带通滤波器的带宽包括主载波带宽和遥控副载波带宽；
射频信号输入后和本振信号经过混频器混合形成低频信号，低频信号经过滤波器过滤后通过功分器，功分器将信号分成相同的两路信号；两路信号中的一路，经过窄带带通滤波器滤波后通过AGC放大器1进行幅度控制和放大，形成中频信号1，中频信号1输入给数字处理部分中的模拟数字变换器(A/D)1；两路信号中的另一路，经过宽带带通滤波器滤波后通过AGC放大器2进行幅度控制和放大，形成中频信号2，中频信号输入给数字处理部分中的模拟数字变换器(A/D)2；
数字处理部分包括模拟数字变换器(A/D)1、模拟数字变换器(A/D)2和FPGA；
A/D1接收从接收通道部分传递过来的中频信号1，对信号进行A/D采样，将中频信号1变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
A/D2接收从接收通道部分传递过来的中频信号2，对信号进行A/D采样，将中频信号2变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
FPGA包括正交下变频1、正交下变频2、数控振荡器NCO1、数控振荡器NCO2、窄支路模块、宽支路模块、遥控副载波解调模块和宽带测距信号解调模块；
A/D1送来的数字信号通过正交下变频1进行频谱搬移，形成窄支路基带信号，窄支路基带信号输入给窄支路模块，窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪，然后输出频率控制字1给数控振荡器NCO1，频率控制字1经过数控振荡器NCO1后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频1进行频谱搬移；当窄支路模块完成对窄支路基带信号的窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，遥控副载波解调模块对窄支路基带信号进行遥控副载波的解调，获得遥控信号；
A/D2送来的数字信号通过正交下变频2进行频谱搬移，形成宽支路基带信号，宽支路基带信号输入给宽支路模块，宽支路模块对宽支路基带信号进行宽支路载波残余相位跟踪，然后输出频率控制字2给数控振荡器NCO2，频率控制字2经过数控振荡器NCO2后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频2进行频谱搬移；窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，向宽支路模块提供辅助控制字；当宽支路模块完成对宽支路基带信号的宽支路载波残余相位跟踪时，宽带测距信号解调模块对宽支路基带信号进行宽带测距信号解调，获得测距信号。
有益效果
本发明采用宽窄两个滤波放大支路；在数字处理方法上，采用双A/D采样，窄支路辅助宽支路的载波同步方法，获得高灵敏度的同时，兼顾了宽带测距的需要；消除了主载波的频率多普勒和相位之后，遥控解调和测距解调采用全数字结构，可实现多种调制体制、测距信号格式的数字化实现，提升了应答机整体性能和扩展性。
附图说明
图1为本发明的星载测控接收机的组成示意图；
图2为FPGA内软件处理组成示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例
一种星载测控接收机，如图1所示，该接收机用于统一载波测控体制，该接收机包括接收通道部分和数字处理部分；
接收通道部分包括混频器、滤波器、功分器、窄带带通滤波器、AGC放大器1、宽带带通滤波器和AGC放大器2；宽带带通滤波器的带宽为测距信号的带宽；窄带带通滤波器的带宽包括主载波带宽和遥控副载波带宽；
射频信号输入后和本振信号经过混频器混合形成低频信号，低频信号经过滤波器过滤后通过功分器，功分器将信号分成相同的两路信号；两路信号中的一路，经过窄带带通滤波器滤波后通过AGC放大器1进行幅度控制和放大，形成中频信号1，中频信号1输入给数字处理部分中的A/D1；两路信号中的另一路，经过宽带带通滤波器滤波后通过AGC放大器2进行幅度控制和放大，形成中频信号2，中频信号输入给数字处理部分中的A/D2；
数字处理部分包括A/D1、A/D2和FPGA；
A/D1接收从接收通道部分传递过来的中频信号1，对信号进行A/D采样，将中频信号1变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
A/D2接收从接收通道部分传递过来的中频信号2，对信号进行A/D采样，将中频信号2变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
FPGA包括正交下变频1、正交下变频2、数控振荡器NCO1、数控振荡器NCO2、窄支路模块、宽支路模块、遥控副载波解调模块和宽带测距信号解调模块，如图2所示；
A/D1送来的数字信号通过正交下变频1进行频谱搬移，形成窄支路基带信号，窄支路基带信号输入给窄支路模块，窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪，然后输出频率控制字1给数控振荡器NCO1，频率控制字1经过数控振荡器NCO1后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频1进行频谱搬移；当窄支路模块完成对窄支路基带信号的窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，遥控副载波解调模块对窄支路基带信号进行遥控副载波的解调，获得遥控信号；
A/D2送来的数字信号通过正交下变频2进行频谱搬移，形成宽支路基带信号，宽支路基带信号输入给宽支路模块，宽支路模块对宽支路基带信号进行宽支路载波残余相位跟踪，然后输出频率控制字2给数控振荡器NCO2，频率控制字2经过数控振荡器NCO2后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频2进行频谱搬移；窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，向宽支路模块提供辅助控制字；当宽支路模块完成对宽支路基带信号的宽支路载波残余相位跟踪时，宽带测距信号解调模块对宽支路基带信号进行宽带测距信号解调，获得测距信号。
射频输入信号中心频率为1020MHz，采用统一载波体制的残余载波线性相位调制模式，其中调制在主载波上的遥控副载波信号频率为8KHz，调制在主载波上的测距信号带宽为6MHz。本振信号频率为1000MHz，经过混频器后，形成低频信号。滤波器设计为中心频率20MHz，带宽6MHz，对低频信号进行滤波。滤波后的信号经过功分器，分成两路相同的信号。一路信号通过带宽为200KHz的窄带带通滤波器进行滤波，并经过AGC放大器1进行自动增益控制的放大，将输出的中频信号功率稳定在6±1dBm，形成中频信号1。中频信号1的中心频率为20MHz，带宽为200KHz，其中完整地保留了主载波分量和遥控副载波分量，而将大部分测距信号滤除，中频信号1输入给数字处理部分。另一路信号通过带宽为6MHz的宽带带通滤波器进行滤波，并经过AGC放大器2进行自动增益控制的放大，将输出的中频信号功率稳定在6±1dBm，形成中频信号2。中频信号2的中心频率为20MHz，带宽为6MHz，其中完整地保留了主载波分量和测距分量，中频信号2输入给数字处理部分。
由于滤波带宽不同，窄支路比宽支路的信噪比高约14dB，有利于数字处理部分利用窄支路的中频信号1进行主载波的跟踪。
数字处理部分包括模拟数字变换器A/D1、模拟数字变换器A/D2和FPGA；模拟数字变换器A/D1接收从接收通道部分传递过来的中频信号1，对信号进行A/D采样，将中频信号变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA。模拟数字变换器A/D2接收从接收通道部分传递过来的中频信号2，对信号进行A/D采样，将中频信号变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA。
FPGA对接收到的A/D1送来的数字信号通过正交下变频1进行频谱搬移，形成窄支路基带信号，对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪，输出频率控制字1，控制NCO1(数控振荡器)，生成两路正交本地载波，用于正交下变频1进行频谱搬移。当窄支路载波相位频率完成跟踪时，对窄支路基带信号进行遥控副载波的解调，获得遥控信号。窄支路的跟踪环路需要补偿掉主载波的频率和相位变化，因此需要采用相对较高的环路阶数(例如2阶或3阶)和较宽的环路带宽参数(例如10Hz～50Hz)。
FPGA对接收到的A/D2送来的数字信号通过正交下变频2进行频谱搬移，形成宽支路基带信号，对宽支路基带信号进行宽支路载波残余相位跟踪，输出频率控制字2，控制NCO2(数控振荡器)，生成两路正交本地载波，用于正交下变频2进行频谱搬移。
窄支路进行相位频率跟踪时，向宽支路相位跟踪模块提供辅助控制字。当宽支路完成相位跟踪时，对宽支路基带信号进行宽带测距信号解调，获得测距信号。在窄支路中已经完成了主载波的频率和相位锁定，宽带支路不需要进行频谱估计，而是在窄支路辅助下直接进行相位差跟踪。该相位差只与接收机的两个支路的电路特性有关，因此可采用较低阶数(例如1阶～2阶)和极窄带宽(例如0.1Hz～2Hz)的环路滤波器进行相位跟踪。

Claims (3)

1.一种星载测控接收机，该接收机用于统一载波测控体制，其特征在于：包括接收通道部分和数字处理部分；
接收通道部分包括混频器、滤波器、功分器、窄带带通滤波器、自动增益控制放大器1、宽带带通滤波器和自动增益控制放大器2；
射频信号输入后和本振信号经过混频器混合形成低频信号，低频信号经过滤波器过滤后通过功分器，功分器将信号分成相同的两路信号；两路信号中的一路，经过窄带带通滤波器滤波后通过自动增益控制放大器1进行幅度控制和放大，形成中频信号1，中频信号1输入给数字处理部分中的模拟数字变换器1；两路信号中的另一路，经过宽带带通滤波器滤波后通过自动增益控制放大器2进行幅度控制和放大，形成中频信号2，中频信号输入给数字处理部分中的模拟数字变换器2；
数字处理部分包括模拟数字变换器1、模拟数字变换器2和FPGA；
模拟数字变换器1接收从接收通道部分传递过来的中频信号1，对信号进行A/D采样，将中频信号1变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
模拟数字变换器2接收从接收通道部分传递过来的中频信号2，对信号进行A/D采样，将中频信号2变成数字信号，然后将数字信号输送给FPGA；
FPGA包括正交下变频1、正交下变频2、数控振荡器1、数控振荡器2、窄支路模块、宽支路模块、遥控副载波解调模块和宽带测距信号解调模块；
模拟数字变换器1送来的数字信号通过正交下变频1进行频谱搬移，形成窄支路基带信号，窄支路基带信号输入给窄支路模块，窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪，然后输出频率控制字1给数控振荡器1，频率控制字1经过数控振荡器1后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频1进行频谱搬移；当窄支路模块完成对窄支路基带信号的窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，遥控副载波解调模块对窄支路基带信号进行遥控副载波的解调，获得遥控信号；
模拟数字变换器2送来的数字信号通过正交下变频2进行频谱搬移，形成宽支路基带信号，宽支路基带信号输入给宽支路模块，宽支路模块对宽支路基带信号进行宽支路载波残余相位跟踪，然后输出频率控制字2给数控振荡器2，频率控制字2经过数控振荡器2后生成两路正交本地载波，该两路正交本地载波用于正交下变频2进行频谱搬移；窄支路模块对窄支路基带信号进行窄支路载波频谱估计和相位频率跟踪时，向宽支路模块提供辅助控制字；当宽支路模块完成对宽支路基带信号的宽支路载波残余相位跟踪时，宽带测距信号解调模块对宽支路基带信号进行宽带测距信号解调，获得测距信号。
2.根据权利要求1所述的一种星载测控接收机，其特征在于：宽带带通滤波器的带宽为测距信号的带宽。
3.根据权利要求1所述的一种星载测控接收机，其特征在于：窄带带通滤波器的带宽包括主载波带宽和遥控副载波带宽。
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