CN104092478A - 一种星载x频段双通道多功能应答机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载X频段双通道多功能应答机，包含第一应答通道、第二应答通道和电源部分，两应答通道均包括接收通道和调制通道，两应答通道互为备份，其中，第一调制通道还包括一数传模块，与该调制通道共用部分器件，电源部分包含两个电源转换模块，分别为两应答通道供电。本发明的星载X频段双通道多功能应答机，实现了应答机的备份功能，且两通道结构对称，降低了应答机设计难度和成本。同时，该多功能应答机还具备数传通信功能。本应答机的性能与两台独立应答机及一台数传发射机一致，可在不降低原有三台单机性能的情况下有效降低分系统的重量、体积和功耗，且该应答机内部均为模拟器件，抗空间辐照性能较好。

Description

一种星载X频段双通道多功能应答机

技术领域

本发明涉及星载应答机、数传发射机设计领域，特别涉及一种星载X频段双通道多功能应答机。

 

背景技术

地球轨道卫星中统一测控体制应答机一般工作在S频段，在月球、火星等深空探测系统中，因为通信距离遥远，根据空间数据系统咨询委员建议，上下行信号均使用X频段。

采用一体化设计是目前深空探测中测控数传分系统的发展趋势，为减少单机数量、降低系统功耗、减轻重量，星载应答机具有多种功能是当前技术发展的趋势，一种能兼容数传和遥测、遥控、测距、差分单向测轨功能的星载应答机符合技术发展的需求。从系统备份考虑，如果每台单机内部包括两个接收通道，分别工作在不同的频点，则能够实现相互异频热备份，即保证在一个通道故障时，另一个还能继续工作，如此可以避免使用两台星载应答机所造成的体积大、重量大、功耗大的问题。另外，由于数传发射机的部分器件与应答机相同，且其对电源的要求也一致，因此将数传发射机与应答机制成一体可以更加有效地利用原有的器件。

根据卫星系统要求，本发明设计的应答机工作在X频段，内部集成了两台独立应答机和一台数传发射机，取代原本由三台独立单机搭建而成的体积大、功耗大、重量大，不利于系统集成也不符合卫星系统要求的设备。本发明采用测控与数传一体化的设计，并使用双通道对称结构，可实现多功能和轻量化。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载X频段双通道多功能应答机设计，以解决现有的星载X频段应答机为实现备份须使用两台单机，造成重量大、体积大、功耗大的问题。

本发明的另一目的在于提供一种星载X频段双通道多功能应答机设计，以解决现有的星载X频段应答机功能单一的问题。

为了实现上述目的，本发明为采用以下技术方案：一种星载X频段双通道多功能应答机，包括：第一应答通道、第二应答通道和电源部分；所述第一应答通道与所述第二应答通道互为备份。其中，所述第一应答通道包括第一接收通道和第一调制通道；所述第二应答通道包括第二接收通道和第二调制通道；所述第一接收通道与所述第二接收通道互为备份，所述第一调制通道与所述第二调制通道互为备份。并且，所述第一调制通道内还设置有一数传模块；所述电源部分包含第一电源转换模块以及第二电源转换模块，所述第一电源转换模块与所述第二电源转换模块相互独立，分别为所述第一应答通道和所述第二应答通道供电。

较佳地，所述第一接收通道与所述第二接收通道均包含一个二次变频锁相接收模块，所述二次变频锁相接收模块包括射频前端，第一混频器，第二混频器，第一中频处理单元，第二中频处理单元，以及一压控晶振。工作时，所述射频前端单元接收一X频段信号，并将所述X频段信号发送至所述混频器；所述混频器将所接收到的X频段信号与第一本振信号进行混频，得到第一混频信号，并将所述第一混频信号发送至所述第一中频处理单元；所述第一中频处理单元对所述第一混频信号进行滤波处理，得到第一中频信号，并将所述第一中频信号发送至所述第二混频器；所述第二混频器将所述第一中频信号与第二本振信号进行混频，得到第二混频信号，并将所述第二混频信号发送至所述第二中频处理单元；所述第二中频处理单元对所述第二混频信号进行滤波处理，得到第二中频信号；所述第二中频信号为可直接解调信号。

较佳地，所述第一调制通道和所述第二调制通道均包括开关指令单元、信号选择单元、信号产生单元、遥测调制单元、倍频器以及一温补晶振；所述电源部分还集成有一恒温晶振。其中，所述第一调制通道内的所述信号选择单元的输入源包括所述压控晶振、所述温补晶振以及所述恒温晶振；所述第二调制通道内的所述信号选择单元的输入源包括所述压控晶振、所述温补晶振。

较佳地，所述第一调制通道的遥测调制单元和所述数传模块共用倍频器、滤波器、放大器和隔离器。

较佳地，对于所述第一调制通道与所述第二调制通道，当信号选择单元输入信号由压控晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率相干，当信号选择单元输入信号由温补晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率非相干。

所述遥测调制单元产生的发射载波与上行频率相干时，所述调制通道处于测距的模式，其包括侧音测距和相对差分单向测距；所述遥测调制单元产生的发射载波与上行频率非相干时，所述调制通道处于用于发射各种遥测数据的模式，此两种情况均由遥测调制单元进行信号调制，为遥测发射模式。

当处于遥测发射模式时，所述开关指令控制信号选择单元选择压控晶振信号或温补晶振信号，并将所选择的信号送入所述倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号与所述信号产生单元产生的待调制信号共同输入所述遥测调制单元进行信号调制产生调制信号，所述调制信号经所述滤波器、放大器和隔离器处理后输出。

较佳地，所述压控晶振输出频率为接收频率的4/749，所述压控晶振输出经锁相倍频电路产生第一本振信号，所述第一本振信号的输出频率为接收频率的736/749，所述第一中频信号的输出频率为接收频率的13/749；所述压控晶振输出直接倍频得到第二本振信号，第二本振信号输出频率为接收频率的12/749，所述第二中频信号的输出频率为接收频率的1/749。

较佳地，对于所述第一调制通道，当信号选择单元输入频率为恒温晶振输入时，此时数传模块工作，所述第一调制通道处于数传发射模式，所述遥测调制单元不工作。

所述第一调制通道处于数传发射模式时，所述开关指令控制信号选择单元选择恒温晶振信号，并将所选择的信号送入所述倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号输入所述数传模块进行数传信号调制产生数传信号，所述数传信号经所述滤波器、放大器和隔离器处理输出。

当信号选择单元输入信号由压控晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率相干，当信号选择单元输入信号由温补晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率非相干，此时所述遥测调制单元进行信号调制，所述第一调制通道处于遥测发射模式，所述数传模块不工作。

较佳地，所述应答机的第一接收通道和第二接收通道对称设置，第一调制通道和第二调制通道对称设置，电源部分设置于应答机中间且位于第一应答通道与第二应答通道之间；其中，两个接收通道内器件布局完全一致，两个调制通道的相同部分布局也完全相同。

较佳地，第一接收通道使用第一频点，第一调制通道处于遥测模式时使用第二频点，数传模式使用第三频点；第二接收通道使用第四频点，第二调制通道使用第五频点。

较佳地，所述电源部分始终加电工作，所述第一接收通道或所述第二接收通道始终加电工作，与始终加电工作的所述第一接收通道或所述第二接收通道对应的所述第一调制通道或第二调制通道仅在需要调制信号时加电工作。

本发明所提供的星载X频段双通道多功能应答机设计通过采用纯模拟设计方法，内部无数字器件，无需软件设计，避免了大规模数字器件需要重点解决的抗单粒子风险，并且抗空间辐照能力强，成本、功耗低。

本发明所提供的星载X频段双通道多功能应答机设计，其电性能指标与两台独立的应答机和一台数传发射机一致，可在不降低原有三台单机功能指标的情况下有效降低测控数传分系统的重量、体积和功耗，并通过两个应答机通道的对称结构设计，简化了元器件的布局和印制板的布线过程。同时，通过采取数传部分与遥测部分一体化设计，共用下行链路和部分器件，节省了器件并简化了系统设计，取得了多功能、体积小、重量轻、功耗低、成本低、设计简化、接口简单等有益效果。

本发明提供的星载X频段双通道多功能应答机设计，可以应用到所有卫星测控数传分系统中，特别适合月球、火星等对重量、功耗、功能有严格要求的深空探测应用场合。

附图说明

图1为本发明一种星载X频段双通道多功能应答机的组成结构示意图；

图2为本发明一种星载X频段双通道多功能应答机组成结构框图。

具体实施方式

下面将结合图1、图2更详细地描述本发明的一实施例。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

如图1所示，本发明提供的一种星载X频段双通道多功能应答机，包括：第一应答通道1、第二应答通道2和电源部分3。其中，第一应答通道1包含完整的第一接收通道11和第一调制通道12，第二应答通道2包含完整的第二接收通道21和第二调制通道22。其中，第一接收通道11和第二接收通道21互为备份；第一调制通道12包含一个遥测模块121，第二调制通道22包含一个遥测模块221，两调制通道互为备份。第一应答通道1与第二应答通道2互为备份，因此，其中一个通道的信号接收或调制功能失效不会对另一个通道产生影响，使该应答机的单机可靠度更高。此外，第一调制通道12内还设置有一数传模块122，可以进行数传信号的调制。电源部分3包括互相独立且互为备份的第一电源转换模块31和第二电源转换模块32，两个电源转换模块分别为第一应答通道1和第二应答通道2供电。

该星载X频段双通道多功能应答机内部全部采用模拟元器件，抗空间辐照能力强，功耗低。该应答机采用对称结构，第一应答通道1与第二应答通道2对称设置，电源部分3设置于应答机中间且位于第一应答通道1与第二应答通道2之间。电源部分3的第一电源转换模块31和第二电源转换模块32对称设置，第一接收通道11和第二接收通道21对称设置，第一调制通道12和第二调制通道22对称设置，两个接收通道内器件布局完全一致，两个调制通道的相同部分布局也完全相同。

该星载X频段双通道多功能应答机的电源部分始终加电工作，第一接收通道11或第二接收通道21始终加电工作，与始终加电工作的第一接收通道11或第二接收通道21对应的第一调制通道12或第二调制通道22仅在需要调制信号时加电工作。

该应答机电源部分3输入端所加载的一次电源为30V±10V，第一应答通道1和第二应答通道2工作所需的二次电源为±5V，二次电源由电源部分3中的电源转换模块31和电源转换模块32提供。

该应答机的第一应答通道1和第二应答通道2的上行（接收）和下行（发射）信号均工作在不同频点，上行使用两个频点，下行使用三个频点。其中，第一接收通道11使用第一频点，第一调制通道12处于遥测模式时使用第二频点，数传模式使用第三频点；第二接收通道21使用第四频点，第二调制通道22使用第五频点。两接收通道的上行信号频率与两调制通道下行信号频率（非数传信号频率）比满足749/880要求，其中第一调制通道12的数传信号频率与遥测信号频率不同。

本发明所提供的应答机的第一接收通道11包含一个二次变频锁相接收模块111，第二接收通道21包含一个二次变频锁相接收模块211，二次变频锁相接收模块111与二次变频锁相接收模块211内部组成器件相同。这种接收模块为高灵敏、高动态的信号接收模块，能接收并解调遥控信号和测距音信号，并将测距音信号进行下行转发。第一调制通道12包含一个遥测模块121，第二调制通道22包含一个遥测模块221，两遥测模块内部组成器件相同，实现遥测的功能，可以根据需要调制遥测信号、测距音信号、差分单向测距信号，并且可选择相干或非相干的调制模式。第一调制通道12还具有一数传模块122，可以实现数传调制的功能，可以通过遥控指令控制调制模式，数传通信可以支持多种调制数据码速率。

参见图2，本实施例所提供的应答机，其第一接收通道11与第二接收通道21的二次变频锁相接收模块均包括射频前端，第一混频器，第二混频器，第一中频处理单元，第二中频处理单元，以及一压控晶振（VCXO）。工作时，射频前端接收一X频段信号，并将该X频段信号发送至第一混频器；第一混频器将该X频段信号与第一本振信号进行混频，得到第一混频信号，并将第一混频信号发送至第一中频处理单元；第一中频处理单元对第一混频信号进行滤波处理，得到第一中频信号，并将第一中频信号发送至第二混频器。第二混频器将第一中频信号与第二本振信号进行混频，得到第二混频信号，并将第二混频信号发送至第二中频处理单元。第二中频处理单元对第二混频信号进行滤波处理，得到第二中频信号。第二中频信号为可直接解调信号。

其中，压控晶振输出信号频率为上行频率的4/749，压控晶振输出的信号经锁相倍频产生第一本振信号，第一本振信号的输出频率为上行频率的736/749，该第一本振信号输入第一混频器用于与X频段信号进行混频，第一中频信号的输出频率为上行频率的13/749；压控晶振输出的信号直接倍频得到第二本振信号，第二本振信号输出频率为上行频率的12/749，该第二本振信号输入第二混频器用于与第一中频信号进行混频，第二中频信号的输出频率为上行频率的1/749。

该应答机的发射载波频率与上行信号频率相干时，解调门限为-118dBm，鉴相和相干解调的工作频率均为接收频率的1/749。每个接收通道捕获灵敏度优于-130dBm，上行信号多普勒动态范围为-500KHz~+500KHz，多普勒变化率大于±15KHz/s。环路带宽小于800Hz，环路失锁时环路运放增益10dB，环路锁定以后环路运放增益40dB，失锁时将压控晶振频率控制在较小范围，锁定后确保有较大的动态范围。

如图2所示，第一调制通道12和第二调制通道22均包括开关指令单元、信号选择单元、信号产生单元、遥测调制单元、倍频器（×K）以及一温补晶振（TCXO），电源部分3还集成有一恒温晶振（OCXO）以及控制该恒温晶振的开关指令单元。其中，第一调制通道12内的信号选择单元的输入源包括压控晶振、温补晶振以及恒温晶振；第二调制通道22内的信号选择单元的输入源包括压控晶振和温补晶振。

第一调制通道12内遥测调制单元（即遥测模块）和数传模块采用串行设计方法，共同使用第一调制通道内的部分器件（倍频器、滤波器、放大器和隔离器），可以减少元器件数量，极大地降低应答机的重量和功耗。

对于第一调制通道12与第二调制通道22，当信号选择单元输入频率为压控晶振产生时，遥测调制单元产生的发射载波与上行频率相干，当信号选择单元输入频率为温补晶振时，遥测调制单元产生的发射载波与上行频率非相干。相干时调制通道处于用于测距的模式，其包括侧音测距和相对差分单向测距，非相干时调制通道处于用于发射各种遥测数据的模式下，此两种情况均由遥测调制单元完成调制工作，为遥测发射模式。此时开关指令控制信号选择单元选择压控晶振或温补晶振信号，信号选择单元选择后的信号送入倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号与信号产生单元产生的待调制信号共同输入遥测调制单元进行信号调制产生遥测调制信号，遥测调制信号再经隔离器处理输出。

对于第一调制通道12，当信号选择单元输入频率为恒温晶振输入时，此时数传模块工作，第一调制通道处于数传发射模式，遥测调制单元不工作。此时开关指令控制信号选择单元选择恒温晶振信号，信号选择单元选择后的信号送入倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号输入数传模块进行数传信号调制产生数传调制信号，数传调制信号再经隔离器处理输出。

第一调制通道12处于数传模式时，发送载波信号（下行载波信号）的由恒温晶振通过锁相倍频产生。第一调制通道12处于遥测模式时，发送载波信号（下行载波信号）由压控晶振或温补晶振通过锁相倍频产生。

本实施例中，应答机工作时，第一调制通道和第二调制通道均可以根据所接收的遥控指令决定是否调制遥测信号，可由遥控指令控制遥测信号的频率与上行信号的频率相干或非相干，可由遥控指令控制调制通道是否调制差分单向测距信号。该应答机的调制通道所有调制信号可同时调制也可以根据需要分别调制。

第一调制通道12还具有数传调制功能，工作时由遥控指令进行控制切换。当第一调制通道为遥测调制模式时，下行频率为上行频率的880/749，数传模块不工作；当为数传调制模式时，下行频率为内部高稳恒温晶振的220倍，与上行信号频率不相干，此时遥测部分不工作，遥测数据、测距音、差分单向测距信号均不进行调制。另外，第一调制通道为数传调制模式时，数传信号的码速率是可变化的，最高码速率可达50Mbps。

该应答机的第一调制通道12和第二调制通道22调制的测距音信号具有一主侧音信号，该主侧音信号频率为500KHz，中频带宽设计为2MHz±60kHz。调制的差分单向测距信号具有两个频率，分别为下行信号频率的1/440和1/2200，由计数器实现分频。

当然，本发明所提供的应答机，其所包含的数传模块的设置不以上述实施例为限，还可以将其设置在第二调制通道中，设置原则与上述实施例相同，该应答机各部分组成及布局原则也与上述实施例相同。

综上所述，本发明所提供的星载X频段双通道多功能应答机除具有基本的应答功能外，还实现了单机内部的应答热备份，此外还具有数传功能。应答机内部结构的对称设置具有结构简单，易于实现的特点，减少了设计制作的复杂性，所加入的数传模块充分利用了应答机内部原有的器件，即节省成本，又提高器件利用率。该应答机相比传统的需要两台应答机实现备份与一台数传发射机进行数传的方式，将三台设备设置于一台设备中，避免了传统方式中设备体积大、重量大、功耗大的问题，具有很强的通用性，经过简化设计该应答机可广泛应用于各种型号的卫星当中。

本领域的研究和设计人员可以对本发明的一种星载X频段双通道多功能应答机进行各种改动和变化而不脱离本发明的本质范围。这样，倘若本发明的这些改动和变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变化在内。 

Claims (10)

1.一种星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于，包括：第一应答通道、第二应答通道和电源部分；所述第一应答通道与所述第二应答通道互为备份；

其中，所述第一应答通道包括第一接收通道和第一调制通道；所述第二应答通道包括第二接收通道和第二调制通道；所述第一接收通道与所述第二接收通道互为备份，所述第一调制通道与所述第二调制通道互为备份；

并且，所述第一调制通道内还设置有一数传模块；

所述电源部分包含第一电源转换模块以及第二电源转换模块，所述第一电源转换模块与所述第二电源转换模块相互独立，分别为所述第一应答通道和所述第二应答通道供电。

2.根据权利要求1所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述第一接收通道与所述第二接收通道均包含一个二次变频锁相接收模块，所述二次变频锁相接收模块包括射频前端，第一混频器，第二混频器，第一中频处理单元，第二中频处理单元，以及一压控晶振；

所述射频前端单元接收一X频段信号，并将所述X频段信号发送至所述混频器；

所述混频器将所接收到的X频段信号与第一本振信号进行混频，得到第一混频信号，并将所述第一混频信号发送至所述第一中频处理单元；

所述第一中频处理单元对所述第一混频信号进行滤波处理，得到第一中频信号，并将所述第一中频信号发送至所述第二混频器；

所述第二混频器将所述第一中频信号与第二本振信号进行混频，得到第二混频信号，并将所述第二混频信号发送至所述第二中频处理单元；

所述第二中频处理单元对所述第二混频信号进行滤波处理，得到第二中频信号；所述第二中频信号为可直接解调信号。

3.根据权利要求2所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述第一调制通道和所述第二调制通道均包括开关指令单元、信号选择单元、信号产生单元、遥测调制单元、倍频器以及一温补晶振；

所述电源部分还集成有一恒温晶振；

其中，所述第一调制通道内的所述信号选择单元的输入源包括所述压控晶振、所述温补晶振以及所述恒温晶振；

所述第二调制通道内的所述信号选择单元的输入源包括所述压控晶振、所述温补晶振。

4.根据权利要求3所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述第一调制通道的遥测调制单元和所述数传模块共用倍频器、滤波器、放大器和隔离器。

5.根据权利要求4所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：对于所述第一调制通道与所述第二调制通道，当信号选择单元输入信号由压控晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率相干，当信号选择单元输入信号由温补晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率非相干；

所述遥测调制单元产生的发射载波与上行频率相干时，所述调制通道处于用于测距的模式，其包括侧音测距和相对差分单向测距；所述遥测调制单元产生的发射载波与上行频率非相干时，所述调制通道处于用于发射各种遥测数据的模式，此两种情况均由遥测调制单元进行信号调制，为遥测发射模式；

当处于遥测发射模式时，所述开关指令控制信号选择单元选择压控晶振信号或温补晶振信号，并将所选择的信号送入所述倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号与所述信号产生单元产生的待调制信号共同输入所述遥测调制单元进行信号调制产生调制信号，所述调制信号经所述滤波器、放大器和隔离器处理后输出。

6.根据权利要求2所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述压控晶振输出频率为接收频率的4/749，所述压控晶振输出经锁相倍频电路产生第一本振信号，所述第一本振信号的输出频率为接收频率的736/749，所述第一中频信号的输出频率为接收频率的13/749；所述压控晶振输出直接倍频得到第二本振信号，第二本振信号输出频率为接收频率的12/749，所述第二中频信号的输出频率为接收频率的1/749。

7.根据权利要求4所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：对于所述第一调制通道，当信号选择单元输入频率为恒温晶振输入时，此时数传模块工作，所述第一调制通道处于数传发射模式，所述遥测调制单元不工作；

所述第一调制通道处于数传发射模式时，所述开关指令控制信号选择单元选择恒温晶振信号，并将所选择的信号送入所述倍频器进行倍频处理产生倍频信号，该倍频信号输入所述数传模块进行数传信号调制产生数传信号，所述数传信号经所述滤波器、放大器和隔离器处理输出；

当信号选择单元输入信号由压控晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率相干，当信号选择单元输入信号由温补晶振产生时，所述遥测调制单元产生的发射信号载波频率与上行频率非相干，此时所述遥测调制单元进行信号调制，所述第一调制通道处于遥测发射模式，所述数传模块不工作。

8.根据权利要求1所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述应答机的第一接收通道和第二接收通道对称设置，第一调制通道和第二调制通道对称设置，电源部分设置于应答机中间且位于第一应答通道与第二应答通道之间；其中，两个接收通道内器件布局完全一致，两个调制通道的相同部分布局也完全相同。

9.根据权利要求1所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：第一接收通道使用第一频点，第一调制通道处于遥测模式时使用第二频点，数传模式使用第三频点；第二接收通道使用第四频点，第二调制通道使用第五频点。

10.根据权利要求1所述的星载X频段双通道多功能应答机，其特征在于：所述电源部分始终加电工作，所述第一接收通道或所述第二接收通道始终加电工作，与始终加电工作的所述第一接收通道或所述第二接收通道对应的所述第一调制通道或第二调制通道仅在需要调制信号时加电工作。