CN105122974B - 一种遥测遥控中频解调装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种遥测遥控中频解调装置，用于地球静止气象卫星地面应用系统的指令与数据接收站。遥测中频输入信号经滤波、放大和MC13156芯片内的混频、放大、限幅后，正交鉴频输出遥测解调信号；遥测解调信号还要经过放大、滤波和积分。遥控中频输入信号经滤波、放大和MC13156芯片内的混频、放大、限幅后，正交鉴频输出遥控解调信号；遥控解调信号还要经过放大、滤波和限幅。正交鉴频的移相网络根据编码遥测解调、模拟遥测/精太阳遥测解调、遥控解调不同的调制频偏分别设计。该装置利用鉴频方式实现业务遥测遥控中频解调，相比现有分离元件解调技术集成度高，可靠性好。<pb pnum="1" />

Description

一种遥测遥控中频解调装置

技术领域

本发明涉及调制与解调装置，尤其是一种用于地球同步气象卫星地面应用系统指令与数据接收站的业务遥测遥控中频解调装置。

背景技术

CDAS(指令与数据接收站)是风云二号地球静止气象卫星地面应用系统的重要组成，其中一个重要的功能就是完成卫星业务测控，即向卫星发送业务遥控指令和接收卫星业务遥测。遥测遥控采用二次调制体制：遥测副载波以调相方式实现载波调制；遥控副载波以调频方式实现载波调制。遥测调制的主要特点是调制信号为多个副载波，不是单一副载波。其工作原理可用图1说明。

图1中，TT&C表示CDAS进行跟踪、遥测和遥控功能。CDAS接收卫星下行遥测射频信号，经低噪放大器101放大、下变频102变频为遥测中频90.9MHz，由遥测中频PM解调器103解调出遥测副载波送终端设备109。遥测调制信号包括多个副载波：PSK-TMC：编码遥测副载波；FSK-TMA：模拟遥测副载波；ASK-SP：精太阳脉冲副载波。

地面站上行遥控信号通过天线耦合出遥控小环信号，经放大器104放大、下变频105变频为遥控中频77MHz，由遥控中频FM解调器106解调出遥控副载波送终端设备109，用于遥控小环比对。ASK-TC为遥控副载波。

FM调制器107、PM调制器108作为信号源，用来检测中频解调性能。

CDAS对遥测中频的主要技术指标如下：

(1)遥测中频频率：90.9MHz；

(2)遥测中频功率：-5～-10dBm；

(3)遥测中频调制方式：PM；

(4)遥测副载波：32KHz(PSK编码遥测)、162KHz164KHz166KHz168KHz(FSK模拟遥测)、75KHz(ASK精太阳信号)。其中：模拟遥测和精太阳分时调制；

(5)调相调制度：编码遥测0.65±20％、模拟遥测0.65±20％、精太阳信号1.53±20％。

CDAS对遥控中频主要技术指标如下：

(1)遥控中频频率：77MHz；

(2)遥控中频功率：-5～-10dBm；

(3)遥控中频调制方式：FM；

(4)ASK遥控副载波：16.5～26.0KHz；

(5)频偏30～50KHz。

根据调频和调相微积分关系，实现模拟角调制解调有两种方式：直接方式和间接方式。实现调频解调可以采用直接鉴频和间接鉴频(鉴相后微分)；实现调相解调可以采用直接鉴相或间接鉴相(鉴频后积分)。

现有的CDAS设备遥测遥控中频解调采用直接鉴相方法，即遥测中频调相解调采用直接鉴相，遥控中频调频解调采用间接鉴频(鉴相后微分)。工程实现上采用相干鉴相方法，利用窄带锁相环直接提取载波，然后利用载波和调制信号进行鉴相，解调出副载波信号。其实现解调的电路结构如图2所示：中频信号通过变频器201变频为10.7MHz，分成两路，一路用于提取载波，另一路用于鉴相。用于提取载波的中频信号通过鉴相器204、低通滤波器205、压控振荡器206组成的锁相环路提取载波。载波信号和待解调信号通过鉴相器202鉴相、低通滤波器203低通滤波后，输出解调信号。遥控中频解调采用间接鉴频方式实现，过程同上，只是解调出信号后需要微分。

应用本发明前，CDAS设备遥测遥控中频解调采用鉴相方法通过采用分离元器件实现自动增益控制、混频、滤波、鉴相，因此，技术环节多而故障概率高，集成度低而设备体积大，其中一套遥测解调设备占用10cm×40cm×40cm。

发明内容

为了克服上述现有设备存在的不足，本发明的目的在于提供一种气象卫星业务遥测遥控中频解调装置，利用美国MOTOROLA公司的MC13156通用宽带调频、中频电路芯片实现了遥测遥控中频解调，取代了原来的分离元件，从而达到了减小解调设备体积，减少故障概率的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种气象卫星业务遥测遥控中频解调装置，该装置包括：输入中频信号经过输入滤波器滤波和中频放大；放大输出信号一路由幅度检测电路进行幅度检测，控制发光二极管亮灭，指示输入信号有无；另一路从MC13156芯片脚1、脚2耦合至芯片内混频模块，本地振荡器提供的本振信号由脚24输入MC13156芯片，在芯片内混频模块混频为10.7MHz信号；混频信号从芯片脚3输出，进入芯片外陶瓷滤波器；滤波后从脚5进入MC13156芯片，由芯片内中频放大模块进行中频放大；中频放大信号由脚8输出，进入芯片外陶瓷滤波器滤波后从脚10进入MC13156芯片，由芯片内限幅放大模块进行限幅放大；限幅放大信号经芯片外部的移相网络进行频相转换，频相转换后信号由芯片内乘法器进行正交鉴频，鉴频信号从脚14输出，经放大、滤波、积分(或限幅)后输出解调信号。解调信号另一路接幅度检测电路。

输入遥测中频信号的鉴频输出信号经过放大、滤波、积分，输出全遥测副载波信号；输入遥控中频信号的鉴频输出信号通过放大、滤波、限幅，输出遥控副载波信号。

本发明气象卫星业务遥测遥控中频解调装置通过高集成化的电路结构，其有益效果是缩小了遥测遥控中频解调装置的体积，从原来的10cm×40cm×40cm减小到10cm×13cm，并提高了中频解调装置的工作稳定性。

附图说明

图1为CDAS工作原理示意图；

图2为鉴相解调原理示意图；

图3为本发明遥测中频解调组成示意图；

图4为本发明遥控中频解调组成示意图；

图5为MC13156芯片结构示意图；

图6为本发明实施例，MC13156芯片及其外围电路；

图7为遥控副载波限幅电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图3为本发明业务遥测中频解调组成示意图，采用间接鉴频实现遥测中频解调。输入遥测中频经过输入滤波器301滤波；滤波输出经过中频放大303放大；中频放大输出一路由幅度检测电路302进行幅度检测，控制发光二极管亮灭，指示输入信号有无；另一路耦合进入MC13156芯片305中的混频模块，同片外本地振荡器304提供的本振信号混频为10.7MHz信号，经芯片305中的放大滤波模块进行放大、限幅、滤波和积分；由芯片305中的正交鉴频模块进行正交鉴频，鉴频输出的10.7MHz信号经过片外移相网络进行频相转换，再送入片内与原10.7MHz信号进行相乘，完成正交鉴频；遥测中频的正交鉴频输出信号经过放大、滤波、积分电路306解调输出全遥测副载波信号；同时解调信号由幅度检测电路307进行幅度检测，用于控制发光二极管亮灭，指示输出信号有无。

图4为本发明业务遥控中频解调组成示意图，采用直接鉴频实现遥控中频解调，除没有积分环节、增加了遥控副载波限幅电路外，其解调过程同图3间接鉴频相同。其不同处即遥控中频正交鉴频输出信号通过放大、滤波、副载波限幅电路解调输出遥控副载波信号。

图5为MC13156芯片组成示意图，该芯片功能强、集成度高，内部具有变频(Mixer)、放大(IFAmp)、限幅(LIMAmp)、正交鉴频。其中正交鉴频包括移相网络和鉴相器两部分，鉴相器由乘法器实现。

图6为MC13156芯片及其外围电路，作为本发明的实施例，结合图3、图4的整个电路结构描述如下：输入遥测中频经过输入滤波器301滤波；滤波输出经过中频放大303放大；中频放大输出一路由幅度检测电路302进行幅度检测，控制发光二极管亮灭，指示输入信号有无；另一路由脚1、脚2耦合输入MC13156芯片内混频模块601，本振信号由脚24输入，在芯片内混频模块601完成混频，输出10.7MHz信号；脚3为混频输出，进入陶瓷滤波器602；滤波后从脚5进芯片，由中频放大模块603进行中频放大；中频放大信号由脚8输出，进入陶瓷滤波器604；滤波后从脚10进芯片，由限幅放大模块605进行限幅放大；限幅放大信号一路从脚13输出，由芯片外部的移相网络606进行频相转换，另一路进入芯片内乘法器607进行正交鉴频后从脚14鉴频输出，输入遥测中频信号的鉴频输出信号通过放大、滤波、积分电路解调输出全遥测副载波信号，其中一路用于输出，另一路用于幅度检测。遥控中频解调过程基本相同，输入遥控中频信号的鉴频输出信号通过放大、滤波、副载波限幅电路，输出遥控副载波信号；解调遥控信号一路由幅度检测电路进行幅度检测，控制发光二极管亮灭，另一路用于输出。

为保证线性移相，芯片外部的移相网络606根据编码遥测解调、模拟遥测/精太阳遥测解调、遥控解调不同的调制频偏分别设计不同的参数。

本发明的实施例根据风云二号业务遥测遥控调制技术指标设计了移相网络。移相网络采用LCR并联谐振电路，完成正交和频相转换功能。移相网络在标准10.7MHz工作，电阻选用10k。鉴相器输出与相位差成线性关系，相位大则相应解调输出大。根据并联谐振电路的相频特性，本发明选择适当Q值，在保证线性移相情况下，相位差尽量大。为保证线性相移，相位变化小于π/6，相对失谐小于0.577。回路Q值应满足以下关系：

$Q<0.577\&times;\frac{\mathrm{fc}}{2\mathrm{\&Delta;f}}$

fc：10.7MHzΔf：频偏

遥测解调移相网络设计如下：

编码遥测最大频偏ΔF＝32×0.65×(1+20％)＝24.9KHz；

模拟遥测最大频偏ΔF＝168×0.65×(1+20％)＝131KHz；

精太阳最大频偏ΔF＝75×1.53×(1+20％)＝138KHz；

模拟遥测和精太阳频偏相近，因此采用一个移相网络；编码遥测采用单独移相网络。所以遥测解调分为两部分：编码遥测解调和模拟遥测/精太阳解调。

编码遥测解调：

Q_max＝0.577×(10.7MHz/2/24.9KHz)＝124

取Q＝120，则L＝1.23μH、C＝181PF、R＝10K。

模拟遥测/精太阳遥测解调：

Q_max＝0.577×(10.7MHz/2/138KHz)＝22.4

取Q＝20，则L＝7.4μH、C＝30PF、R＝10K。

遥控解调移相网络设计如下：

遥控最大频偏ΔF＝50KHz

Qmax＝0.577×(10.7MHz/2/50KHz)＝61.7

取Q＝55，则L＝2.7μH、C＝82PF、R＝10K。

图7为遥控中频信号的鉴频输出副载波限幅电路，采用两个硅二极管IN4148和一个220Ω电阻构成的双向限幅电路。这是因为遥控调制度变化大(1～3)，则解调遥控副载波幅度变化二倍以上，从而需要进行遥控副载波限幅。根据测量的开关二极管IN4148的伏安特性，串联电阻为220Ω，输出Vp-p为1～1.4V。

Claims (7)

1.一种遥测遥控中频解调装置，其特征在于，该装置包括：输入中频信号经输入滤波器滤波和中频放大；中频放大输出信号一路接幅度检测电路；另一路从MC13156芯片脚1、脚2接至芯片内混频模块，本地振荡器提供的本振信号由脚24输入芯片，在MC13156芯片内由混频模块混频为10.7MHz信号；混频信号从芯片脚3输出，进入芯片外陶瓷滤波器；滤波后的信号从脚5进入MC13156芯片，接芯片内中频放大模块；中频放大信号由脚8输出，进入芯片外陶瓷滤波器滤波后从脚10进入MC13156芯片内限幅放大模块；限幅放大信号经芯片外部的移相网络进行频相转换，频相转换后信号由MC13156芯片内乘法器进行正交鉴频；鉴频信号从脚14输出，经放大、滤波、积分或限幅后输出解调信号；解调信号另一路接幅度检测电路。

2.根据权利要求1所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：输入遥测中频信号的正交鉴频后输出信号通过放大、滤波、积分电路输出全遥测副载波信号；输入遥控中频信号的正交鉴频后输出信号通过放大、滤波、副载波限幅电路解调输出遥控副载波信号。

3.根据权利要求2所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：输入遥控中频信号的副载波限幅电路采用2个硅二极管IN4148和1个220Ω电阻构成双向限幅电路，输出幅度Vp-p为1.4V。

4.根据权利要求1所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：所述MC13156芯片外部的移相网络为并联LCR谐振电路，根据编码遥测解调、模拟遥测/精太阳遥测解调、遥控解调不同的调制频偏分别设计不同参数。

5.根据权利要求4所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：所述编码遥测解调的芯片外部移相网络参数为：Q＝120、L＝1.23μH、C＝181PF、R＝10K。

6.根据权利要求4所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：所述模拟遥测/精太阳遥测解调的芯片外部移相网络参数为：Q＝20，L＝7.4μH、C＝30PF、R＝10K。

7.根据权利要求4所述的遥测遥控中频解调装置，其特征在于：所述遥控解调的芯片外部移相网络参数为：Q＝55，L＝2.7μH、C＝82PF、R＝10K。