CN106100658B - 星载s频段双通道测控接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载S频段双通道测控接收机。该接收机内部集成了一个PM接收通道、一个DS接收通道和一个公用S频段射频前端，采用一体化电路设计，两个通道互为备份，能接收处理S频段PM/PM测控体制和S频段直接扩频测控体制两种测控体制的信号，接收到的信号不会相互干扰，输出相互独立。相对于单一体制的测控接收机，功能得到了扩展，抗干扰能力、测量精度等性能得到了提升，可靠性和安全性得到了提高，而且在卫星测控分系统要求应答机采用双机备份的情况下，无须增加单机数量以及分系统的体积、重量，节省了卫星系统的开销。

Description

星载S频段双通道测控接收机

技术领域

本发明涉及星载测控应答机设计领域，特别涉及一种S频段双通道测控接收机。

背景技术

目前地球轨道卫星对地测控系统广泛应用测控应答机，它是确保地面站和卫星之间测距、测速、测轨、遥控和遥测等功能的通道，它的组成主要包括测控接收机和测控发射机。根据载波调制体制的不同，目前常用的测控应答机主要包括调相(PM/PM)体制应答机和直接扩频(DS)体制应答机。

PM/PM测控体制发展时间长，在全球范围内支持该体制的地面站数量多，在国际空间合作项目中应用广泛。DS测控体制因其抗干扰能力、安全保密性、测量精度高、支持多站通信等优点，具有性能优势。在很多应用需求下——例如需要全球组网、精确测量的卫星系统，因此目前亟待解决的问题包括：

1、现有的单一测控体制应答机只能接收处理单一体制测控信号，无法满足需要全球组网、精确测量的卫星系统要求；

2、在卫星测控分系统要求应答机采用双机备份的情况下，单机数量以及分系统的体积、重量都大幅增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种星载S频段双通道测控接收机设计，同时支持接收不同地面站发射的频率相同的USB测控体制信号和直接扩频测控体制信号，相对于现有单一USB测控体制的单机，抗干扰能力、安全保密性、测量精度提高；相对于现有单一直接扩频测控体制的单机，得到更多地面站的支持，生存安全性和工作可靠性提高。

本发明的另一目的在于提供一种星载S频段双通道测控接收机设计，以解决在卫星测控分系统要求应答机采用双机备份的情况下，单机数量以及分系统的体积、重量都大幅增加的问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种星载S频段双通道测控接收机，包含：公用S频段射频前端、PM接收通道、DS接收通道；

所述PM接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段调相测控体制的信号，处理后输出遥控数据；

所述DS接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段直接扩频测控体制的信号，处理后输出遥控数据和内部测量数据。

作为一种优化方案，所述公用S频段射频前端包括S频段预选器、S频段低噪声放大器、S频段功分器；

所述S频段预选器对自天线接收的S频段信号进行滤波，再发送给所述S频段低噪声放大器进行放大，最后由所述S频段功分器将信号分配为两路信号，分别发送给所述PM接收通道和所述DS接收通道。

作为一种优化方案，所述PM接收通道包含中频载波环、PM通道本振单元、二次混频单元、PM中频解调单元、基带解调单元；

所述中频载波环对自所述二次混频单元接收的第二中频信号进行载波捕获和载波跟踪，输出PM本振参考信号至所述PM通道本振单元和输出PM解调参考信号至PM中频解调单元；

所述PM通道本振单元将所述PM本振参考信号分成两路，一路经N1次倍频产生PM通道第一本振信号，另一路经N2次倍频产生PM通道第二本振信号；

所述二次混频单元将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述PM通道第一本振信号进行混频获得第一中频信号，将所述第一中频信号与所述PM通道第二本振信号进行混频获得第二中频信号，输出所述第二中频信号至所述中频载波环和所述PM中频解调单元；

所述PM中频解调单元对所述第二中频信号进行相干解调获得模拟基带信号发送给所述基带解调单元，所述相干解调所用的参考信号由所述PM解调参考信号分频获得；

所述基带解调单元对所述模拟基带信号进行模数转换和解调获得所述PM通道遥控数据后输出。

作为一种优化方案，所述基带解调单元包含低速模数转换器和反熔丝型现场可编程门阵列；对接收到的所述模拟基带信号进行模数转换器采样，然后在所述反熔丝型现场可编程门阵列中完成基带副载波捕获、副载波剥离、副载波跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲获得所述PM通道遥控数据后输出。

作为一种优化方案，所述二次混频单元包含PM通道选择滤波器、第一混频器、一中频滤波器、可变增益控制放大器、第二混频器、二中频滤波器、自动增益控制放大器；

所述PM通道选择滤波器用于对自所述公用S频段射频前端接收的信号选择所需接收的信号，滤除通道外干扰传输至所述第一混频器；

所述第一混频器用于利用所述第一本振信号将自所述PM通道选择滤波器接收的信号下变频至所述第一中频信号；

所述一中频滤波器用于对所述第一中频信号进行信道选择和滤除带外干扰传输至所述可变增益控制放大器；

所述可变增益控制放大器(即VGC放大器)用于对自中频滤波器接收的信号进行增益调节后传输至所述第二混频器；

所述第二混频器用于利用所述第二本振信号将过所述增益调节的第一中频信号下变频至所述第二中频信号；

所述第二中频信号依次经过所述二中频滤波器的中频滤波和自动增益控制放大器(即AGC放大器)的增益调节处理后输出至所述中频载波环和所述PM中频解调单元。

作为一种优化方案，所述中频载波环包含第一压控晶振、隔离放大器、分频器、第一鉴相器、环路滤波器；

所述第一鉴相器检测所述第二中频信号和自所述分频器获得的PM解调参考信号的相位差获得鉴相电压传输至环路滤波器，

所述环路滤波器对所述鉴相电压的高频分量进行抑制，对鉴相电压的低频分量和直流分量进行放大，输出用于控制第一压控晶振的输出频率的控制电压信号，

所述第一压控晶振根据所述控制电压信号产生所述PM本振参考信号，所述PM本振参考信号分两路输出，一路输出至所述PM通道本振单元，另一路依次经所述隔离放大器的隔离放大和分频器的分频处理获得PM解调参考信号传输至所述第一鉴相器和PM中频解调单元。

作为一种优化方案，所述PM中频解调单元包含第二鉴相器、移相器和中频解调滤波器；

所述移相器用于调节所述PM解调参考信号的相位与所述第二中频信号的相位正交后传输至所述第二鉴相器，

所述第二鉴相器用于利用自所述移相器获得的PM解调参考信号对所述第二中频信号进行PM相位解调获得所述模拟基带信号；

所述模拟基带信号经所述中频解调滤波器抑制高频噪声后输出至所述基带解调单元。

作为一种优化方案，所述DS接收通道包含DS通道本振单元、DS通道混频单元和DS通道中频处理单元；

所述DS通道本振单元用于对自所述中频处理单元接收的DS本振参考信号进行频率合成，获得DS通道本振信号；

所述DS通道混频单元用于将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述DS通道本振信号进行混频获得DS通道中频信号，并将所述DS通道中频信号发送到所述DS通道中频处理单元；

所述DS通道中频处理单元用于对所述DS通道中频信号进行模数转换和数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，和对所述DS通道中频信号进行数字频率合成产生DS本振参考信号传输至所述DS通道本振单元。

作为一种优化方案，所述DS通道本振单元包含第一频率综合环路和第二频率综合环路；

所述第一频率综合环路包含相互连接的第二压控晶振、第一频率综合器和第二环路滤波器，所述第一频率综合器的输入端还与所述中频处理单元相连，接收所述DS本振参考信号，所述第二压控晶振的输出端还与所述第二频率综合环路相连；

所述第二频率综合环路包含相互连接的压控振荡器(VCO)、第二频率综合器和第一环路滤波器，所述第二频率综合环路通过所述第二频率综合器的输入端与所述第二压控晶振的输出端相连，所述压控振荡器(VCO)的输出端还与所述DS通道混频单元的输入端相连；

其中，所述第二压控晶振的输出频率锁定为DS本振参考信号的频率；

所述压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所述第二压控晶振的输出频率上。

作为一种优化方案，所述DS通道中频处理单元包含高速模数转换器(即高速AD)、高速数模转换器(即高速DA)和现场可编程门阵列(即Flash ROM型FPGA)；

所述高速模数转换器对所述DS通道中频信号进行模数转换器采样后传输至所述现场可编程门阵列，由所述现场可编程门阵列进行数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，所述现场可编程门阵列还通过数字频率合成产生所述DS本振参考信号，所述DS本振参考信号经所述高速数模转换器转换为模拟信号发送给所述DS通道本振单元。

作为一种优化方案，所述现场可编程门阵列进行的所述数据解调被配置为：包括依次进行对伪码和载波的捕获、载波剥离、码剥离、载波跟踪、伪码跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲，完成数据解调，输出DS通道遥控数据、DS通道内部测量数据。

有益效果：

本发明所提供的星载S频段双通道测控接收机设计，射频电路设计上采用混合集成电路，相对于传统的用分立元器件设计的射频电路，电路设计得以简化，电路的稳定性和可靠性得以提高。

本发明所提供的星载S频段双通道测控接收机设计，其功能和性能指标与一台S频段调相体制测控接收机和一台S频段直接扩频体制测控接收机一致，可在不降低原有两台单机功能和性能指标的情况下有效降低测控分系统的重量、体积。

本发明通过采用相似的结构设计两个通道，简化了印制电路板布局设计过程，通过采取公用S频段射频前端设计，取得了节省元器件，缩小体积、减轻重量、降低功耗和成本、提高可靠性等有益效果。

本发明提供的星载S频段双通道测控接收机设计，可以应用到所有卫星测控分系统中，特别适合需要全球组网、精确测量的卫星系统应用场合。

采用双通道一体化设计实现同时支持两种测控体制的应答机，相对于单一体制的应答机具有突出的优势，包括：

1)能扩展卫星的功能，具有处理两种测控体制信号的能力；

2)能提升卫星抗干扰能力、测量精度等性能；

3)能提高卫星执行任务的可靠性和安全性，PM通道和DS通道互为备份，随时得到多个地面站的支持，即使在一个通道故障时，另一个还能继续工作；

4)在具有以上优点的同时还能避免因单机体积、重量增加导致卫星系统开销的增加。

根据卫星系统要求，本发明设计的测控接收机工作在S频段，内部集成了一个PM接收通道、一个DS接收通道和一个公用S频段射频前端，采用一体化电路设计，能接收处理两种测控体制信号，两个通道互为备份，接收到的信号不会相互干扰，输出相互独立，相对于单一体制的测控接收机，功能得到了扩展，可靠性和安全性得到了提高，而且在卫星测控分系统要求应答机采用双机备份的情况下，无须增加单机数量以及分系统的体积、重量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：

图1为可选的一种星载S频段双通道测控接收机组成结构示意图；

图2为可选的另一种星载S频段双通道测控接收机组成结构示意图。

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。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，还可以使用其他的实施例，或者对本文列举的实施例进行结构和功能上的修改，而不会脱离本发明的范围和实质。

如图1所示，本发明提供的一种星载S频段双通道测控接收机，包含：公用S频段射频前端、PM接收通道、DS接收通道；PM接收通道与DS接收通道互为备份，本发明中的星载S频段双通道测控接收机既能接收S频段调相(PM/PM)测控体制的信号，也能接收S频段直接扩频(DS)测控体制的信号。因此，其中一个通道的信号接收功能失效不会对另一个通道产生影响，使该接收机的可靠度更高。

PM接收通道和DS接收通道同时加电工作，接收的信号是同一个频点。S频段PM/PM测控体制的信号只有PM接收通道能接收处理，不会干扰DS接收通道；S频段直接扩频测控体制的信号只有DS接收通道能接收处理，不会干扰PM接收通道；因此PM接收通道和DS接收通道接收到的信号不会相互干扰。

一种星载S频段双通道测控接收机，包含：公用S频段射频前端、PM接收通道、DS接收通道；

所述PM接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段调相测控体制的信号，处理后输出遥控数据；

所述DS接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段直接扩频测控体制的信号，处理后输出遥控数据和内部测量数据。

该星载S频段双通道测控接收机采用层叠一体化结构，顺序自上而下，PM接收通道位于第一层，公用S频段射频前端位于第二层，DS接收通道位于第三层，电源部分位于第四层。所述公用S频段射频前端、PM接收通道、DS接收通道分别放置在独立的屏蔽盒体内，确保两个接收通道不会因空间电磁辐射而相互干扰。

该接收机电源部分输入端所加载的一次电源为30V±10V，PM接收通道和DS接收通道工作所需的二次电源为±5V和3.3V，公用S频段射频前端所需的二次电源为5V，二次电源由所述电源部分提供。

参见图2，本实施例所提供的接收机，其公用S频段射频前端包含S频段预选器、S频段低噪声放大器和S频段功分器；PM接收通道包含中频载波环、PM通道本振单元、二次混频单元、PM中频解调单元、基带解调单元；DS接收通道包含DS通道本振单元、DS通道混频单元和DS通道中频处理单元。

工作时，公用S频段射频前端对接收到的信号进行滤波、放大，然后将信号分为两路，分别发送给PM接收通道和DS接收通道。所述S频段预选器对来自天线并经过双工器处理后的S频段信号进行滤波，再发送给所述S频段低噪声放大器进行放大，最后由所述S频段功分器将信号分配为两路信号，分别发送给所述PM接收通道和所述DS接收通道。本实施例中所述S频段预选器是一个介质滤波器，1dB带宽大于110MHz，中心频点插入损耗小于1dB，中心频点±180MHz处带外抑制大于25dB；

作为一种实施例，所述PM接收通道是一个锁相接收机，用于解调S频段PM/PM测控体制信号，所述PM接收通道包含中频载波环、PM通道本振单元、二次混频单元、PM中频解调单元、基带解调单元；

中频载波环、PM通道本振单元、二次混频单元首尾相接组成一个大环路，所述中频载波环对自所述二次混频单元接收的第二中频信号进行载波捕获和载波跟踪，输出PM本振参考信号至所述PM通道本振单元和输出PM解调参考信号至PM中频解调单元。所述中频载波环输出PM本振参考信号和PM解调参考信号，将PM本振参考信号发送给PM通道本振单元，将PM解调参考信号发送给PM中频解调单元。

所述PM通道本振单元将所述PM本振参考信号分成两路，一路经N1次倍频产生PM通道第一本振信号，另一路经N2次倍频产生PM通道第二本振信号；

所述二次混频单元将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述PM通道第一本振信号进行混频获得第一中频信号，将所述第一中频信号与所述PM通道第二本振信号进行混频获得第二中频信号，输出所述第二中频信号至所述中频载波环和所述PM中频解调单元；

所述PM中频解调单元对所述第二中频信号进行相干解调获得模拟基带信号发送给所述基带解调单元，所述相干解调所用的参考信号由所述PM解调参考信号分频获得；

所述基带解调单元对所述模拟基带信号进行模数转换和解调获得所述PM通道遥控数据后输出。所述基带解调单元包含低速模数转换器和反熔丝型现场可编程门阵列；对接收到的所述模拟基带信号进行模数转换器采样，然后在所述反熔丝型现场可编程门阵列中完成基带副载波捕获、副载波剥离、副载波跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲获得所述PM通道遥控数据后输出。

作为二次混频单元的一种实施例，所述二次混频单元包含PM通道选择滤波器、第一混频器、一中频滤波器、可变增益控制放大器、第二混频器、二中频滤波器、自动增益控制放大器；

所述PM通道选择滤波器是一个介质滤波器，用于对自所述公用S频段射频前端接收的信号选择所需接收的信号，滤除通道外干扰传输至所述第一混频器；

所述第一混频器集成了一个双平衡混频器和一个放大器，用于利用所述第一本振信号将自所述PM通道选择滤波器接收的信号下变频至所述第一中频信号；

所述一中频滤波器是一个声表滤波器，用于对所述第一中频信号进行信道选择和滤除带外干扰传输至所述可变增益控制放大器；

所述可变增益控制放大器(VGC放大器)是一个混合集成电路，增益可变，用于对自中频滤波器接收的信号进行增益调节后传输至所述第二混频器；

所述第二混频器是一个双平衡混频器，用于利用所述第二本振信号将过所述增益调节的第一中频信号下变频至所述第二中频信号；

所述第二中频信号依次经过所述二中频滤波器的中频滤波和自动增益控制放大器(AGC放大器)的增益调节处理后输出至所述中频载波环和所述PM中频解调单元。

所述二中频滤波器是一个LC滤波器，用于信道选择，滤除带外干扰；

所述自动增益控制放大器是一个混合集成电路，增益可调，能对输出信号进行检波，产生控制电压控制自身的增益以及所述可变增益控制放大器的增益，与可变增益控制放大器共同组成自动增益控制环路，用于稳定中频信号输出功率。

作为中频载波环的一种实施例，所述中频载波环包含第一压控晶振、隔离放大器、分频器、第一鉴相器、环路滤波器；

所述第一鉴相器检测所述第二中频信号和自所述分频器获得的PM解调参考信号的相位差获得鉴相电压传输至环路滤波器，

所述环路滤波器对所述鉴相电压的高频分量进行抑制，对鉴相电压的低频分量和直流分量进行放大，输出用于控制第一压控晶振的输出频率的控制电压信号，

所述第一压控晶振根据所述控制电压信号产生所述PM本振参考信号，所述PM本振参考信号分两路输出，一路输出至所述PM通道本振单元，另一路依次经所述隔离放大器的隔离放大和分频器的分频处理获得PM解调参考信号传输至所述第一鉴相器和PM中频解调单元。

本实施例中，所述第一压控晶振是一个集成温补压控晶体振荡器，输出频率稳定度很高，作为基准源用于产生本振合成、载波锁定、信号解调的参考信号；

所述隔离放大器具有很高的反向隔离度，用于隔离输出信号反射对输入信号的干扰；

所述分频器是一个ECL高速逻辑电路，用于对输入信号进行分频；

所述第一鉴相器是一个双平衡混频器，采用与第二混频器相同的元器件，用于检测输入的中频信号和PM解调参考信号的相位差，并输出鉴相电压；

所述环路滤波器是一个一阶有源低通滤波器，它对输入电压的高频分量进行抑制，对输入电压的低频分量和直流分量进行放大，输出电压用于控制第一压控晶振的输出频率。

作为PM中频解调单元的一种实施例，所述PM中频解调单元包含第二鉴相器、移相器和中频解调滤波器；

所述移相器用于调节所述PM解调参考信号的相位与所述第二中频信号的相位正交后传输至所述第二鉴相器，

本实施例中所述第二鉴相器是一个模拟乘法器，用于利用自所述移相器获得的PM解调参考信号对所述第二中频信号进行PM相位解调获得所述模拟基带信号；

本实施例中所述移相器是一个有源RC延时电路，用于保证PM解调参考信号与输入第二鉴相器的第二中频信号相位正交。

所述模拟基带信号经所述中频解调滤波器抑制高频噪声后输出至所述基带解调单元。本实施例中所述中频解调滤波器是一个二阶有源低通滤波器，用于抑制解调输出的信号电压的高频噪声。

在DS接收通道中，所述DS接收通道包含DS通道本振单元、DS通道混频单元和DS通道中频处理单元；

本实施例中，所述DS通道本振单元是一个嵌套环路，包含第一频率综合环路和第二频率综合环路，用于对自所述中频处理单元接收的DS本振参考信号进行频率合成，获得DS通道本振信号；

所述DS通道混频单元用于将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述DS通道本振信号进行混频获得DS通道中频信号，并将所述DS通道中频信号发送到所述DS通道中频处理单元；

所述DS通道中频处理单元用于对所述DS通道中频信号进行模数转换和数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，和对所述DS通道中频信号进行数字频率合成产生DS本振参考信号传输至所述DS通道本振单元。

作为DS通道本振单元的一种实施例，所述DS通道本振单元包含第一频率综合环路和第二频率综合环路；

所述第一频率综合环路包含相互连接的第二压控晶振、第一频率综合器和第二环路滤波器，所述第一频率综合器的输入端还与所述中频处理单元相连，接收所述DS本振参考信号，所述第二压控晶振的输出端还与所述第二频率综合环路相连；

所述第二频率综合环路包含相互连接的压控振荡器(VCO)、第二频率综合器和第一环路滤波器，所述第二频率综合环路通过所述第二频率综合器的输入端与所述第二压控晶振的输出端相连，所述压控振荡器(VCO)的输出端还与所述DS通道混频单元的输入端相连；

其中，所述第二压控晶振包括一个集成温补压控晶体振荡器，输出频率锁定为DS本振参考信号的频率；

所述压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所述第二压控晶振的输出频率上。

作为所述DS通道中频处理单元的一种实施例，所述DS通道中频处理单元包含高速模数转换器(高速AD)、高速数模转换器(高速DA)和现场可编程门阵列(Flash ROM型FPGA)。

所述高速模数转换器对所述DS通道中频信号进行模数转换器采样后传输至所述现场可编程门阵列，由所述现场可编程门阵列进行数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，所述现场可编程门阵列还通过数字频率合成产生所述DS本振参考信号，所述DS本振参考信号经所述高速数模转换器转换为模拟信号发送给所述DS通道本振单元。

所述现场可编程门阵列进行的所述数据解调被配置为：包括依次进行对伪码和载波的捕获、载波剥离、码剥离、载波跟踪、伪码跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲，完成数据解调，输出DS通道遥控数据、DS通道内部测量数据。

本实施例中，第二压控晶振可以是集成温补压控晶体振荡器，输出频率锁定在DS本振参考信号频率上，用于改善DS本振参考信号的相噪和杂散。

本实施例中，压控振荡器是一个集成压控振荡器，输出频率锁定在第二压控晶振的输出频率上，用于改善DS通道本振信号的相噪和杂散；

本实施例中，第一频率综合器和第二频率综合器都是集成整数N频率合成芯片，用于对输入信号和参考信号进行分频、鉴相，并能输出锁定指示电压。

作为一种实施例，该接收机的PM接收通道中接收信号的调制方式为PCM-BPSK-PM，PCM数据速率为4Kbps，BPSK副载波频率为8KHz，PM调制度为0.95rad，解调门限为-112dBm，载波捕获灵敏度优于-125dBm，上行信号多普勒动态范围为-115KHz～+115KHz，多普勒变化率大于±32KHz/s。接收功率动态范围大于70dB。

本实施例中，该接收机的DS接收通道接收信号的调制方式为PCM-CDMA-BPSK，PCM数据速率为2Kbps，扩频码速率为10.23Mcps，解调门限为-112dBm，捕获灵敏度优于-112dBm，上行信号多普勒动态范围为-90KHz～+90KHz，多普勒变化率大于±2.5KHz/s。接收功率动态范围大于70dB。

该接收机中，S频段预选器、PM通道选择滤波器都选用小型化低损耗介质滤波器，S频段低噪声放大器选用平衡式结构的混合集成电路，省去了输入端的隔离器，既有助于降低整机噪声系数，又有助于整机的小型化；第一中频滤波器选用小型化低损耗声表滤波器，可变增益控制放大器、自动增益控制放大器、压控晶振、压控振荡器、PM通道本振合成单元、DS通道本振合成单元都选用混合集成电路，都有助于整机的小型化。

该接收机中，S频段预选器带宽为110MHz，中心频点±180MHz处带外抑制大于25dB，用于DS通道抑制镜像干扰；PM通道选择滤波器带宽为30MHz，中心频点±180MHz处带外抑制大于55dB，用于抑制PM通道抑制镜像干扰和提高接收选择性；第一中频滤波器带宽为3MHz，中心频点±18MHz处带外抑制大于60dB，第二中频滤波器带宽为300KHz，中心频点±8MHz处带外抑制大于60dB，用于保证接收选择性。

在PM接收通道中，本振参考信号由第一压控晶振产生，载波锁定后频率为接收频率的5/221，解调参考信号频率为接收频率的1/221，PM通道第一本振信号频率为接收频率的200/221，PM通道第二本振信号频率为接收频率的20/221，第一中频信号频率为接收频率的21/221，第二中频信号频率为接收频率的1/221。

在DS接收通道中，本振参考信号由DS通道中频处理单元产生，载波锁定后频率为接收频率的1/221，第二压控晶振的频率通过第一频率综合环路锁在该频率上，锁定后频率为接收频率的23/663，压控振荡器的频率通过第二频率综合环路锁在第二压控晶振的频率上，锁定后频率为接收频率的240/221，DS通道中频信号频率为接收频率的19/221。

在PM接收通道中，中频载波环是一个中增益二阶模拟锁相环；第一压控晶振压控频率范围大于4KHz，压控灵敏度为1.6KHz/V，输出频率稳定度不超过±1ppm；隔离放大器的反向隔离度大于50dB，用于隔离输出信号反射对输入信号的干扰；第一鉴相器是一个双平衡混频器，鉴相灵敏度大于0.2V/rad，能检测微弱的输入信号和中频参考信号的相位差；环路滤波器是一个一阶有源低通滤波器，它的电压直流增益约为60倍，它对输入电压的高频分量进行抑制，对输入电压的低频分量和直流分量进行放大，输出电压用于控制第一压控晶振的输出频率；分频器是一个ECL高速逻辑电路，用于对输入信号进行五分频；PM中频解调单元是一个正交相干解调器，第二鉴相器是一个模拟乘法器，鉴相灵敏度大于2V/rad，用于对输入中频信号进行PM相位解调；移相器是一个有源RC延时电路，延时调节范围大于50ns，用于保证解调参考信号与输入中频信号相位正交；中频解调滤波器是一个二阶有源低通滤波器，用于抑制解调输出的基带信号电压的高频噪声。

在DS接收通道中，DS通道混频单元是一个一次下变频电路，包含混频器、中频滤波器、自动增益控制放大器，电路结构和元器件的选用与PM接收通道的二次混频单元基本一致，但中频滤波器的带宽大于20MHz；模数转换器采样时钟频率低于中频信号频率，因此采用带通采样；完成载波捕获后，使用DDS产生一个与接收信号频率相干的本振参考信号，信号频率为接收频率的1/221，该本振参考信号发送给DS通道本振合成单元，通过第一频率综合环路和第二频率综合环路确保DS通道本振信号的频率与接收信号频率相干；第一频率综合环路用于改善DS通道本振信号的杂散和相位噪声。

当然，本发明所提供的接收机，其所包含的DS接收通道的设置不以上述实施例为限，还可以将其设置成二次混频电路，设置原则与上述实施例中PM接收通道相同，该通道各部分组成及布局原则也与上述实施例中PM接收通道相同。

综上所述，本发明所提供的星载S频段双通道测控接收机采用一体化电路设计，能接收处理两种测控体制信号，两个通道互为备份，接收到的信号不会相互干扰，输出相互独立，相对于单一体制的测控接收机，功能得到了扩展，可靠性和安全性得到了提高，适用于PM/DS双模测控应答机，而且在卫星测控分系统要求应答机采用双机备份的情况下，无须增加单机数量以及分系统的体积、重量。

本领域的研究和设计人员可以对本发明的一种星载S频段双通道测控接收机设计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 (11)

1.一种星载S频段双通道测控接收机，其特征在于，包含：公用S频段射频前端、PM接收通道、DS接收通道；

所述PM接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段调相测控体制的信号，处理后输出遥控数据；

所述DS接收通道用于通过所述公用S频段射频前端接收S频段直接扩频测控体制的信号，处理后输出遥控数据和内部测量数据；

所述PM接收通道包含中频载波环、PM通道本振单元、二次混频单元、PM中频解调单元、基带解调单元；接收信号经过二次混频单元得到PM通道第二中频信号，第二中频信号分为两路，一路经过中频载波环完成载波捕获和载波跟踪，得到PM本振参考信号，另一路经过PM中频解调单元，得到PM通道基带信号，再经过基带解调单元处理后输出遥控数据。

2.根据权利要求1所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述公用S频段射频前端包括S频段预选器、S频段低噪声放大器、S频段功分器；

所述S频段预选器对自天线接收的S频段信号进行滤波，再发送给所述S频段低噪声放大器进行放大，最后由所述S频段功分器将信号分配为两路信号，分别发送给所述PM接收通道和所述DS接收通道。

3.根据权利要求1所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述中频载波环对自所述二次混频单元接收的第二中频信号进行载波捕获和载波跟踪，输出PM本振参考信号至所述PM通道本振单元和输出PM解调参考信号至PM中频解调单元；

所述PM通道本振单元将所述PM本振参考信号分成两路，一路经N1次倍频产生PM通道第一本振信号，另一路经N2次倍频产生PM通道第二本振信号；

所述二次混频单元将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述PM通道第一本振信号进行混频获得第一中频信号，将所述第一中频信号与所述PM通道第二本振信号进行混频获得第二中频信号，输出所述第二中频信号至所述中频载波环和所述PM中频解调单元；

所述PM中频解调单元对所述第二中频信号进行相干解调获得模拟基带信号发送给所述基带解调单元，所述相干解调所用的参考信号由所述PM解调参考信号分频获得；

所述基带解调单元对所述模拟基带信号进行模数转换和解调获得所述PM通道遥控数据后输出。

4.根据权利要求3所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述基带解调单元包含低速模数转换器和反熔丝型现场可编程门阵列；对接收到的所述模拟基带信号进行模数转换，然后在所述反熔丝型现场可编程门阵列中完成基带副载波捕获、副载波剥离、副载波跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲获得所述PM通道遥控数据后输出。

5.根据权利要求3所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述二次混频单元包含PM通道选择滤波器、第一混频器、一中频滤波器、可变增益控制放大器、第二混频器、二中频滤波器、自动增益控制放大器；

所述PM通道选择滤波器用于对自所述公用S频段射频前端接收的信号选择所需接收的信号，滤除通道外干扰传输至所述第一混频器；

所述第一混频器用于利用所述第一本振信号将自所述PM通道选择滤波器接收的信号下变频至所述第一中频信号；

所述一中频滤波器用于对所述第一中频信号进行信道选择和滤除带外干扰传输至所述可变增益控制放大器；

所述可变增益控制放大器用于对自中频滤波器接收的信号进行增益调节后传输至所述第二混频器；

所述第二混频器用于利用所述第二本振信号将过所述增益调节的第一中频信号下变频至所述第二中频信号；

所述第二中频信号依次经过所述二中频滤波器的中频滤波和自动增益控制放大器的增益调节处理后输出至所述中频载波环和所述PM中频解调单元。

6.根据权利要求3所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述中频载波环包含第一压控晶振、隔离放大器、分频器、第一鉴相器、环路滤波器；

所述第一鉴相器检测所述第二中频信号和自所述分频器获得的PM解调参考信号的相位差获得鉴相电压传输至环路滤波器，

所述环路滤波器对所述鉴相电压的高频分量进行抑制，对鉴相电压的低频分量和直流分量进行放大，输出用于控制第一压控晶振的输出频率的控制电压信号，

所述第一压控晶振根据所述控制电压信号产生所述PM本振参考信号，所述PM本振参考信号分两路输出，一路输出至所述PM通道本振单元，另一路依次经所述隔离放大器的隔离放大和分频器的分频处理获得PM解调参考信号传输至所述第一鉴相器和PM中频解调单元。

7.根据权利要求3所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述PM中频解调单元包含第二鉴相器、移相器和中频解调滤波器；

所述移相器用于调节所述PM解调参考信号的相位与所述第二中频信号的相位正交后传输至所述第二鉴相器，

所述第二鉴相器用于利用自所述移相器获得的PM解调参考信号对所述第二中频信号进行PM相位解调获得所述模拟基带信号；

所述模拟基带信号经所述中频解调滤波器抑制高频噪声后输出至所述基带解调单元。

8.根据权利要求1所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述DS接收通道包含DS通道本振单元、DS通道混频单元和DS通道中频处理单元；

所述DS通道本振单元用于对自所述中频处理单元接收的DS本振参考信号进行频率合成，获得DS通道本振信号；

所述DS通道混频单元用于将自所述公用S频段射频前端接收的信号与所述DS通道本振信号进行混频获得DS通道中频信号，并将所述DS通道中频信号发送到所述DS通道中频处理单元；

所述DS通道中频处理单元用于对所述DS通道中频信号进行模数转换和数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，和对所述DS通道中频信号进行数字频率合成产生DS本振参考信号传输至所述DS通道本振单元。

9.根据权利要求8所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述DS通道本振单元包含第一频率综合环路和第二频率综合环路；

所述第一频率综合环路包含相互连接的第二压控晶振、第一频率综合器和第二环路滤波器，所述第一频率综合器的输入端还与所述中频处理单元相连，接收所述DS本振参考信号，所述第二压控晶振的输出端还与所述第二频率综合环路相连；

所述第二频率综合环路包含相互连接的压控振荡器、第二频率综合器和第一环路滤波器，所述第二频率综合环路通过所述第二频率综合器的输入端与所述第二压控晶振的输出端相连，所述压控振荡器的输出端还与所述DS通道混频单元的输入端相连；

其中，所述第二压控晶振的输出频率锁定为DS本振参考信号的频率；

所述压控振荡器的输出频率锁定在所述第二压控晶振的输出频率上。

10.根据权利要求8所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述DS通道中频处理单元包含高速模数转换器、高速数模转换器和现场可编程门阵列；

所述高速模数转换器对所述DS通道中频信号进行模数转换器采样后传输至所述现场可编程门阵列，由所述现场可编程门阵列进行数据解调获得DS通道遥控数据和内部测量数据后输出，所述现场可编程门阵列还通过数字频率合成产生所述DS本振参考信号，所述DS本振参考信号经所述高速数模转换器转换为模拟信号发送给所述DS通道本振单元。

11.根据权利要求10所述的星载S频段双通道测控接收机，其特征在于：所述现场可编程门阵列进行的所述数据解调被配置为：包括依次进行对伪码和载波的捕获、载波剥离、码剥离、载波跟踪、伪码跟踪、数据位跟踪，提取数据位同步脉冲，完成数据解调，输出DS通道遥控数据、DS通道内部测量数据。