CN107809276A - 小型化低成本卫星数传设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低成本的小型化卫星数传设备，包括数字信号处理单元、本振电路、调制器、放大器、腔体滤波器、功率放大器、隔离器、电源单元。该发明涉及星载CCSDS编码技术、调制放大技术，首先将接收到的高速数据进行接收数据缓存，然后对缓存的数据进行组帧、加扰、LDPC编码、编码后再次组帧、输出数据缓存、高速数据串行输出，对输出的I、Q两路数据进行X频段模拟调制，调制后的信号进行滤波、两级功率放大后经隔离器输出，该发明设计简单、可靠性高、结构紧凑、适用于低成本、小型号卫星数传设备中。

Description

小型化低成本卫星数传设备
技术领域
本发明涉及卫星数传设备领域，适用于小型化、集成度高、成本低的卫星数传设备应用。
背景技术
当前，遥感卫星的发展趋势之一是向功能相对单一、研制时间短、经费需求低的小卫星、微小卫星系列拓展。小卫星有它自己的特点和限制，卫星平台小，所提供的空间和能量有限，但其传输速率和传输质量并未降低。这就对星上设备的技术水平提出了较高的要求，既要高质量地传输高速数据，又必须具有体积小、质量轻、功耗低、成本低的特点。因此，采用小型化、低成本、可靠性高的发端设备成为现代小卫星数传系统的发展方向。
发明的内容
本发明所要解决的技术问题在于提供小型化低成本卫星数传设备。本发明将数字处理及模拟调制集成化，将数字信号直接送入模拟调制芯片，省去了驱动放大电路，大大降低了设备实现的复杂性，降低了成本，并且增加了单机的可靠性，满足了卫星数传小型化、低成本的要求。
本发明的目的是这样实现的：
小型化低成本卫星数传设备，包括电源单元1、数字处理单元2本振3、调制器4、温补衰减器5、带通滤波器6、第一隔离器7、推动放大器8、末级放大器9、检波器10和第二隔离器11；数字处理单元2接收I、Q两路数据，进行组帧、加扰和编码处理生成两路数字基带信号，并输出至调制器4；本振3产生射频本振信号输出至调制器4；调制器4根据本振信号将两路数字基带信号调制到射频后变为一路射频信号输出至温补衰减器5；温补衰减器5将射频信号进行温度补偿后输出至带通滤波器6；带通滤波器6将温度补偿后的射频信号抑制带外信号后经第一隔离器7输出至推动放大器8；推动放大器8将抑制带外信号后的射频信号进行放大，并输出至末级放大器9；末级放大器9将放大后的射频信号再次进行放大后输出至检波器10；检波器10检测末级放大器输出功率的大小，并将功率值输出至数字处理单元2，将放大后的射频信号经第二隔离器11输出；电源单元1分别给各个模块进行供电。
其中，所述的数字处理单元2包括接口控制模块2-1、读FIFO控制组帧模块2-2、加扰模块2-3、LDPC编码模块2-4、重组帧模块2-5、读写RAM模块2-6和AD采集模块2-7；接口控制模块2-1根据读写RAM模块2-6输出的控制信号产生数据请求指示，根据数据请求指示请求外部输入的I、Q两路数据，并写入内部FIFO中；读FIFO控制组帧模块2-2读取FIFO中的I、Q两路数据，并将I、Q两路数据组帧后发送至加扰模块2-3；加扰模块2-3将组帧后的I、Q两路数据进行加扰，并将加扰后的I、Q两路数据输出至LDPC编码模块2-4；LDPC编码模块2-4将加扰后的I、Q两路数据进行LDPC编码，将编码后的I、Q两路数据输出至重组帧模块2-5；重组帧模块2-5对编码后的I、Q两路数据的格式进行重新调整，并将调整后的I、Q两路数据输出至读写RAM模块2-6；读写RAM模块2-6将调整后的I、Q两路数据存入内部RAM中，根据RAM的存储情况产生控制信号输出至接口控制模块2-1；并根据外部输入的速率控制指令所要求的速率读取RAM中的I、Q两路数据，将I/Q两路数据帧中添加帧头后生成两路数字基带信号，并输出至调制器4；AD采集模块2-7采集检波器10输出的检波电压。
本发明相比背景技术具有如下优点：
1.本发明对通用的卫星数传设备进行了简化处理，最大限度的减少元器件的使用；
2.本发明对工程实现进行了集成化、一体化设计，实现了设备的小型化；
3.本发明将数字处理及模拟调制集成化，将数字信号直接送入模拟调制芯片，省去了驱动放大电路，大大降低了设备实现的复杂性，降低了成本，并且增加了单机的可靠性，满足了卫星数传小型化、低成本的要求。
附图说明
图1是本发明实施例的电原理方框图。
图2是本发明数字处理单元的电原理方框图。
具体实施方式
下面，结合图1和图2对本发明作进一步说明。
如图1，本发明小型化低成本卫星数传设备包括电源单元1、数字处理单元2本振3、调制器4、温补衰减器5、带通滤波器6、第一隔离器7、推动放大器8、末级放大器9、检波器10和第二隔离器11；数字处理单元2接收I、Q两路数据，进行组帧、加扰和编码处理生成两路数字基带信号，并输出至调制器4；本振3产生射频本振信号输出至调制器4；调制器4根据本振信号将两路数字基带信号调制到射频后输出至温补衰减器5；温补衰减器5将射频信号进行温度补偿后输出至带通滤波器6；带通滤波器6将温度补偿后的射频信号抑制带外信号后经第一隔离器7输出至推动放大器8；推动放大器8将抑制带外信号后的射频信号进行放大，并输出至末级放大器9；末级放大器9将放大后的射频信号再次进行放大后输出至检波器10；检波器10检测末级放大器输出功率的大小，并将功率值输出至数字处理单元2，将放大后的射频信号经第二隔离器11输出。
其中，所述的数字处理单元2包括接口控制模块2-1、读FIFO控制组帧模块2-2、加扰模块2-3、LDPC编码模块2-4、重组帧模块2-5、读写RAM模块2-6和AD采集模块2-7；如图2所示，接口控制模块2-1根据读写RAM模块2-6输出的控制信号产生数据请求指示，根据数据请求指示请求外部输入的I、Q两路数据，并写入内部FIFO中；读FIFO控制组帧模块2-2读取FIFO中的I、Q两路数据，并将I、Q两路数据组帧后发送至加扰模块2-3；加扰模块2-3将组帧后的I、Q两路数据进行加扰，并将加扰后的I、Q两路数据输出至LDPC编码模块2-4；LDPC编码模块2-4将加扰后的I、Q两路数据进行LDPC编码，将编码后的I、Q两路数据输出至重组帧模块2-5；重组帧模块2-5对编码后的I、Q两路数据的格式进行重新调整，并将调整后的I、Q两路数据输出至读写RAM模块2-6；读写RAM模块2-6将调整后的I、Q两路数据存入内部RAM中，根据RAM的存储情况产生控制信号输出至接口控制模块2-1；并根据外部输入的速率控制指令所要求的速率读取RAM中的I、Q两路数据，将I/Q两路数据帧中添加帧头后生成两路数字基带信号，并输出至调制器4；AD采集模块2-7采集检波器10输出的检波电压。
电源单元1将一次供电转换成内部的二次供电，通常选用VTP或者interpoint的DC/DC模块，电源单元作为一个模块单独设计。
本发明简要工作原理如下：
小型化低成本卫星数传设备结构上划分包括数字处理单元、电源单元、模拟单元三部分，数字处理单元完成数据的接收，执行遥控指令，返回设备遥测信息，并对信号进行组帧、加扰、编码等处理。数字处理单元根据遥控指令切换数据传输速率，接收到两路高速数据后进行缓存，读取缓存数据并进行组帧、加扰、编码等处理，由于数据速率高达几百兆bps，数字处理采用并行方式实现，将处理后的两路基带数据进行模拟QPSK调制，数字处理单元的核心芯片为高速FPGA，调制后的信号进行温度补偿处理，以保证在大的温度范围内最终输出功率平稳，信号再经过两级放大器后功率达到2瓦以上或者更高，对末级功率放大器的散热需要特殊设计，末级功率放大器可直接烧在底板上，并且底板和散热面直接接触，保证有效的散热，检波器检测实时功率并转换成遥测电压，隔离器用来保护末级放大器，在没有负载的情况下吸收反射信号，并且改善驻波性能。
电源单元分别给数字处理单元和模拟单元独立供电。模拟单元包括本振、调制器、温补衰减器、带通滤波器、隔离器、推动放大器、末级放大器、检波器、隔离器，对两路基带信号进行调制、滤波、放大等处理。该数传设备功率放大部分集成可直接配合定向天线使用，无需外置功率放大器。

Claims (2)

1.小型化低成本卫星数传设备，包括电源单元(1)、本振(3)、调制器(4)、温补衰减器(5)、带通滤波器(6)、第一隔离器(7)、推动放大器(8)、末级放大器(9)、检波器(10)和第二隔离器(11)；其特征在于：还包括数字处理单元(2)；数字处理单元(2)接收I、Q两路数据，进行组帧、加扰和编码处理生成两路数字基带信号，并输出至调制器(4)；本振(3)产生射频本振信号输出至调制器(4)；调制器(4)根据本振信号将两路数字基带信号调制到射频后变为一路射频信号输出至温补衰减器(5)；温补衰减器(5)将射频信号进行温度补偿后输出至带通滤波器(6)；带通滤波器(6)将温度补偿后的射频信号抑制带外信号后经第一隔离器(7)输出至推动放大器(8)；推动放大器(8)将抑制带外信号后的射频信号进行放大，并输出至末级放大器(9)；末级放大器(9)将放大后的射频信号再次进行放大后输出至检波器(10)；检波器(10)检测末级放大器输出功率的大小，并将功率值输出至数字处理单元(2)，将放大后的射频信号经第二隔离器(11)输出；电源单元(1)分别给各个模块进行供电。
2.根据权利要求1所述的小型化低成本卫星数传设备，其特征在于：所述的数字处理单元(2)包括接口控制模块(2-1)、读FIFO控制组帧模块(2-2)、加扰模块(2-3)、LDPC编码模块(2-4)、重组帧模块(2-5)、读写RAM模块(2-6)和AD采集模块(2-7)；接口控制模块(2-1)根据读写RAM模块(2-6)输出的控制信号产生数据请求指示，根据数据请求指示请求外部输入的I、Q两路数据，并写入内部FIFO中；读FIFO控制组帧模块(2-2)读取FIFO中的I、Q两路数据，并将I、Q两路数据组帧后发送至加扰模块(2-3)；加扰模块(2-3)将组帧后的I、Q两路数据进行加扰，并将加扰后的I、Q两路数据输出至LDPC编码模块(2-4)；LDPC编码模块(2-4)将加扰后的I、Q两路数据进行LDPC编码，将编码后的I、Q两路数据输出至重组帧模块(2-5)；重组帧模块(2-5)对编码后的I、Q两路数据的格式进行重新调整，并将调整后的I、Q两路数据输出至读写RAM模块(2-6)；读写RAM模块(2-6)将调整后的I、Q两路数据存入内部RAM中，根据RAM的存储情况产生控制信号输出至接口控制模块(2-1)；并根据外部输入的速率控制指令所要求的速率读取RAM中的I、Q两路数据，将I、Q两路数据帧中添加帧头后生成两路数字基带信号，并输出至调制器(4)；AD采集模块(2-7)采集检波器(10)输出的检波电压。
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