CN107896130B - 一种基于pxi架构的卫星测控地面综合测试系统 - Google Patents

一种基于pxi架构的卫星测控地面综合测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，包括:PXI机箱，包括多个槽位；主控板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于运行LabVIEW上位机软件；信号收发板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于支持65MHz到6GHz全频段射频信号的生成与接收；FPGA板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于实时处理基带遥测数据；其中，PXI机箱上集成一套或多套信号收发板卡和FPGA板卡；所述测控地面综合测试系统基于软件无线电平台，支持中频全数字化处理；其中，所述信号收发板卡和FPGA板卡通过Peer To Peer方式进行数据传输，所述主控板卡与信号收发板卡和FPGA板卡通过队列形式进行数据传输。本发明的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统实现多通道的测试，并能在USB测控体制和扩频测控体制下自由切换。

Description

一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统
技术领域
本发明涉及卫星测试设备领域，具体涉及一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统。
背景技术
测控系统主要负责遥控、遥测信号在卫星与地面站之间的传输，以及地面测控网对卫星的测距和测速。由于测控系统是地面对在轨卫星进行控制和与在轨卫星进行数据交换的唯一途径，所以必须具有高度的可靠性，因此，在卫星发射之前，要依赖地面测试设备对测控系统进行严格的测试，测控系统的测试指标多样，测试流程复杂，因此需要测试设备能够满足差异化的测试需求。为了满足商业化卫星批量生产，并行测试的要求，则需要设计集成化的测控地面综合测试系统。
传统的针对测控系统的地面测试设备只能满足测控系统的基本测试需求，且只能进行单通道测试，大多采购自国外，成本高昂，且技术服务不及时，并且由于技术保护等原因，难以对功能进行本地化修改来满足差异化的测试要求，因此导致测试效率不高，同时测试成本居高不下，制约了商业卫星产业的发展。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，混合多槽位的PXIe机箱为载体，以PXIe控制器为控制核心，集成多套收发板卡和FPGA板卡，进行多通道的集成测试。
本发明还提供一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其软件基于软件无线电平台编写，并通过VST板卡精准实现射频和中频信号的转换，从而支持USB和扩频两种测控体制。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，包括：
PXI机箱，包括多个槽位；
主控板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于运行LabVIEW上位机软件；
信号收发板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于支持65MHz到6GHz全频段射频信号的生成与接收；
FPGA板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于实时处理基带遥测数据；
其中，所述PXI机箱上集成一套或多套信号收发板卡和FPGA板卡；
其中，所述信号收发板卡和FPGA板卡通过Peer To Peer方式进行数据传输，所述主控板卡与信号收发板卡和FPGA板卡通过队列形式进行数据传输；
所述测控地面综合测试系统基于软件无线电平台，支持中频全数字化处理。
优选的是，所述PXI机箱为PXIe-1085机箱。
优选的是，所述主控板卡为PXIe-8880主控板卡，其具有8核Core i7处理器。
优选的是，所述信号收发板卡为PXIe-5644R矢量信号收发板卡或PXIe-5645R矢量信号收发板卡，用于射频和中频信号的转换。
优选的是，所述FPGA板卡为PXIe-7966RFPGA板卡或PXIe-7976FPGA板卡，其包含一块Kintex-7XC7K410T型号的FPGA芯片。
优选的是，还包括用于对射频信号功率衰减和增益进行自动控制的PXIe-5690RF前置放大器板卡。
优选的是，还包括用于对所述主控板卡、信号收发板卡、FPGA板卡和前置放大器板卡的数据进行同步处理的PXIe-6674T时钟板卡。
优选的是，所述测控地面综合测试系统与星上测控应答机通过天线无线连接或通过射频线缆有线连接，并与遥控遥测服务器通过LAN口连接，进行UDP协议的通信；
其中，所述测控地面综合测试系统接收星上测控应答机发送的遥测射频信号，再将转化为遥测原码数据的遥测射频信号发送给服务器；
其中，所述测控地面综合测试系统接收服务器的遥控原码数据，再将转换成测控射频信号的遥控原码数据发送给星上测控应答机。
优选的是，所述测控地面综合测试系统通过USB体制信号处理流程支持USB测控体制，并通过扩频体制信号处理流程支持扩频测控体制。
优选的是，所述USB体制信号处理流程包括：
上行信号处理，其包括遥控信号产生模块和测距音信号产生模块，通过PM调制方式将信号调制到不同的副载波上；
下行信号处理，其包括遥测信号解调和测距音信号的解调，通过锁相环得到基带信号并进行PM解调，再对遥测信号进行副载波同步，采样抽取进行位同步，再对解调数据进行帧同步，得到遥测帧数据；以及
所述扩频体制信号处理流程包括：
上行信号处理：生成gold码序列，实现遥控信号的扩频；
下行信号处理：需要完成解扩功能。
本发明的有益效果是：1、支持两种不同的测控体制：可以在USB测控体制和扩频测控体制下自由切换。2、集成化测试：PXI架构具有良好的可扩展性，PXIe高速背板为实现多组信号的并行处理提供了可能。为了实现多通道的测试，系统中可以配备多套VST和FlexRIO，通过测控综合测试系统软件配置，共享系统的时钟资源和背板资源。同时，利用多进程实现控制器资源的共享，实现多组信号的集成化测试。3、满足模拟地面站的遥控遥测基本功能的同时，还通过软件设计实现了测距测速、Doppler估计和补偿、误码率测试、频谱监测、接收星座图监测，接收信噪比监测，锁定状态监测，遥测数据快视，遥测数据保存，遥控指令加扰，扫频等附加功能，可以满足不同用户的差异化需求。并且由于LabVIEW的快速开发特性，可以快速定制开发特定附加功能。4、软件可以通过LAN口和外界实现UDP协议的通信，实现了对外界的数据开放。第三方可以通过系统开放的数据接口完成自己需要的定制功能，如遥控命令的配置和遥测数据的解析等功能。
附图说明
图1本发明的卫星测控地面综合测试系统的硬件集成示意图。
图2本发明的卫星测控地面综合测试系统与星上接口连接示意图。
图3本发明的卫星测控地面综合测试系统的信号传输过程示意图。
图4本发明的卫星测控地面综合测试系统的USB体制软件上行信号处理流程示意图。
图5本发明的卫星测控地面综合测试系统的USB体制软件下行信号处理流程示意图。
图6本发明的卫星测控地面综合测试系统的扩频体制软件上行信号处理流程示意图。
图7本发明的卫星测控地面综合测试系统的扩频体制软件下行信号处理流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1-7所示的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，包括：
以混合多槽位的PXIe机箱为载体，以主控板卡为控制核心，其中，主控板卡集成在所述PXI机箱上，用于运行LabVIEW上位机软件，主要完成的功能包括：上位机辅助载波捕获功能，扫频数据生成，载波重捕，遥控指令生成，遥测数据流帧同步，BER测试，与服务器通信，状态监视等功能；
信号收发板卡(VST)集成在所述PXI机箱上，用于支持65MHz到6GHz全频段射频信号的生成与接收，主要完成的功能包括：射频信号处理，包括变上频、变下频和增益控制；基带信号处理，完成模拟地面上行链路(遥控指令传输)发射，和下行链路的部分信号处理(卫星信号捕获、跟踪，侧音测距等等功能)。
FPGA板卡(FlexRIO)集成在所述PXI机箱上，用于实时处理基带遥测数据，主要完成解调及基带遥测数据恢复。
其中，所述PXI机箱上集成一套或多套信号收发板卡和FPGA板卡，系统可以对卫星测控系统进行多通道的集成测试，优选的是集成3套收发板卡和FPGA板卡；所述测控地面综合测试系统基于软件无线电平台编写，支持中频全数字化处理；
其中，所述信号收发板卡和FPGA板卡通过Peer To Peer方式进行数据传输，所述主控板卡与信号收发板卡和FPGA板卡通过队列形式进行数据传输。
本实施例的卫星测控地面综合测试系统基于PXI架构的灵活可扩展的软硬件架构，实现测控系统地面测试的各项功能。通过软件设计，实现多组信号共享时钟，背板传输资源，并共享控制器资源，实现多组信号并行处理的集成化测试。基于LabVIEW的软件设计可以实现丰富的附加功能，满足用户的差异化需求，并且可以实现特定功能的快速定制开发。实现丰富的附加功能来满足快速功能定制需求，大大提高了测试效率。同时由于测试系统具有良好的可扩展性，可进行持续升级，且具有自主知识产权，使得设备通用性增强，测试成本大大下降。
在另一实施例中，如图1所示，所述PXI机箱为PXIe-1085机箱，包括用于供电的PXI机箱电源和PXI/PXIe混合总线，通过PXI/PXIe混合总线与信号收发板卡、FPGA板卡和主控板卡进行通讯。
在另一实施例中，所述主控板卡为PXIe-8880主控板卡，通过运行LabVIEW上位机软件，可以实现多组数据的并行处理。
在另一实施例中，所述信号收发板卡为PXIe-5644R矢量信号收发板卡或PXIe-5645R矢量信号收发板卡，用于射频和中频信号的转换，支持65MHz到6GHz全频段射频信号的生成与接收，其频率分辨率可达1Hz。
在另一实施例中，所述FPGA板卡为PXIe-7966RFPGA板卡或PXIe-7976FPGA板卡，其包含一块Kintex-7XC7K410T型号的FPGA芯片。
在另一实施例中，本发明的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统还可根据实际需求，配备PXIe-5690RF前置放大器板卡，实现对射频信号功率衰减和增益的自动控制。
在另一实施例中，本发明的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统还可根据实际需求，配备PXIe-6674T时钟板卡，PXIe-6674T时钟板卡替代机箱的背板时钟，对所述主控板卡、信号收发板卡、FPGA板卡和前置放大器板卡的数据进行同步处理，实现更精确的时钟控制，提升系统性能，整套硬件系统的强大能力不仅可以满足现阶段CCSDS的测控标准，也具备持续的升级能力，以满足未来更高的测控标准。
在另一实施例中，如图2所示，所述测控地面综合测试系统与星上测控应答机通过天线无线连接或通过射频线缆有线连接，并与遥控遥测服务器通过LAN口连接，进行UDP协议的通信；其中，所述测控地面综合测试系统接收星上测控应答机发送的遥测射频信号，再将转化为遥测原码数据的遥测射频信号发送给服务器；其中，所述测控地面综合测试系统接收服务器的遥控原码数据，再将转换成测控射频信号的遥控原码数据发送给星上测控应答机。系统能够实现多组信号的集成化测试，并通过LAN口开放数据接口实现第三方功能定制。
在另一实施例中，所述测控地面综合测试系统通过USB体制信号处理流程支持USB测控体制，并通过扩频体制信号处理流程支持扩频测控体制，除了可以实现遥测，遥控，测距，测速等传统测试功能之外，还增加了频谱监测，误码测试等多种功能，并能实现定制化功能的快速开发，提高本发明的通用性。
在另一实施例中，所述USB体制信号处理流程包括：
如图4所示，上行信号处理包括：遥控信号产生模块和测距音信号产生模块，通过PM调制方式将信号调制到不同的副载波上；
如图5所示，下行信号处理包括：遥测信号解调和测距音信号的解调，通过锁相环得到基带信号并进行PM解调，再对遥测信号进行副载波同步，采样抽取进行位同步，再对解调数据进行帧同步，得到遥测帧数据；测距信息则根据不同频率副载波的测距音进行相位解算得到。
所述扩频体制信号处理流程包括：
如图6所示，上行信号处理包括：生成gold码序列，实现遥控信号的扩频；如图7所示，下行信号处理需要完成相应解扩功能。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，包括：
PXI机箱，包括多个槽位；
主控板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于运行LabVIEW上位机软件；
信号收发板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于支持65MHz到6GHz全频段射频信号的生成与接收；
FPGA板卡，其集成在所述PXI机箱上，用于实时处理基带遥测数据；
其中，所述PXI机箱上集成多套信号收发板卡和FPGA板卡；
其中，所述信号收发板卡和FPGA板卡通过Peer To Peer方式进行数据传输，所述主控板卡与信号收发板卡和FPGA板卡通过队列形式进行数据传输；
所述测控地面综合测试系统基于软件无线电平台，支持中频全数字化处理。
2.如权利要求1所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述PXI机箱为PXIe-1085机箱。
3.如权利要求2所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述主控板卡为PXIe-8880主控板卡，其具有8核Core i7处理器。
4.如权利要求3所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述信号收发板卡为PXIe-5644R矢量信号收发板卡或PXIe-5645R矢量信号收发板卡，用于射频和中频信号的转换。
5.如权利要求4所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述FPGA板卡为PXIe-7966RFPGA板卡或PXIe-7976FPGA板卡，其包含一块Kintex-7XC7K410T型号的FPGA芯片。
6.如权利要求5所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，还包括用于对射频信号功率衰减和增益进行自动控制的PXIe-5690RF前置放大器板卡。
7.如权利要求6所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，还包括用于对所述主控板卡、信号收发板卡、FPGA板卡和前置放大器板卡的数据进行同步处理的PXIe-6674T时钟板卡。
8.如权利要求7所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述测控地面综合测试系统与星上测控应答机通过天线无线连接或通过射频线缆有线连接，并与遥控遥测服务器通过LAN口连接，进行UDP协议的通信；
其中，所述测控地面综合测试系统接收星上测控应答机发送的遥测射频信号，再将转化为遥测原码数据的遥测射频信号发送给服务器；
其中，所述测控地面综合测试系统接收服务器的遥控原码数据，再将转换成测控射频信号的遥控原码数据发送给星上测控应答机。
9.如权利要求8所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述测控地面综合测试系统通过USB体制信号处理流程支持USB测控体制，并通过扩频体制信号处理流程支持扩频测控体制。
10.如权利要求9所述的基于PXI架构的卫星测控地面综合测试系统，其特征在于，所述USB体制信号处理流程包括：
上行信号处理，其包括遥控信号产生模块和测距音信号产生模块，通过PM调制方式将信号调制到不同的副载波上；
下行信号处理，其包括遥测信号解调和测距音信号的解调，通过锁相环得到基带信号并进行PM解调，再对遥测信号进行副载波同步，采样抽取进行位同步，再对解调数据进行帧同步，得到遥测帧数据；以及
所述扩频体制信号处理流程包括：
上行信号处理：生成gold码序列，实现遥控信号的扩频；
下行信号处理：需要完成解扩功能。
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