CN109495118A - 一种基于asic架构的星载s频段扩频测控应答系统 - Google Patents

一种基于asic架构的星载s频段扩频测控应答系统 Download PDF

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Abstract

一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，涉及星载测控应答机设计领域；包括双工器、上行混频模块、模数变换模块、ASIC模块、晶振、数模转换模块和下行混频模块；射频通道采用了小型化设计，将发射通道和接收通道集成在一个模块中，完成遥控遥测信号的变频处理。基带信号处理模块采用专用ASIC芯片进行遥控遥测信号的调制解调处理工作，替代了原来FPGA+DSP架构扩频应答机，提升了应答机抗单粒子等空间环境的适应能力；本发明解决了在轨易受到空间单粒子等空间环境的影响问题，使得应答机更加稳定、可靠，满足卫星对应答机提出的体积小、质量轻、功耗低的需求。

Description

一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统
技术领域
本发明涉及一种星载测控应答机设计领域，特别是一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统。
背景技术
近年来扩频测控应答机在航天测控系统中承担着越来越重要的卫星通信和测量功能，用以完成卫星遥控、遥测、测距、测速等功能。相对于传统应答机，扩频测控应答机由于在测量精度、抗干扰、抗截获等方面具有突出的技术优势而获得了广泛应用。
在轨飞行过程中，1、由于空间高能粒子入射而引起SRAM型FPGA单粒子翻转从而影响扩频测控应答机正常工作的事件时有发生；2、卫星对单机产品的重量、功耗、体积的要求越来越严格，因此扩频测控应答机目前亟待解决的问题包括：
1、现有扩频测控应答机的基带信号处理模块采用FPGA+DSP架构，在轨容易受到空间单粒子翻转、栓锁的影响，应答机的可靠性不够，严重影响飞行器安全；
2、射频模块采用发射射频模块和接收射频模块分开设计，功耗、体积和重量都大幅增加。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，解决了在轨易受到空间单粒子等空间环境的影响问题，使得应答机更加稳定、可靠，满足卫星对应答机提出的体积小、质量轻、功耗低的需求。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，包括双工器、上行混频模块、模数变换模块、ASIC模块、晶振、数模转换模块和下行混频模块；
双工器：接收外部地面站传来的上行遥控射频信号；接收下行混频模块传来的下行遥测射频信号；将下行遥测射频信号发送至外部地面站；将上行遥控射频信号发送至上行混频模块；
上行混频模块：接收双工器传来的上行遥控射频信号；接收晶振传来的上行本振信号；将上行遥控射频信号和上行本振信号进行上行混频处理，生成接收一中频信号；并对接收一中频信号进行二次混频处理，生成接收二中频信号；并将接收二中频信号发送至模数转换模块；
模数转换模块：接收上行混频模块传来的接收二中频信号，进行模数转换处理，生成接收二中频数字信号；并将接收二中频数字信号发送至ASIC模块；
ASIC模块：接收模数转换模块传来的接收二中频数字信号，依次进行捕获、跟踪、解调和解扩处理，生成遥控数据；并将遥控数据通过遥测遥控接口发送至外部星上设备；通过遥测遥控接口接收外部星上设备传来的遥测数据；对遥测数据依次进行扩频、BPSK调制处理，生成下行遥测数字信号；将下行遥测数字信号发送至模数转换模块；
晶振：生成上行本振信号，并将上行本振信号发送至上行混频模块；生成下行本振信号，并将下行本振信号发送至下行混频模块；
数模转换模块：接收ASIC模块传来的下行遥测数字信号；进行数模转换处理，生成下行遥测中频信号；将下行遥测中频信号发送至下行混频模块；
下行混频模块：接收数模转换模块传来的下行遥测中频信号；接收晶振传来的下行本振信号；将下行遥测中频信号与下行本振信号进行下行混频处理，生成发射一中频信号；对发射一中频信号进行二次混频处理，生成下行遥测射频信号；并将下行遥测射频信号发送至双工器。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述的接收一中频信号的频率为120-130MHz。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述的接收二中频信号的频率为70MHz。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述的发射一中频信号的频率为95-105MHz。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述下行遥测射频信号的频率为2140-2240MHz。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述数模转换模块的采样时钟为40MHz；数模转换模块的位数为12位。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述下行混频模块包括功放模块；经功放模块功率放大后的下行遥测射频信号功率为500-900W。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述上行本振信号的频率为80MHz。
在上述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，所述80MHz的上行本振信号由频率为40MHz晶振通过乘2锁相倍频器得到。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明中基带信号处理模块采用专用ASIC芯片进行遥控遥测信号的调制解调处理工作，替代了原来FPGA+DSP架构扩频应答机，提升了应答机抗单粒子等空间环境的适应能力，提高了扩频应答机的可靠性、安全性；
(2)本发明射频通道采用了小型化设计，将射频发射通道和接收通道集成在一个模块中，替代了原来射频发射通道和接收通道独立模块设计，减轻了单机设备重量、减小了单机设备体积、降低了单机设备功耗。
附图说明
图1为本发明测控应答系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供了一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，替代了原来FPGA+DSP架构扩频应答机，提升了应答机抗单粒子等空间环境的适应能力；本发明解决了在轨易受到空间单粒子等空间环境的影响问题，使得应答机更加稳定、可靠，满足卫星对应答机提出的体积小、质量轻、功耗低的需求。
如图1所示为测控应答系统示意图，由图可知，一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，包括双工器、上行混频模块、模数变换模块、ASIC模块、晶振、数模转换模块和下行混频模块；
双工器：接收外部地面站传来的上行遥控射频信号；接收下行混频模块传来的下行遥测射频信号；将下行遥测射频信号发送至外部地面站；将上行遥控射频信号发送至上行混频模块；
上行混频模块：接收双工器传来的上行遥控射频信号；接收晶振传来的上行本振信号；上行本振信号的频率为80MHz。80MHz的上行本振信号由频率为40MHz晶振通过乘2锁相倍频器得到。将上行遥控射频信号和上行本振信号进行上行混频处理，生成接收一中频信号；接收一中频信号的频率为120-130MHz。并对接收一中频信号进行二次混频处理，生成接收二中频信号；接收二中频信号的频率为70MHz。并将接收二中频信号发送至模数转换模块；
模数转换模块：接收上行混频模块传来的接收二中频信号，进行模数转换处理，生成接收二中频数字信号；并将接收二中频数字信号发送至ASIC模块；
ASIC模块：接收模数转换模块传来的接收二中频数字信号，依次进行捕获、跟踪、解调和解扩处理，生成遥控数据；并将遥控数据通过遥测遥控接口发送至外部星上设备；通过遥测遥控接口接收外部星上设备传来的遥测数据；对遥测数据依次进行扩频、BPSK调制处理，生成下行遥测数字信号；将下行遥测数字信号发送至模数转换模块；
晶振：生成上行本振信号，并将上行本振信号发送至上行混频模块；生成下行本振信号，并将下行本振信号发送至下行混频模块；
数模转换模块：接收ASIC模块传来的下行遥测数字信号；进行数模转换处理，生成下行遥测中频信号；将下行遥测中频信号发送至下行混频模块；数模转换模块的采样时钟为40MHz；数模转换模块的位数为12位。
下行混频模块：接收数模转换模块传来的下行遥测中频信号；接收晶振传来的下行本振信号；将下行遥测中频信号与下行本振信号进行下行混频处理，生成发射一中频信号；发射一中频信号的频率为95-105MHz。对发射一中频信号进行二次混频处理，生成下行遥测射频信号；下行遥测射频信号的频率为2140-2240MHz。并将下行遥测射频信号发送至双工器。下行混频模块包括功放模块；经功放模块功率放大后的下行遥测射频信号功率为500-900W。
所述测控应答系统还包括下位机模块和电源及指令接口模块；
下位机模块接收并翻译星务管理分系统传送过来的数据指令，转发给数字基带使之执行相应操作；采集并处理扩频应答机的状态遥测信息，经CAN总线送星务管理分系统。所述的下位机模块包括：80C32、模拟数字变换器ADC、CAN总线接口芯片；
电源及指令接口模块将整星提供的一次电源转换为二次电源并滤波后供射频收发通道、基带信号处理模块和总线下位机使用；电源及指令接口模块还接收遥控指令，实现对应答机整机加断电、发射机开关切换。电源及指令接口模块包括：DC/DC、电源滤波电路、继电器；
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (9)

1.一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：包括双工器、上行混频模块、模数变换模块、ASIC模块、晶振、数模转换模块和下行混频模块；
双工器：接收外部地面站传来的上行遥控射频信号；接收下行混频模块传来的下行遥测射频信号；将下行遥测射频信号发送至外部地面站；将上行遥控射频信号发送至上行混频模块；
上行混频模块：接收双工器传来的上行遥控射频信号；接收晶振传来的上行本振信号；将上行遥控射频信号和上行本振信号进行上行混频处理，生成接收一中频信号；并对接收一中频信号进行二次混频处理，生成接收二中频信号；并将接收二中频信号发送至模数转换模块；
模数转换模块：接收上行混频模块传来的接收二中频信号，进行模数转换处理，生成接收二中频数字信号；并将接收二中频数字信号发送至ASIC模块；
ASIC模块：接收模数转换模块传来的接收二中频数字信号，依次进行捕获、跟踪、解调和解扩处理，生成遥控数据；并将遥控数据通过遥测遥控接口发送至外部星上设备；通过遥测遥控接口接收外部星上设备传来的遥测数据；对遥测数据依次进行扩频、BPSK调制处理，生成下行遥测数字信号；将下行遥测数字信号发送至模数转换模块；
晶振：生成上行本振信号，并将上行本振信号发送至上行混频模块；生成下行本振信号，并将下行本振信号发送至下行混频模块；
数模转换模块：接收ASIC模块传来的下行遥测数字信号；进行数模转换处理，生成下行遥测中频信号；将下行遥测中频信号发送至下行混频模块；
下行混频模块：接收数模转换模块传来的下行遥测中频信号；接收晶振传来的下行本振信号；将下行遥测中频信号与下行本振信号进行下行混频处理，生成发射一中频信号；对发射一中频信号进行二次混频处理，生成下行遥测射频信号；并将下行遥测射频信号发送至双工器。
2.根据权利要求1所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述的接收一中频信号的频率为120-130MHz。
3.根据权利要求2所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述的接收二中频信号的频率为70MHz。
4.根据权利要求3所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述的发射一中频信号的频率为95-105MHz。
5.根据权利要求4所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述下行遥测射频信号的频率为2140-2240MHz。
6.根据权利要求5所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述数模转换模块的采样时钟为40MHz；数模转换模块的位数为12位。
7.根据权利要求6所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述下行混频模块包括功放模块；经功放模块功率放大后的下行遥测射频信号功率为500-900W。
8.根据权利要求7所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述上行本振信号的频率为80MHz。
9.根据权利要求8所述的一种基于ASIC架构的星载S频段扩频测控应答系统，其特征在于：所述80MHz的上行本振信号由频率为40MHz晶振通过乘2锁相倍频器得到。
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