CN109765527A - 一种s频段多通道高精度航天测距应答机 - Google Patents

Abstract

本发明一种S频段多通道高精度航天测距应答机，包括：电源及指令模块；接收通道，用于接收上行射频信号，并进行低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC遥测控制；数字基带，用于采样，在上行遥测通道进行扩频码捕获与跟踪、载波捕获与跟踪、遥控信息比特同步后将解出的遥控PCM码和同步时钟、选通脉冲输出；在下行遥测通道对遥测PCM码进行扩频及BPSK调制并输出调制后的下行扩频信号；并计算出应答机本身的距离零值；发射通道，用于进行上变频、射频滤波、功率放大后得到射频信号并发射；接口模块，用于与星载计算机交互卫星遥测数据、应答机遥测数据及卫星遥控数据；自校模块，根据数字基带计算出本身的距离零值进行自校。本发明具有功能全、测距精度高、结构简单的优点。

Description

一种S频段多通道高精度航天测距应答机

技术领域

本发明属于航天测控与电子设备的技术领域，涉及一种S频段多通道高精度航天测距应答机。

背景技术

影响高精度航天器测定轨精度的因素，包括测量几何、测量元素精度、大气修正精度、站址测量精度、数据处理方法等诸多方面。S频段测控应答机作为卫星平台的关键子系统，承担着卫星遥测数据调制发射、遥控数据接收解调、配合完成星地距离速度测量等任务。S频段测控应答机的测距精度是系统测距的一部分，直接影响系统的测距精度。

随着卫星应用的不断深入，对卫星的测定轨精度需求不断提高，特别对高轨卫星，部分卫星的定轨要求需要厘米级测距精度和多站测量相配合才能满足。目前，星载S频段测控应答机的测距精度在分米级水平，难以满足高精度定轨的应用需求。

发明内容

发明所要解决的课题是，针对现有的星载S频段测控应答机的测距精度在分米级水平，难以满足高精度定轨的应用需求的问题。

用于解决课题的技术手段是，本发明提出一种S频段多通道高精度航天测距应答机，具有卫星遥测数据调制发射、遥控数据接收解调、星地高精度距离测量等功能。

本发明提出的一种S频段多通道高精度航天测距应答机，包括：

电源及指令模块，用于将卫星电源系统送来的一次电源转换为本机使用的二次电源，并接收和执行矩阵指令以控制应答机的状态；

接收通道，用于接收上行射频信号，并对上行射频信号进行低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC遥测控制；

数字基带，用于对接收通道处理后的上行遥控、测量、自校共3类信号进行处理，包括对信号进行采样、扩频码捕获与跟踪、载波捕获与跟踪、遥控数据解调、上行测量信息提取、自校距离零值测量等，并将解出的遥控PCM码和同步时钟、选通脉冲输出至接口电路；将上行测量信息、自校距离零值组成测量数据帧，进行扩频、调制后形成下行测量帧信号并送发射通道；将接口电路送来的遥测数据进行扩频、调制后形成下行遥测信号并送发射通道。

发射通道，用于将数字基带所输出遥测信号、下行测量帧信号进行上变频、射频滤波、功率放大后送天线向地面测控站发送；

接口模块，用于和星载计算机进行信息交换，主要交换内容包括：①应答机状态遥测信息，包括上行信号跟踪的AGC遥测、温度遥测、开关机遥测和信号锁定指示遥测等；②星载计算机形成的卫星遥测信息；③地面发送的卫星遥控信息。

自校模块，用于将应答机发射的下行测量帧信号变频转发至应答机接收通道，由数字基带根据收、发信号相位关系得到应答机的闭环距离零值。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述接收通道和发射通道内均设置滤波器。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述滤波器采用群延时补偿滤波器。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述自校模块内设置衰减器。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案：所述数字基带采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值。

发明效果为：

本发明的一种S频段多通道高精度航天测距应答机，具有功能全、测距精度高、结构简单的优点。既可用于有高精度轨道测量需求的航天器遥测、遥控和轨道测量，也可用于常规需求的航天器遥测、遥控和轨道测量。

附图说明

图1为本发明S频段多通道高精度航天测距应答机的构成示意图。

具体实施方式

以下，基于附图针对本发明进行详细地说明。

如图1所示，本发明设计了一种S频段多通道高精度航天测距应答机，其主要包括：电源及指令模块，接收通道，数字基带，发射通道，接口模块，自校模块。

其中，电源及指令模块，将卫星电源系统送来的一次电源转换为本机使用的二次电源，并接收和执行矩阵指令以控制应答机的状态；完成一次电源处理，二次电源滤波和矩阵指令处理。

接收通道，用于接收上行射频信号，并对上行射频信号进行低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC遥测控制；采用二次变频方案实现上行射频信号下变频及上行信号的AGC控制。

数字基带，用于对接收通道处理后的上行遥控、测量、自校共3类信号进行处理，包括对信号进行采样、扩频码捕获与跟踪、载波捕获与跟踪、遥控数据解调、上行测量信息提取、自校距离零值测量等，并将解出的遥控PCM码和同步时钟、选通脉冲输出至接口电路；将上行测量信息、自校距离零值组成测量数据帧，进行扩频、调制后形成下行测量帧信号并送发射通道；将接口电路送来的遥测数据进行扩频、调制后形成下行遥测信号并送发射通道。

发射通道，用于将数字基带所输出遥测信号、下行测量帧信号进行上变频、射频滤波、功率放大后送天线向地面测控站发送；采用二次变频方案实现下行中频信号的上变频，通过线性功放实现对下行射频信号的放大，提供10MHz高稳时钟供接收通道、基带模块、自校模块使用。

接口模块，用于和星载计算机进行信息交换，主要交换内容包括：①应答机遥测信息，包括上行信号跟踪的AGC遥测、温度遥测、开关机遥测和信号锁定指示遥测等；②星载计算机形成的卫星遥测信息；③地面发送的卫星遥控信息。

自校模块，用于将应答机发射的下行测量帧信号变频转发至应答机接收通道，由数字基带根据收、发信号相位关系得到应答机的闭环距离零值。完成收发双工和自校信号的变频控制。

优选地，所述接收通道和发射通道内均设置滤波器，进一步地，可以采用群延时补偿滤波器。

所述自校模块内设置衰减器，可以采用数字调节衰减器且其时延随温度和衰减值变化极小。

所述数字基带处理采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值，及采用高精度实时自校、多用户检测算法。

本发明的工作原理如下：

收通道接收来自地面测控站发送的两路上行射频信号，1路为遥控信号，1路是测量帧信号，均BPSK调制的扩频信号，具有载波被抑制的特性。在接收通道完成低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大，得到上行中频信号。该信号进入数字基带进行A/D采样，采样后的数据在数字基带内完成以下处理工作：①上行遥控通道在完成扩频码捕获与跟踪、载波捕获与跟踪、遥控信息比特同步后将解出的遥控PCM码和同步时钟、选通脉冲，一起送至下行遥测通道进行后继处理；②对上行测量帧信号相位信息进行测量，并将应答机状态信息、测量信息、自校距离值等数据编排为下行测量帧信息，调制后发送至下行发射通道。

数字基带将来自接口电路的遥测PCM码和同步时钟后，对遥测PCM码进行扩频及BPSK调制，并将调制后的信号送发射通道。

下行调制后的扩频信号在发射通道中进行上变频、射频滤波、功率放大，之后将射频信号由天线向地面测控站发送。

接口模块是扩频应答机与外部单机设备信号通信的管理单元，它以一个模块结构集成在扩频应答机内，主要实现两大部分的功能，一是状态遥测发送功能；二是卫星遥控信息发送和遥测信息接收功能。通过RS422接口进行信息收发。

自校模块，用于将应答机发射的下行测量帧信号变频转发至应答机接收通道，由数字基带根据收、发信号相位关系得到应答机的闭环距离零值。通过自校功能可以抵消器件老化与温度对测距的影响。为保证接收通道内上行遥控信号、上行测量信号、自校信号的正常工作，可根据应答机实际使用情况，通过指令调整接收通道内自校信号的功率，同时，要保证自校模块的时延稳定性。

载波平滑伪距方面，通过同时测量一系列具有同源属性的载波相位和伪码相位，经平滑计算提高伪距的测量精度。当前载波平滑后的伪距估计值为R_N＝r_N/N+(R_N-1+L_N-L_N-1)×(N-1)/N，其中r_N为当前测量得到的伪距测量值，L_N为当前测量得到的载波伪距测量值，L_N-1为上一次测量得到的载波伪距测量值，R_N-1为上一次载波平滑后的伪距估计值。

由于应答机在多站同时测量状态下可同时接收多个上行测量信号、遥控信号及零值自校信号，为避免多信号间的互扰，需进行多用户检测。即利用星载应答机多通道跟踪得到的各路多址信号的到达时间和载波相位估计值，通过基于二阶四阶矩的信噪比估计方法对多址信号的幅值进行估计，在期望信号中减去多址信号，得到没有多址干扰的有用信号。实现用最优多用户检测法消除多址干扰。

综上，本发明提供的S频段多通道高精度航天测距应答机具有功能全、测距精度高、结构简单的优点。

需要说明的是，以上说明仅是本发明的优选实施方式，应当理解，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明技术构思的前提下还可以做出若干改变和改进，这些都包括在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种S频段多通道高精度航天测距应答机，其特征在于，包括：

电源及指令模块，将卫星电源系统送来的一次电源转换为本机使用的二次电源，并接收和执行矩阵指令以控制应答机的状态；

接收通道，用于接收上行射频信号，并对上行射频信号进行低噪声放大、下变频、中频滤波、中频信号放大和AGC遥测控制；

数字基带，用于对接收通道处理后的上行遥控、测量、自校共3类信号进行处理，包括对信号进行采样、扩频码捕获与跟踪、载波捕获与跟踪、遥控数据解调、上行测量信息提取、自校距离零值测量等，并将解出的遥控PCM码和同步时钟、选通脉冲输出至接口电路；将上行测量信息、自校距离零值组成测量数据帧，进行扩频、调制后形成下行测量帧信号并送发射通道；将接口电路送来的遥测数据进行扩频、调制后形成下行遥测信号并送发射通道。

发射通道，用于将数字基带所输出遥测信号、下行测量帧信号进行上变频、射频滤波、功率放大后送天线向地面测控站发送；

接口模块，用于和星载计算机进行信息交换，主要交换内容包括：①应答机状态遥测信息，包括上行信号跟踪的AGC遥测、温度遥测、开关机遥测和信号锁定指示遥测等；②星载计算机形成的卫星遥测信息；③地面发送的卫星遥控信息。

自校模块，用于将应答机发射的下行测量帧信号变频转发至应答机接收通道，由数字基带根据收、发信号相位关系得到应答机的闭环距离零值。

2.根据权利要求1所述的S频段多通道高精度航天测距应答机，其特征在于，所述接收通道和发射通道内均设置滤波器。

3.根据权利要求2所述的S频段多通道高精度航天测距应答机，其特征在于，所述滤波器采用群延时补偿滤波器。

4.根据权利要求1所述的S频段多通道高精度航天测距应答机，其特征在于，所述自校模块内设置衰减器。

5.根据权利要求1所述的S频段多通道高精度航天测距应答机，其特征在于，所述数字基带采用载波平滑伪距算法计算载波平滑后的伪距估计值。