CN110808770B - 一种一体化测控终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体化测控终端，包括：接收通道、数字处理模块及发射通道；其中，所述接收通道包括低噪声放大器、下变频器、正交合成模块、中频滤波及AGC放大模块；数字处理模块包括硬件处理平台、遥控信号处理单元、测距信号处理单元、遥测信号处理单元和DAC模块；所述发射通道包括中频低通滤波器、放大器、S频段上变频电路、放大滤波电路和增益可选择的固放模块。本发明用一台测控终端解决了天基、地基两台测控终端实现的天地基一体化测控终端功能，使得一体化测控终端的方案设计更简单；同时通过参数模块可配置，功能扩展性较强，解决多架天地基飞行器的大批量生产和快速发射问题。

Description

一种一体化测控终端

技术领域

本发明属于天地往返飞行器及卫星测量控制技术领域，尤其涉及一种一体化测控终端。

背景技术

梳理近些年来的局部战争，利用天基信息系统已经实现了天、空、地、海多位一体，并在战争中实现了多纵深多层次的战略战术打击。但目前只有美国在天地基一体化方面走在了世界前列。当前我国面临的空天安全形势日益严峻，积极发展空天一体化装备，既是适应未来战争的必然选择，也是获得国家空天安全的重要保障。

天地基测控通信系统是天地往返飞行器重要组成部分，为飞行器全任务过程进行实时测控，完成天地基S波段遥控、遥测、测距测速和数传的传输任务，在飞行器发射段、在轨段和离轨段的全过程工作。

天地基测控通信系统采用中继和地基两种测控模式，为天地往返飞行器提供实时测控。天基测控采用高轨通信卫星链路，地基测控利用地面测控站。在地面站可覆盖区域，天地往返飞行器采用地基S波段测控；在地面站未覆盖区域，天地往返飞行器采用天基S波段测控，实现前、返向测控信号的传输。天地往返飞行器在系统功耗、体积、重量等方面有较严格限制，对天地基测控终端设备的一体化设计提出了较高要求。

目前针对飞行器天地基测控系统，国内外大多设计成独立的天地基测控天线、天基测控终端、地基测控终端以及天地基微波网络等。图1为常规天地基测控终端示意图。

从图1中可看出，常规的天地基测控终端是由功能独立的两台产品拼接组合来实现天地基测控通信功能。天基、地基测控终端产品相互分离，信号和功能各自独立，没有真正实现天地基一体化测控，导致测控通信系统内部产品数量多，电缆连接关系复杂，重量大。对天地基往返飞行器的空间、重量资源开销较大，不利于飞行器的轻量化和小型化设计。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种一体化测控终端，用一台测控终端解决了天基、地基两台测控终端实现的天地基一体化测控终端功能，使得一体化测控终端的方案设计更简单；同时通过参数模块可配置，功能扩展性较强，解决多架天地基飞行器的大批量生产和快速发射问题。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种一体化测控终端，包括：接收通道、数字处理模块及发射通道；其中，所述接收通道包括低噪声放大器、下变频器、正交合成模块、中频滤波及AGC放大模块；其中，低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；中频滤波及AGC放大模块将该路中频信号处理得到第一中频信号和第二中频信号；数字处理模块包括硬件处理平台、遥控信号处理单元、测距信号处理单元、遥测信号处理单元和DAC模块；其中，硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道；所述发射通道包括中频低通滤波器、放大器、S频段上变频电路、放大滤波电路和增益可选择的固放模块；其中，中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号。

上述一体化测控终端中，中频滤波及AGC放大模块包括功分器、第一带通滤波器、第一AGC放大器、第一组带通滤波器、第二带通滤波器、第二AGC放大器、第二组带通滤波器；其中，功分器将该路中频信号产生第一分路中频信号和第二分路中频信号，第一分路中频信号依次经第一带通滤波器、第一AGC放大器和第一组带通滤波器处理后得到第一中频信号；第二分路中频信号依次经第二带通滤波器、第二AGC放大器和第二组带通滤波器处理后得到第二中频信号；其中，第一中频信号和第二中频信号的功率相等。

上述一体化测控终端中，所述接收通道还包括功分放大器；其中，功分放大器接收10MHz晶振参考输入信号并将其放大后输出三路参考信号。

上述一体化测控终端中，所述接收通道还包括接收本振倍频器；其中，接收本振倍频器接收一路参考信号，并根据该路参考信号输出本振频率，使得下变频器输出的下变频输入信号的频率固定在一定范围。

上述一体化测控终端中，一定范围为230～290MHz。

上述一体化测控终端中，所述发射通道还包括发射本振倍频器；其中，所述发射本振倍频器用来产生S频段发射上变频电路所需要的本振频点。

上述一体化测控终端中，所述放大滤波电路用于对S频段上变频电路的S频段射频信号进行滤波和电平放大，将S频段射频信号放大至0±2dBm。

上述一体化测控终端中，所述放大滤波电路包括带通滤波器和第二放大器；其中，所述带通滤波器用于对S频段射频信号进行滤波；所述第二放大器用于对滤波后的S频段射频信号进行电平放大。

一种一体化测控方法，所述方法包括如下步骤：低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；中频滤波及AGC放大模块将该路中频信号处理得到第一中频信号和第二中频信号；硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道；中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号。

上述一体化测控方法中，中频滤波及AGC放大模块包括功分器、第一带通滤波器、第一AGC放大器、第一组带通滤波器、第二带通滤波器、第二AGC放大器、第二组带通滤波器；其中，功分器将该路中频信号产生第一分路中频信号和第二分路中频信号，第一分路中频信号依次经第一带通滤波器、第一AGC放大器和第一组带通滤波器处理后得到第一中频信号；第二分路中频信号依次经第二带通滤波器、第二AGC放大器和第二组带通滤波器处理后得到第二中频信号；其中，第一中频信号和第二中频信号的功率相等。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明的一种测控终端的一体化设计方法，相比常规的天基测控终端和地基测控终端，可同时具备天地基一体化测控终端的功能，节省了1/2的数量，有效减轻了天地基一体化测控终端的的重量、体积、功耗开销，更有利于天地基测控终端的一体化、小型化和集成化设计；

(2)本发明在接收通道中采取宽带、大动态的低噪放+下变频电路的设计方法，同时接收本振频点可控，可同时实现天基、地基两路不同带宽、不同大小的测控信号的一体化接收和下变频设计，极大的降低了硬件设计资源，减轻了设备的重量；

(3)本发明采取不同带宽的中频带通滤波器组和AGC放大电路，对天基、地基测控信号各自进行中频滤波和信号放大，以适应天基测控和地基测控的不同带宽、不同功率的大小，实现天地基一体化测控功能；

(4)本发明在发射通道设计时，采取本振频点可控、增益可选固放模块，在上变频电路中利用数字电路控制发射本振频点的输出，按下行测控的要求对两个频点进行择一输出；同时采用增益可选固放模块对不同下行频点进行不同增益放大，可同时满足地基和天基下行测控信号的不同放大需求，提高了产品轻量化和小型化；

(5)本发明的设计方法在软件处理方面采取测控软件自适应处理方法，数字处理软件可设计成同时完成地基测控通道的一路(可设计为一到三路)上行测距信号和一路遥控信号的非相干捕获与跟踪处理，并且同时进行天基测控通道的一路前向遥控信号和一路前向测距信号的相干捕获与跟踪处理，实现测控终端天基、地基一体化测控软件相关功能；

(6)本发明的一种测控终端的一体化设计方法，又具备功能、性能扩展性，整个一体化设计继承性好。针对不同天地往返飞行器的频点不同，通过更换收发通道中相关模块的参数配置，如更换低噪放和下变频模块、本振倍频模块，通道内其余模块及相关天地基数字处理软件保持不变，便可快速装备多架天地往返飞行器，解决天地往返飞行器大批量生产和快速发射问题。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1是常规天地基测控终端示意图；

图2是本发明实施例提供的一体化测控终端的原理框图；

图3是本发明实施例提供的一体化测控终端的结构框图；

图4是本发明实施例提供的不同带宽的中频带通滤波器组逻辑框图；

图5是本发明实施例提供的发射通道原理框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图3是本发明实施例提供的一体化测控终端的结构框图。如图3所示，该一体化测控终端包括接收通道、数字处理模块及发射通道；其中，

接收通道包括低噪声放大器、下变频器、正交合成模块、中频滤波及AGC放大模块、10MHz晶振参考及放大(功分放大器)；其中，

低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；

中频滤波及AGC放大模块包括功分器、第一带通滤波器、第一AGC放大器、第一组带通滤波器、第二带通滤波器、第二AGC放大器、第二组带通滤波器；其中，

功分器将该路中频信号产生第一分路中频信号和第二分路中频信号，第一分路中频信号依次经第一带通滤波器、第一AGC放大器和第一组带通滤波器处理后得到第一中频信号；第二分路中频信号依次经第二带通滤波器、第二AGC放大器和第二组带通滤波器处理后得到第二中频信号；其中，第一中频信号和第二中频信号的功率相等；

数字处理模块包括硬件处理平台、遥控信号处理单元、测距信号处理单元、遥测信号处理单元和DAC模块；其中，

硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；

遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；

遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道。

数字处理模块中的相关硬件处理平台将两路中频输出信号1和2再次进行合成，随后遥控信号处理模块对中频输出信号1和2中各自包含的遥控信号分别进行处理(包含天基遥控和地基遥控信号)，解调输出各自的遥控信号。

测距信号处理模块对两路中频输出信号1和2中的相关测距信号进行处理，同时遥测信号处理模块将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，至发射通道入口端。

发射通道包括中频低通滤波器、放大器、S频段上变频电路、发射本振倍频器、放大滤波电路和增益可选择的固放模块；其中，

中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号。

此一体化测控终端其特征在于利用通用化的接收通道、数字处理模块及发射通道(含固放模块)形成一台天地基一体化测控终端，此台一体化测控终端可同时兼容实现天基和地基测控两台产品的功能。

一种一体化测控终端的通用化接收通道，对接收到的两路S频段射频信号同时进行放大、下变频，经功分器后，经由两组中频滤波器和AGC放大电路，分成两路不同带宽的中频信号，送至数字处理模块进行信号处理。

接收通道包括低噪放和下变频模块、中频滤波及AGC放大模块、10MHz晶振参考及放大、本振倍频器等电路。

低噪放和下变频模块首先将地面测控站发射的扩频上行信号(即地基测控上行信号)或中继卫星发射的扩频前向信号(即天基测控前向信号)(以下统称为S射频输入信号)进行低噪声放大和下变频、滤波，输出一路中频信号。在设计上采用大宽带、大动态的低噪声电路集成下变频功能来同时实现天基、地基不同测控信号的放大和下变频。天基测控信号使用带宽为6MHz，动态范围约为-123～-83dBm，地基测控信号使用带宽为21MHz，动态范围约为-112～-52dBm。为同时兼容天地基测控功能，实现一体化测控设计，在设计上采用大宽带、大动态的低噪声电路集成下变频功能，可同时实现天基、地基一体化前端信号的放大变频。其中低噪放带宽：60MHz；功率增益Gp：17.0dB；噪声系数：≤1.3dB；镜频抑制度：≥25dBc；信号本振隔离：≥30dB。

低噪放和下变频模块中的本振信号由接收本振倍频器提供。本振倍频器输出的频点可控。本振倍频器电路通过数字处理模块中输出的本振控制字的不同，来输出接收通道电路中不同的本振频率(目前设置在1820MHz，本振实际可控范围在1700MHz～1890MHz之间，频率控制精度在1MHz内)，目的使下变频模块输出的中频信号频率固定在一定范围(230～290MHz，目前分别固定在280MHz和241MHz)，以保证下变频输出的中频信号可同时满足天基测控软件和地基测控软件的相关处理，从而适应天地基一体化测控终端的需求。

10MHz晶振参考及放大电路输出三路参考信号，为接收本振倍频器、系统时钟和发射本振倍频器提供相关的参考信号。功分放大电路中包含隔离电路，路间隔离度≥60dB，目的是防止接收本振倍频、系统时钟和发射本振倍频之间信号的相互串扰。

S射频输入信号经低噪放和下变频模块、正交合成后，输出一路中频信号，经功分器后产生两路中频信号。两路不同强弱的中频信号支路经过不同带宽的带通滤波器及AGC放大电路的调整，各自输出两路大小基本一致的中频信号1和中频信号2。两路中频信号送至数字处理模块的相应信号硬件处理平台，供后端数字处理模块进行天地基测控软件的处理。

中频滤波器用来抑制因下变频带来的谐杂波，满足中频带外抑制指标。设计不同带宽的中频滤波器，可同时满足天基、地基不同测控带宽的信号滤波需求，实现天地基一体化测控功能。

如图4所示，设计两组不同带宽的中频带通滤波器(带通滤波器1和带通滤波器2)，分离出天基、地基测控中频信号。通道280MHz±4MHz为天基测控信号，属弱信号支路，设计带通滤波器1的带宽为±4MHz；通道241MHz±11MHz为地基测控信号，属强信号支路，设计带通滤波器2的带宽为±11MHz。

两路AGC放大电路，将两路不同强弱、不同带宽的中频信号经过自动增益控制AGC，使中频信号1、中频信号2的功率大小基本保持一致，均控制在-10dBm～5dBm范围内。输出的两路模拟中频信号(中频输出1和2)送至数字处理模块，用于天基测控软件和地基测控软件的后端处理。

数字处理模块将上述两路中频输出信号1和2的遥控信号在数字处理模块中分别进行解调(包含天基遥控和地基遥控信号)，同时将天地基测距信号及遥测信号调制到下行基带信号。按天基测控和地基测控的下行信号需求，经DAC送出一路天基或地基测控基带信号，至发射通道入口端。

为实现一体化设计，天地基一体化测控终端的数字处理软件可设计成同时完成地基测控通道的一路(可设计为一到三路)上行测距信号和一路遥控信号的非相干捕获与跟踪处理，并且同时进行天基测控通道的一路前向遥控信号和一路前向测距信号的相干捕获与跟踪处理。天考虑快速可靠的捕获跟踪、节省硬件资源，遥控通道和测距通道并行进行捕获跟踪测量，由FPGA和DSP配合来完成，合理设计中断响应方式，达到多通道的并行跟踪，实现天地基一体化的测控相关功能。

一体化终端的发射通道(含增益可选择固放模块)将数字处理模块产生的已调制的基带信号经中频低通器进行低通滤波、放大送给S频段发射上变频电路。上变频电路产生的S频段射频信号经带通滤波器滤波、放大至一定功率后，将S频段下行信号经增益可选择的固放模块放大，产生S频段下行射频信号输出。一体化终端的发射通道设计原理框图如图5所示。

一体化终端的发射通道(含增益可选择固放模块)包括中频低通滤波器、S频段上变频相关电路、本振倍频器、放大滤波电路及增益可选择的固放模块。

发射本振倍频器，用来产生S频段发射上变频电路所需要的本振频点。通过数字处理模块中输出不同的本振控制字实现对发射本振频点的切换，使输出的下行本振频点不同。本振可控范围为180MHz。用同一发射本振倍频来实现不同的天地基一体化的下行测控频点。按下行测控的要求对两个频点进行择一输出(天基测控下行频点：2273MHz/地基测控下行频点：2238MHz)。

放大滤波电路主要针对S频段上变频后的信号进行滤波和电平放大，将已上变频的S频段调制信号放大至0±2dBm左右。作为后端增益可选择的固放模块的输入，经固放(放大后经下行遥测信道(或返向遥测链路)送至地面站(或中继星)。

因天基测控和地基测控的下行信号功率大小不同，天基测控下行信号功率远小于地基测控下行信号功率。为实现天地基一体化测控设计，同时适应下行不同功率的放大功能，发射通道中采用增益可选择的固放模块，可根据S频段信号输出的不同，选择不同功率放大的固放模块。

此固放模块具有线性度高、增益可调节的特点，既可实现信号的1W放大用于地基测控下行信号，也可实现信号的20W放大用于天基测控返向信号。此设计既满足测控终端的一体化设计，兼容天地基测控下行信号的放大输出，同时又减轻设备的重量和体积，降低了设备的资源。固放增益可控的控制信号来自数字处理模块。

此一体化测控终端的设计方法，可针对不同收发频点的测控终端(本文只给出两种固定频点)，可通过软件改变收发本振频点，将中频信号变频至本设计的通用化收发通道可适应的频点，而不需更换硬件，可快速设计和生产天地基一体化测控终端。

整个一体化测控终端设计中，硬件结构具备标准化、模块化和开放性，针对不同天地往返飞行器的频率不同，设计方法具备可扩展性。可通过更换低噪声+下变频电路模块及可控本振模块等方法，将天地基一体化测控终端功能性能扩展，快速装备于多架天地往返飞行器，实现批量化生产，解决天地往返飞行器大批量生产和快速发射问题。同时此设计方法可用于其他类似卫星中具有不同频点不同带宽的产品设计上，实现不同产品的一体化设计，资源占用率低、灵活性高、适应性强的特点。

如图2所示，为本发明的一种测控终端的一体化设计方法的原理框图，图5给出了一体化设计方法中的发射通道设计的原理框图。

例如S频段地基测控终端的上行输入信号中心频率为2061.XXXMHz，工作带宽±10MHz，上行信号功率范围为-112～-52dBm，扩频码速率：10.23Mps，下行遥测信号的中心频率为2238.XMHz，调制方式为双路PCM-DS-BPSK。

S频段天基测控终端的前向输入信号中心频率为2100.XXMHz，工作带宽±3MHz，上行信号功率范围为-123～-83dBm，扩频码速率：3.069Mps，下行遥测信号的中心频率为2273.XXMHz，调制方式为双路PCM-DS-BPSK；工作带宽±3MHz。

针对地基测控终端和天基测控终端的功能，在以往的设计中，因地基、天基工作频点和工作带宽相差较大，通常地基测控终端和天基测控终端均是分开设计。地基测控终端产品完成地基测控相关功能，天基测控终端产品完成天基测控功能。地基测控终端和天基测控终端的硬件和软件均为独立设计，所使用的低噪放加下变频器、接收本振倍频器和中频滤波器、发射本振倍频器均只适合于特定频点，在软件处理方面两台单机也是独立完成相关软件功能。

本发明的一种测控终端的一体化设计方法的工作原理如下：

本实施例中，不需要以往设计两台单机，用来各自接收天基和地基测控信号，这种一体化测控终端的接收通道可以同时接收来自S频段地基测控终端的中心频率为2061.XXXMHz(工作带宽±10MHz)的上行输入信号，又可以接收来自S频段天基测控终端的中心频率为2100.XXMHz(工作带宽±3MHz)的前向输入信号。

接收通道中低噪放和下变频模块，地面测控站发射的扩频上行信号(即地基测控上行信号)或中继卫星发射的扩频前向信号(即天基测控前向信号)进行低噪声放大处理，并与接收的本振倍频电路下变频、滤波，输出中频信号。天基测控信号使用带宽为6MHz，动态范围约为-123～-83dBm，地基测控信号使用带宽为21MHz，动态范围约为-112～-52dBm。为兼容天地基一体化功能，采用大宽带、大动态的低噪声电路集成下变频功能，可同时实现天地基一体化前端信号的放大。其中低噪放带宽：60MHz(可覆盖地基和天基的信号带宽)；功率增益Gp：17.0dB；噪声系数：≤1.3dB；镜频抑制度：≥25dBc；信号本振隔离：≥30dB。

本实施例中的接收本振倍频器电路，通过数字处理模块中输出的本振控制字的不同，可输出接收通道电路中不同的本振频率(本振可控范围在1700MHz～1890MHz之间，频率控制精度在1MHz内)，目的使下变频模块输出的中频信号频率固定在一定范围(230～290MHz，目前分别固定在280MHz和241MHz)，以保证下变频输出的中频信号可同时满足天基测控软件和地基测控软件的相关处理。

在本实施例中，地基测控信号的射频频率为2061.xxMHz，天基测控信号的射频频率为2100.xxMHz，本振频率为1820MHz，经过接收通道中低噪放和下变频模块及正交合成器后，输出的中频信号中包含两路信号，一路信号为280MHz±4MH，另一路信号为241MHz±11MHz。

本实施例中的10MHz参考晶振及分路放大电路为接收本振倍频器、系统时钟和发射本振倍频器提供相关的参考信号。在晶振电路输出之后增加分路隔离电路，路间隔离度≥60dB，目的是防止接收本振倍频、系统时钟和发射本振倍频之间信号的相互串扰。

在接收通道一体化设计中，将包含两路中频信号先通过功分器分成两路中频信号，本实施例中。采用不同带宽的中频带通滤波器对天基、地基测控信号各自进行中频滤波，分离出天基、地基测控中频信号；而后根据天基、地基支路信号强弱不同对各自支路信号进行AGC放大，使两路各自输出的中频信号大小最终基本保持一致。

在实施例中，设计两组不同带宽的中频带通滤波器。通道280MHz±4MHz为天基测控信号，属弱信号支路，设计带通滤波器1的带宽为±4MHz；通道241MHz±11MHz为地基测控信号，属强信号支路,设计带通滤波器2的带宽为±11MHz；接收通道中先将下变频的信号功分成两路信号输出，两路不同强弱的信号支路经过不同带宽的带通滤波器及AGC放大电路的调整，各自输出两路大小基本一致的中频信号1和中频信号2(信号输出电平均在-10dBm～5dBm)。两路中频信号送至数字处理模块的相应信号硬件处理平台，供后端数字处理模块进行天地基测控软件的处理。如图5所示。

本实施例中的设置的两路AGC放大电路，目的就是将低噪放和下变频模块输出的不同信号大小的中频信号经过自动增益控制AGC，使中频信号的功率控制在-10dBm～5dBm范围内，输出模拟中频信号送至数字处理模块，用于天地基测控软件的处理。

本实施例中测控终端的一体化设计方法，天地基一体化测控终端的数字处理软件可设计成同时完成地基测控通道的一路(可设计为一到三路)上行测距信号和一路遥控信号的非相干捕获与跟踪处理，并且同时进行天基测控通道的一路前向遥控信号和一路前向测距信号的相干捕获与跟踪处理。天考虑快速可靠的捕获跟踪、节省硬件资源，遥控通道和测距通道并行进行捕获跟踪测量，由FPGA和DSP配合来完成，合理设计中断响应方式，达到多通道的并行跟踪，实现天地基一体化的测控相关功能

本实施例中一体化设计方法的发射通道中，发射本振倍频器同接收本振倍频器一样，亦可通过数字处理模块中输出不同的本振控制字实现对本振频点的切换，使输出的下行本振频点不同，以适应天地基一体化测控的需求。发射可控本振频率范围在2100MHz～2290MHz之间，频率步进精度控制在1MHz以内。天基测控下行频点2273MHz，地基测控频点2238MHz，用同一发射本振倍频器来实现天基、地基不同频点的天地基一体化的下行测控。

本实施例中，因天基测控和地基测控的下行信号功率大小不同，天基测控下行信号功率远小于地基测控下行信号功率。为实现天地基一体化测控设计，同时适应下行不同功率的放大功能，发射通道中采用增益可控的固放模块，可根据S频段信号输出的不同，选择不同功率放大的固放模块。此固放模块具有线性度高、增益可调节的特点，既可实现信号的1W放大用于地基测控下行信号，也可实现信号的20W放大用于天基测控返向信号。此设计既满足测控终端的一体化设计，兼容天地基测控下行信号的放大输出，同时又减轻设备的重量和体积，降低了设备的资源。固放增益可控的控制信号来自数字处理模块。

本实施例中一种测控终端的一体化设计方法，内部硬件电路使用模块化设计，每一电路功能用微波集成封装模块实现，整个硬件平台继承性好。设计方法又具备功能扩展性。通过更换相关硬件模块的参数配置，如更换低噪放和下变频模块、接收或发射本振倍频模块，其余通道内模块及相关天地基数字处理软件保持不变。针对不同天地往返飞行器的频点不同，可快速装备多架天地往返飞行器，解决多架天地往返飞行器大批量生产和快速发射问题。同时此设计方法可用于其他类似卫星中具有不同频点不同带宽的产品设计上，实现不同产品的一体化设计，资源占用率低、灵活性高、适应性强的特点。

本实施还提供了一种一体化测控方法，该方法包括如下步骤：

低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；中频滤波及AGC放大模块将该路中频信号处理得到第一中频信号和第二中频信号；

硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；

遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；

遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道；

中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号。

本实施例的一种一体化测控终端，可在一台测控产品上可同时实现天基、地基两种测控功能：接收地面站发射的S频段的扩频上行遥控信号，同时将飞行器上相关遥测数据通过下行遥测信道送至地面站，完成地基S频段遥控、遥测、测距和测速的传输任务；接收中继卫星发射的S频段扩频前向遥控信号，同时将中继星上的相关遥测数据通过返向遥测链路送至中继星，完成天基S频段遥控、遥测、测距和测速的传输任务；单机同时具备天基、地基测控两种工作模式，可根据收到遥控信号的不同随时切换天基、地基测控功能，在地面站可覆盖区域，天地往返飞行器采用地基S波段测控，实现上、下行测控信号的传输；在地面站未覆盖区域，采用天基S波段测控，实现前、返向测控信号的传输。该测控终端的一体化设计方法可同时实现天基、地基一体化测控的功能。按此设计方法设计出的测控终端，通过相关模块参数的配置，功能扩展性强，资源占用率低，降低了天地往返飞行器相关资源，同时可快速装备多架不同频点的天地往返飞行器，解决天地往返飞行器大批量生产和快速发射问题。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种一体化测控终端，其特征在于包括：接收通道、数字处理模块及发射通道；其中，

所述接收通道包括低噪声放大器、下变频器、正交合成模块、中频滤波及AGC放大模块；其中，

低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；其中，S射频输入信号包括S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号；S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号的中心频点不同，S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号的带宽不同；

中频滤波及AGC放大模块将该路中频信号处理得到第一中频信号和第二中频信号；

数字处理模块包括硬件处理平台、遥控信号处理单元、测距信号处理单元、遥测信号处理单元和DAC模块；其中，

硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；

遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；

遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道；

所述发射通道包括中频低通滤波器、放大器、S频段上变频电路、放大滤波电路和增益可选择的固放模块；其中，

中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号；增益可选择的固放模块根据S频段下行信号的不同，选择不同功率放大的固放模块；

中频滤波及AGC放大模块包括功分器、第一带通滤波器、第一AGC放大器、第一组带通滤波器、第二带通滤波器、第二AGC放大器、第二组带通滤波器；其中，

功分器将该路中频信号产生第一分路中频信号和第二分路中频信号，第一分路中频信号依次经第一带通滤波器、第一AGC放大器和第一组带通滤波器处理后得到第一中频信号；第二分路中频信号依次经第二带通滤波器、第二AGC放大器和第二组带通滤波器处理后得到第二中频信号；其中，第一中频信号和第二中频信号的功率相等；第一带通滤波器和第一组带通滤波器对应于第一中频滤波器，第二带通滤波器和第二组带通滤波器对应于第二中频滤波器，第一中频滤波器和第二中频滤波器的带宽不同。

2.根据权利要求1所述的一体化测控终端，其特征在于：所述接收通道还包括功分放大器；其中，

功分放大器接收10MHz晶振参考输入信号并将其放大后输出三路参考信号。

3.根据权利要求2所述的一体化测控终端，其特征在于：所述接收通道还包括接收本振倍频器；其中，

接收本振倍频器接收一路参考信号，并根据该路参考信号输出本振频率，使得下变频器输出的下变频输入信号的频率固定在一定范围。

4.根据权利要求3所述的一体化测控终端，其特征在于：一定范围为230～290MHz。

5.根据权利要求1所述的一体化测控终端，其特征在于：所述发射通道还包括发射本振倍频器；其中，所述发射本振倍频器用来产生S频段发射上变频电路所需要的本振频点。

6.根据权利要求1所述的一体化测控终端，其特征在于：所述放大滤波电路用于对S频段上变频电路的S频段射频信号进行滤波和电平放大，将S频段射频信号放大至0±2dBm。

7.根据权利要求1所述的一体化测控终端，其特征在于：所述放大滤波电路包括带通滤波器和第二放大器；其中，所述带通滤波器用于对S频段射频信号进行滤波；所述第二放大器用于对滤波后的S频段射频信号进行电平放大。

8.一种一体化测控方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

低噪声放大器接收S射频输入信号，低噪声放大器并将S射频输入信号低噪声放大后发送给下变频器；下变频器将低噪声放大后的S射频输入信号进行下变频后得到下变频输入信号，并将下变频输入信号发送给正交合成模块；正交合成模块将下变频输入信号正交合成后输出一路中频信号，并将该路中频信号发送给中频滤波及AGC放大模块；中频滤波及AGC放大模块将该路中频信号处理得到第一中频信号和第二中频信号；其中，S射频输入信号包括S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号；S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号的中心频点不同，S频段地基测控上行信号和S频段天基测控前向信号的带宽不同；

硬件处理平台接收第一中频信号和第二中频信号，并将第一中频信号和第二中频信号合成为合成信号，并将合成信号发送给测距信号处理单元；测距信号处理单元接收合成信号并提取出相关的测距信号；

遥控信号处理单元接收合成信号并进行解调处理输出遥控信号；

遥测信号处理单元将天地基测距信号及遥测信号调制生成下行基带信号，通过DAC模块输出一路天基或地基测控的已调制基带信号，并将已调制基带信号发送给发射通道；

所述发射通道包括中频低通滤波器、放大器、S频段上变频电路、放大滤波电路和增益可选择的固放模块；其中，

中频低通器接收已调制的基带信号，并将已调制的基带信号进行低通滤波后发送给放大器；放大器将低通滤波后的基带信号放大后得到放大的基带信号，并将放大的基带信号发送给S频段上变频电路；S频段上变频电路将放大的基带信号进行变频处理后得到S频段射频信号，并将S频段射频信号发送给放大滤波电路；放大滤波电路将S频段射频信号滤波并放大后得到S频段下行信号，并将S频段下行信号发送给增益可选择的固放模块；增益可选择的固放模块将S频段下行信号放大后得到S频段下行射频信号；增益可选择的固放模块根据S频段下行信号的不同，选择不同功率放大的固放模块；

中频滤波及AGC放大模块包括功分器、第一带通滤波器、第一AGC放大器、第一组带通滤波器、第二带通滤波器、第二AGC放大器、第二组带通滤波器；其中，

功分器将该路中频信号产生第一分路中频信号和第二分路中频信号，第一分路中频信号依次经第一带通滤波器、第一AGC放大器和第一组带通滤波器处理后得到第一中频信号；第二分路中频信号依次经第二带通滤波器、第二AGC放大器和第二组带通滤波器处理后得到第二中频信号；其中，第一中频信号和第二中频信号的功率相等；第一带通滤波器和第一组带通滤波器对应于第一中频滤波器，第二带通滤波器和第二组带通滤波器对应于第二中频滤波器，第一中频滤波器和第二中频滤波器的带宽不同。

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