CN110995334A - 一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，包括射频模块和基带模块。射频模块可以将卫星星载天线接收的射频信号放大后下变频为多路中频信号；基带模块同时接收多路中频信号，并将中频模拟信号转化为基带数字信号，对基带数字信号进行量化、数字解调、信道译码等；对处理完成后的基带数字信号进行编码、调制等，输出一路中频信号至射频模块；射频模块将中频信号上变频后放大，然后通过星载天线进行发射。本发明支持宽带多频点的跳频跳时通信系统。具有高可靠性、高抗干扰性、高保密性、高用户速率、硬件架构简单、成本低等优势。

Description

一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构
技术领域
本发明涉及航天通信领域，尤其涉及一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构。
背景技术
天基数据链是一种利用卫星通信信道，采用卫星通信协议来传递各类信息，以实现卫星与用于间的数据联系的系统。由于天基数据链具有超视距、高带宽、环境适应性强、抗干扰能力强和传输信道稳定可靠等特点，被广泛应用于各个领域。
目前的天基数据链硬件架构为FPGA+AD+DA的方式，要传送的信息使用固定的带宽，信号被调制到固定的频带上，然后在信道中传输，这种通信方式通信频点少、抗干扰性能差、容易被敌方窃听。新一代天基数据链要求高可靠性、高抗干扰性、高保密性、高用户速率的通信。现有天基数据链通信系统无法满足要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，以解决上述技术问题。
为实现上述目的本发明采用以下技术方案：
一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，包括射频模块、基带模块，星载天线将射频模块输出的射频信号发射至地面，并接收地面设备发送的信号输出给射频模块，射频模块将星载天线接收的多个频点的跳频跳时射频信号放大后下变频至中频，并分成多路中频信号；同时将基带模块输出的中频信号和跳频本振信号进行混频，上变频至射频信号，进行放大后输出至星载天线，基带模块将射频模块输出的多路中频信号进行采样、量化、数字解调、信道译码等，将发射的基带数字信号进行调制、编码、DA转换输出至射频模块，同时基带模块输出跳频本振信号至射频模块。
作为本发明进一步的方案，支持多通道、宽带、多频点的跳频跳时通信。
作为本发明进一步的方案，跳频速率可达40000hop/s以上，且跳频速率可变。
作为本发明进一步的方案，数据的脉冲间隔根据跳时信息随机变化。
作为本发明进一步的方案，采用DDS芯片提供跳频本振信号。
作为本发明进一步的方案，采用了多片FPGA进行数据处理，利用多片ADC对模拟中频信号进行采样。
作为本发明进一步的方案，每一片FPGA均连接有用于数据存储的FLASH存储模块。
作为本发明进一步的方案，每一片FPGA均连接有对外的接口。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明提供一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，在硬件上支持多通道、宽带、多频点的跳频跳时通信系统。本发明可以支持多个频点的跳频跳时通信，具有高可靠性、高抗干扰性、高保密性、高用户速率、硬件架构简单、成本低等优势。
附图说明
图1为本发明一种多通道并行处理的天基数据链硬件架构图；
图2为射频模块的硬件架构图；
图3为基带模块的硬件架构图。
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阐述。
本发明是一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，包括射频模块和基带模块，能够实现多通道、宽带、多频点的跳频跳时通信。
图1描述了一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构。
接收信号时，射频模块可以将天线接收的射频信号放大并下变频为多路中频信号，基带模块同时接收多路中频信号，并将中频模拟信号转化为基带数字信号，对基带数字信号进行量化、数字解调、信道译码等。
发射信号时，将处理完成后的基带数字信号进行编码、调制等输出一路中频信号至射频模块，并且输出一路DDS跳频本振信号至射频模块；射频模块将中频信号进行上变频并放大后通过天线进行发射。
图2描述了数据链射频模块信号的发射和接收的情况。图2由射频前端和收发通道组成。
发射信号时，将基带模块输入的中频信号和DDS跳频本振信号在发射通道内进行混频(即上变频)，并进行滤波放大，输出给射频前端，射频前端对信号进一步放大，以达到设计的功率值，通过天线将信号发射出去。
接收信号时，射频前端的接收链路将天线接收到的信号进行低噪声放大达到一定值后输出给接收通道，接收通道将信号分成多路进行滤波放大，再由多个本振对其下变频，下变频后对信号进行滤波放大，最终输出多个中频信号，输出给基带模块，基带模块通过ADC采样，可解调出接收到的信息。
图3描述了数据链基带模块工作情况。
接收信号时，ADC将射频模块接收通道输出的多个中频信号进行采样，转化为数字信号；FPGA对数字信号进行下变频、低通滤波、脉冲捕获、频偏估计和相位估计、频偏和相位补偿、解扩、脉冲控制、解扰、去交织、信道译码、校验以及控制等处理。
发射信号时，FPGA将需要发送的数据进行CRC校验、信道编码、数据交织、伪随机噪声加扰、脉冲控制、基带信号调制等，通过DAC输出至射频模块发射通道；同时FPGA控制DDS产生跳频本振信号，输出至射频模块发射通道。
FPGA控制射频前端进行信号接收和发射，实现单收、单发、同时收发等多种工作模式；并通过控制射频前端的功率放大器，实现射频模块输出信号功率可调。
多片FPGA之间通过数据接口进行数据交互，时钟接口为多片FPGA之间提供同步时钟，保障FPGA之间进行协同工作。
以上所述为本发明较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，包括射频模块、基带模块，星载天线将射频模块输出的射频信号发射至地面，并接收地面设备发送的信号输出给射频模块，射频模块将星载天线接收的多个频点的跳频跳时射频信号放大后下变频至中频，并分成多路中频信号；同时将基带模块输出的中频信号和跳频本振信号进行混频，上变频至射频信号，进行放大后输出至星载天线，基带模块将射频模块输出的多路中频信号进行采样、量化、数字解调、信道译码，将发射的基带数字信号进行调制、编码、DA转换输出至射频模块，同时基带模块输出跳频本振信号至射频模块。
2.根据权利要求1所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，支持多通道、宽带、多频点的跳频跳时通信。
3.根据权利要求1所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，跳频速率可达40000hop/s以上，且跳频速率可变。
4.根据权利要求2所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，数据的脉冲间隔根据跳时信息随机变化。
5.根据权利要求2所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，采用DDS芯片提供跳频本振信号。
6.根据权利要求1所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，采用了多片FPGA进行数据处理，利用多片ADC对模拟中频信号进行采样。
7.根据权利要求6所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，每一片FPGA均连接有用于数据存储的FLASH存储模块。
8.根据权利要求6所述的一种多通道并行处理的天基跳频数据链硬件架构，其特征在于，每一片FPGA均连接有对外的接口。
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