CN111232247B - 一种高可靠性的微纳卫星测控系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高可靠性的微纳卫星测控系统，包括接收装置和星务计算机，所述接收装置包括第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器、第一基带解调器和第二基带解调器，接收信号依次经所述第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器后，分别经所述第一基带解调器和第二基带解调器解调后发射至所述星务计算机。本发明微纳卫星测控系统的接收装置通过采用热备份的冗余结构设计，保证装置在单机、空间单粒子打翻情况下的测控功能的可靠性。

Description

一种高可靠性的微纳卫星测控系统
技术领域
本申请涉及微纳卫星测控技术领域，特别涉及一种高可靠性的微纳卫星测控系统。
背景技术
近二十年来，商业航天技术在世界范围内取得突飞猛进的发展，特别是美国SpaceX公司的崛起和我国“快舟系列”商业火箭发射的常态化，商业公司开始为用户提供遥感服务、空间信息应用服务、星基物联网服务等众多与卫星相关的服务项目。
在这些商业应用中，微纳卫星凭借其小型化、紧凑化和任务多样化的特点，在军民融合领域发展迅速，成为上述应用的优良载体。与常规卫星不同，微纳卫星受到商业成本的限制，需要降低体积、重量和功耗，优化设计寻求更高性价比、高可靠性的空间测控链路设计方案。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高可靠性的微纳卫星测控系统。
为了解决上述问题，本发明提供了一种高可靠性的微纳卫星测控系统，包括接收装置和星务计算机，所述接收装置包括第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器、第一基带解调器和第二基带解调器，接收信号依次经所述第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器后，分别经所述第一基带解调器和第二基带解调器解调后发射至所述星务计算机。
较佳地，还包括发射装置，所述发射装置包括第二天线、功率放大器、第二声表滤波器、合路器、GMSK基带调制器和Lora基带调制器，由所述星务计算机发出的发射信号经所述GMSK基带调制器或Lora基带调制器调制后，依次经所述合路器、第二声表滤波器、功率放大器，最后由所述第二天线输出。
较佳地，所述发射装置还包括第一检波器、第一模数转换器、第二检波器、第二模数转换器，所述第一检波器分别与所述GMSK基带调制器和第一模数转换器电连接，所述第二检波器分别与所述Lora基带调制器和第二模数转换器电连接，所述第一模数转换器和第二模数转换器分别与所述星务计算机电连接。
较佳地，所述第一基带解调器和第二基带解调器分别通过数据总线和控制总线与所述星务计算机电连接。
较佳地，所述GMSK基带调制器和Lora基带调制器分别通过数据总线和控制总线与所述星务计算机电连接。
较佳地，所述GMSK基带调制器和Lora基带调制器均采用升特公司的SX1278芯片。
较佳地，第一基带解调器和第二基带解调器均采用升特公司的SX1278芯片。
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
1、本发明实施例的接收装置采用扩频+跳频方式提高装置抗干扰性，实现高灵敏的测控指令接收功能；同时，还采用热备份的冗余结构设计，保证装置在单机、空间单粒子打翻情况下的测控功能的可靠性。
2、本发明实施例的发射装置采用双模发射方式降低空间干扰对地面接收机的影响；同时，还采用冷备份和发射机功率自反馈方式保证严酷空间环境下遥测功能的可靠性。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。附图中：
图1为本发明实施例高可靠性的微纳卫星测控系统结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明提供的一种高可靠性的微纳卫星测控系统进行详细的描述，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例，本领域技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。
本发明实施例的接收装置采用扩频+跳频方式提高装置抗干扰性，实现高灵敏的测控指令接收功能；同时，还采用热备份的冗余结构设计，保证装置在单机、空间单粒子打翻情况下的测控功能的可靠性。
本发明实施例的发射装置采用双模发射方式降低空间干扰对地面接收机的影响；同时，还采用冷备份和发射机功率自反馈方式保证严酷空间环境下遥测功能的可靠性。
具体地，请参考图1，一种高可靠性的微纳卫星测控系统，包括接收装置1、发射装置2和星务计算机4，所述接收装置1包括第一天线11、低噪声放大器12、第一声表滤波器13、功率分配器14、第一基带解调器15和第二基带解调器16，接收信号依次经所述第一天线11、低噪声放大器12、第一声表滤波器13、功率分配器14后，分别经所述第一基带解调器15和第二基带解调器16解调后发射至所述星务计算机4，这里，第一基带解调器15和第二基带解调器16分别通过数据总线和控制总线与星务计算机4电连接，第一基带解调器15和第二基带解调器16受星务计算机4控制，解调后的数据以DMA方式读入星务计算机4。
本实施例中，第一天线11、第一声表滤波器13和功率分配器14属于射频无源器件，低噪声放大器12、第一基带解调器15和第二基带解调器16属于有源器件，它们均工作在常开模式等待接收地面站的遥控指令。
接收装置1通过低噪声放大器12放大输入射频信号；第一声表滤波器13为窄带滤波器，用于滤除接收频带外的杂波能量；功率分配器14用于让第一基带解调器15和第二基带解调器16双热备份工作，由于功率分配器14的引入，相应会引入4dB左右的插损代价，但考虑低噪声放大器12的增益较高，此插损对系统噪声系数造成的影响可忽略。
作为接收端时，星务计算机4分别判别第一基带解调器15和第二基带解调器16的解调数据，当第一基带解调器15或第二基带解调器16解调后数据的校验和其输出的心跳信号同时有效时，判别该路解调数据有效，执行指令；若第一基带解调器15或第二基带解调器16被单粒子打翻，则可采取另外一组的数据，并同时主动复位被打翻的解调器，达到双热冗余备份的效果。
所述发射装置2包括第二天线21、功率放大器22、第二声表滤波器23、合路器24、GMSK基带调制器25和Lora基带调制器26，由所述星务计算机4发出的发射信号经所述GMSK基带调制器25或Lora基带调制器26调制后，依次经所述合路器24、第二声表滤波器23、功率放大器22，最后由所述第二天线21输出。这里，所述GMSK基带调制器25和Lora基带调制器26分别通过数据总线和控制总线与所述星务计算机4电连接。
作为一种优选实施例，所述发射装置2还包括第一检波器27、第一模数转换器28、第二检波器29、第二模数转换器30，所述第一检波器27分别与所述GMSK基带调制器25和第一模数转换器28电连接，所述第二检波器29分别与所述Lora基带调制器26和第二模数转换器30电连接，所述第一模数转换器28和第二模数转换器30分别与所述星务计算机4电连接。
本实施例中，第二天线21、第二声表滤波器23和合路器24为射频无源器件，其余为有源器件；通过合路器24可实现GMSK基带调制器25和Lora基带调制器26的双冷备份，当GMSK基带调制器25或Lora基带调制器26出现故障时，另外一路可以通过合路器24馈入发射通道，代价是3.8dB的损耗；第二声表滤波器23用于去除输出谐波，功率放大器22用于提供额外的功率增益；第一检波器27和第一模数转换器28、第二检波器29和第二模数转换器30主要提供额外的信号反馈通路，提供发射通道的监控。
具体地，为判断GMSK基带调制器25或Lora基带调制器26是否出现故障，星务计算机4通过第一模数转换器28采集第一检波器27后的幅值大小来判别GMSK基带调制器25的输出功率，通过第二模数转换器30采集第二检波器29后的幅值大小来判别Lora基带调制器26的输出功率，当输出功率小于预先设置值时，判定相应调制器出现单粒子打翻情况，并切换到另一调制模式，从而达到冷备份的效果。
作为一种优选实施例，第一基带解调器15和第二基带解调器16均采用升特公司的SX1278芯片。
作为一种优选实施例，所述GMSK基带调制器25和Lora基带调制器26均采用升特公司的SX1278芯片。
升特公司的SX1278芯片的最大持续输出功率为17dBm，不存在检波反馈通道，而以固有的地面站的核算，需要27dBm的输出功率才能满足低轨卫星2200km的通信距离要求，因此，单纯使用SX1278芯片远远不能满足卫星通信的需求。
本实施例中，如图1所示，通过对微纳卫星测控系统的整个发射通道进行重新设计，最终输出功率可达27.8dBm，可以满足低轨卫星2200km的通信距离要求。具体地，单通道发射功率核算如表1所示：
功率贡献 功率
SX1278芯片输出功率 17dBm
第二声表滤波器插损 1.1dB
合路器损耗 3.8dB
第二声表滤波器损耗 0.7dB
功率放大器增益 17dB
线损 0.5dB
第二天线端输出功率 27.8dBm
表1
以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (5)

1.一种高可靠性的微纳卫星测控系统，其特征在于，包括发射装置、接收装置和星务计算机，其中：
所述发射装置包括第二天线、功率放大器、第二声表滤波器、合路器、GMSK基带调制器和Lora基带调制器，由所述星务计算机发出的发射信号经所述GMSK基带调制器或Lora基带调制器调制后，依次经所述合路器、第二声表滤波器、功率放大器，最后由所述第二天线输出；
所述发射装置还包括第一检波器、第一模数转换器、第二检波器、第二模数转换器，所述第一检波器分别与所述GMSK基带调制器和第一模数转换器电连接，所述第二检波器分别与所述Lora基带调制器和第二模数转换器电连接，所述第一模数转换器和第二模数转换器分别与所述星务计算机电连接；
所述接收装置包括第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器、第一基带解调器和第二基带解调器，接收信号依次经所述第一天线、低噪声放大器、第一声表滤波器、功率分配器后，分别经所述第一基带解调器和第二基带解调器解调后发射至所述星务计算机。
2.根据权利要求1所述的高可靠性的微纳卫星测控系统，其特征在于，所述第一基带解调器和第二基带解调器分别通过数据总线和控制总线与所述星务计算机电连接。
3.根据权利要求1所述的高可靠性的微纳卫星测控系统，其特征在于，所述GMSK基带调制器和Lora基带调制器分别通过数据总线和控制总线与所述星务计算机电连接。
4.根据权利要求1所述的高可靠性的微纳卫星测控系统，其特征在于，所述GMSK基带调制器和Lora基带调制器均采用SX1278芯片。
5.根据权利要求1所述的高可靠性的微纳卫星测控系统，其特征在于，第一基带解调器和第二基带解调器均采用SX1278芯片。
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