CN111404620A - 一种遥测飞球训练用信标机 - Google Patents

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周辉峰
汤念
童冠贤
戴骏飞
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Abstract

本发明公开了一种遥测飞球训练用信标机，包括电源，电源连通有宽压电路稳压器，宽压电路稳压器连通有第一低压差稳压器及第二低压差稳压器，第一低压差稳压器连通有控制器，控制器输入端连通有功率频率通信串口，输出端连通有变频锁相器，变频锁相器连接有发射信号用天线，第二低压差稳压器输出端分别与变频锁相器及晶体振荡器连通，晶体振荡器与变频锁相器连通。本申请的遥测飞球训练用信标机是一款小型化的、功率频率可程控调节的、高性能宽带的、工作稳定的信标机模块。具有较高的相噪和杂散抑制特性，有助于提高发射机的频谱纯度，以提高接收机的灵敏度测试精度；同时，还具有较高的频率稳定度和准确度，以及超低相噪特性。

Description

一种遥测飞球训练用信标机
技术领域
本发明涉及航天器遥测技术领域，特别涉及一种遥测飞球训练用信标机。
背景技术
测控系统主要负责航天器（火箭、卫星等）的轨道测量、图像及遥测监视、遥控操作、数据注入、飞行控制等，是载人航天八大系统之一，是探月工程五大系统之一，是航天工程不可或缺的重要组成部分。遥测设备是航天测控设备的重要组成部分，是运载火箭主动段测量的核心设备。
捕获并跟踪目标是遥测设备解调目标航天器（火箭、卫星等）数据的前提条件，也是至关任务成败的重要环节。因此，在实战化训练中，训练遥测动态目标跟踪不可或缺。性能良好的动目标模拟器（信标机）是提高训练效率的前提，以至于达到检验遥测系统的工作状态和操作手能力的实战化训练目的。目前，在航天测控领域，应用于遥测操作手训练的动目标模拟器（信标机），由主机、天线和9V电源组成的纸盒式一次性使用外挂信标机。其主机为固定单点频工作模式，输出功率约为-15dBm，平均工作时间40min，信号输出功率偏弱而功耗相对较大。且其工作频率固定不可调，不满足多元化任务需求。因此有必要重新开发一款功耗小（工作时间2小时以上）、输出功率可调（0～-10dBm），频率可调（25 MHz～3000MHz），保障频率远离任务点频，防止对任务点频造成干扰的动目标模拟器（信标机）。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种遥测飞球训练用信标机，该信标机实现频率、功率可调，从而保障频率远离任务点频，防止对任务点频造成干扰的动目标模拟器，并且该信标机结构简单，成本低，有助于在航天遥测技术领域推广应用。
为了解决上述技术问题，本发明的方案为：
一种遥测飞球训练用信标机，包括电源，所述电源连通有宽压电路稳压器，所述宽压电路稳压器连通有第一低压差稳压器及第二低压差稳压器，所述第一低压差稳压器连通有控制器，所述控制器输入端连通有功率频率通信串口，输出端连通有变频锁相器，所述变频锁相器连接有发射信号用天线，所述第二低压差稳压器输出端分别与变频锁相器及晶体振荡器连通，所述晶体振荡器与所述变频锁相器连通。
所述变频锁相器包括VCO压控振荡器、PLL锁相环及AMP功率放大器。
所述电源为9V蓄电池。
所述宽压电路稳压器为TPS63070升压-降压转换器或TPS76333升压-降压转换器。
所述第一低压差稳压器及第二低压差稳压器均为超低噪声线性电源LDO。
所述控制器为STM32F103控制器。
所述晶体振荡器为40MHz/50MHz晶体振荡器。
所述天线配置有用于与所述变频锁相器连通的2.4GHz宽带SMA接口。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本申请的遥测飞球训练用信标机是一款小型化的、功率频率可程控调节的、高性能宽带的、工作稳定的信标机模块。其频率范围在25MHz～3000MHz之间可调，功率范围在0～-10dBm之间可调。具有较高的相噪和杂散抑制特性，有助于提高发射机的频谱纯度，以提高接收机的灵敏度测试精度；同时，还具有较高的频率稳定度和准确度，以及超低相噪特性（-160dBc/Hz）。
附图说明
图1为本发明的运行原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种遥测飞球训练用信标机，包括电源，电源连通有宽压电路稳压器，宽压电路稳压器连通有第一低压差稳压器及第二低压差稳压器，第一低压差稳压器连通有控制器，控制器输入端连通有功率频率通信串口，输出端连通有变频锁相器，变频锁相器连接有发射信号用天线，第二低压差稳压器输出端分别与变频锁相器及晶体振荡器连通，晶体振荡器与变频锁相器连通。
变频锁相器包括VCO压控振荡器、PLL锁相环及AMP功率放大器。VCO压控振荡器，是射频电路的重要组成部分，用以改善振荡回路的谐振频率；PLL锁相环能够实现稳定高频信号输出；AMP功率放大器，将输出信号进行放大（0~-10dB可调）。本申请采用HMC832实现相位快速锁定，以及集成VCO压控振荡器，小数分频PLL，超低相位噪声及杂散，谐波抑制性能高。而本申请中，采用VCO+PLL+AMP模式的变频锁相器，有助于提高频率稳定度和准确度，确保跟踪过程稳定可靠。
电源为9V蓄电池。实际应用过程中，信标机使用的9V蓄电池为9V南孚电池，9V南孚电池工作1小时左右，当电压下降至7.0V时，信标机会突然信号消失。为防止电池工作过程中，电量下降导致信标机突然掉电失锁，本申请采用宽压电路稳压器，确保输入电源在3~9V范围波动时，遥测飞球训练用简易信标机均能正常稳定工作；能够确保信标机在使用9V南孚电池供电情况下，正常工作3小时以上。宽压电路稳压器为TPS63070升压-降压转换器或TPS76333升压-降压转换器。
第一低压差稳压器及第二低压差稳压器均为超低噪声线性电源LDO。本申请中，采用的超低噪声线性电源LDO为晶体振荡器、控制器、变频锁相器供电，能够确保各单元稳定工作。
控制器为STM32F103控制器。本申请中控制器由STM32F103实现，包括频率控制、功率控制、程序写入（烧入）、串口控制、电源显示、输出显示等功能。
晶体振荡器为40MHz/50MHz晶体振荡器。便于产生40MHz/50MHz固定频率源。
天线配置有用于与变频锁相器连通的2.4GHz宽带SMA接口；天线配置2.4GHz宽带SMA接口；SMA接口的2.4GHz宽带内置内置功率可调功能，可根据需求输出不同的功率，功率可调范围可达11dB。各指标满足跟踪实战化训练要求，实测指标见表1所示：
Figure 746639DEST_PATH_IMAGE002
本申请中，遥测飞球训练用信标机具有1个SMA接口的射频输出端口。RS232接口主要针对需要直接通过PC机的RS232串口对遥测飞球训练用简易信标机模块进行控制的应用场合。RS232接口电平为标准的±12V电平标准。遥测飞球训练用信标机接口见表2所示：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
本申请中遥测飞球训练用信标机采用+9V方式供电，允许负载电压为3~16V。为保证信标机性能，采用9V南孚电池供电。遥测飞球训练用信标机不提供单独的开关机按键，当连接上电池，则设备上电，可以立即进入工作状态。当拔掉电池，则设备掉电关闭。
本申请为提高信标机稳定性、可靠性和续航能力，电源部分采用宽电压范围开关电路，确保输入电源在3~9V范围波动时，信标机均能正常稳定工作。为提高频率稳定度和准确度，确保跟踪过程稳定可靠，采用VCO+PLL模式提高频率稳定度。为实现信标机频率、功率可调，预留串口通信接口，供用户调节使用。
本申请的应用原理为：电源为宽压电路稳压器供电，经宽压电路稳压器调压稳压后，随后将调压稳压后的电源分别供给第一低压差稳压器及第二低压差稳压器，之后将第一低压差稳压器稳压后电源供给控制器；同时，将第二低压差稳压器稳压后电源供给变频锁相器及晶体振荡器，晶体振荡器为变频锁相器提供40MHz/50MHz频率源，供上变频用。控制器接入电源后，可通过通信串口接入PC机，实现信标机功率、频率控制及其他参数程序写入，控制器控制频率源及电源信号输入到变频锁相器，实现上变频及锁相后输出稳定的信标信号，经放大后通过天线将设定好的信标信号发射到空间，地面遥测接收该信标信号，达到跟踪测量训练目的。
本申请的遥测飞球训练用信标机是一款小型化的、功率频率可程控调节的、高性能宽带的、工作稳定的信标机模块。其频率范围在25MHz～3000MHz之间可调，功率范围在0～-10dBm之间可调。具有较高的相噪和杂散抑制特性，有助于提高发射机的频谱纯度，以提高接收机的灵敏度测试精度；同时，还具有较高的频率稳定度和准确度，以及超低相噪特性（-160dBc/Hz）。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种遥测飞球训练用信标机，其特征在于：包括电源，所述电源连通有宽压电路稳压器，所述宽压电路稳压器连通有第一低压差稳压器及第二低压差稳压器，所述第一低压差稳压器连通有控制器，所述控制器输入端连通有功率频率通信串口，输出端连通有变频锁相器，所述变频锁相器连接有发射信号用天线，所述第二低压差稳压器输出端分别与变频锁相器及晶体振荡器连通，所述晶体振荡器与所述变频锁相器连通。
2.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述变频锁相器包括VCO压控振荡器、PLL锁相环及AMP功率放大器。
3.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述电源为9V蓄电池。
4.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述宽压电路稳压器为TPS63070升压-降压转换器或TPS76333升压-降压转换器。
5.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述第一低压差稳压器及第二低压差稳压器均为超低噪声线性电源LDO。
6.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述控制器为STM32F103控制器。
7.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述晶体振荡器为40MHz/50MHz晶体振荡器。
8.根据权利要求1所述的遥测飞球训练用信标机，其特征在于：所述天线配置有用于与所述变频锁相器连通的2.4GHz宽带SMA接口。
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