CN111934744A - 中继卫星箭载用户终端系统设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种中继卫星箭载用户终端系统设备，旨在提供一种高码率、低成本的用户终端，本发明通过下述技术方案实现：火箭数据采集模块接收来自中继测控终端模块的天基状态信息和前向指令，火箭数据综合模块将遥测数据流送入中继测控终端模块；Ka频段相控阵天线模块接收中继测控终端模块下发波束指向角信息和返向遥测信息，向中继测控终端模块发送天线状态信息和前向遥控指令；中继测控终端模块通过接收来自火箭的遥测数据流，将遥测数据流送入基带信号处理模块，将运算后波束指向角信息和Ka射频信号发送至Ka频相控阵天线模块，向中继卫星进行信号的辐射，完成中继卫星返向链路信号的发射；一并组帧成天基状态信息上报至火箭数据采编单元。

Description

中继卫星箭载用户终端系统设备

技术领域

本发明及一种中继卫星箭载用户终端系统设备，尤其是适用于中继卫星系统(TDRSS)通信的中继卫星箭载用户终端系统设备。

背景技术

中继星天基测控系统是一个利用地球同步卫星(天链卫星)、地面站和用户终端进行数据中继的测控通信系统。它主要实现两大功能：一是对飞行器进行跟踪、遥测与遥控；二是数据中继。飞行器要传给地面的遥测数据和应用数据，先经S频段和Ku/Ka频段星间链路发向中继卫星，中继卫星再以Ku/Ka频段将其转发到地面终端站，并在终端站进行射频解调与译码处理。视频信号以原始格式通过通信卫星链路或其他宽带链路送到地面用户终端或有效载荷控制中心。地面要发往飞行器的指令、话音、数据和电视等信息，先在地面终端汇集，调制到Ku/Ka频段链路上，发向中继卫星，再由中继卫星发给飞行器用户终端。地面站——中继卫星——飞行器用户终端的通信链路称为前向链路(上行链路)，飞行器用户终端——中继卫星——地面站的通信链路称为返向链路(下行链路)。

中继星天基测控系统主要完成以下功能：1.将飞行器遥测信息通过中继卫星下传至地面；2.将地面安控指令通过中继卫星上传至飞行器；3.将地面遥控指令通过中继卫星上传至箭上；4.进行飞行轨迹测量，并将测量结果下传至地面。

中继卫星系统要求在飞行器的自由飞行段和动力飞行段，用户终端都能跟踪地面站的信号和提取数据。在动力段飞行器加速度很大,使载波多普勒达MHz,载波频率捕获是锁相跟踪中信号捕获过程的重要组成部份,只有在载波频率捕获锁定的前提下,距离捕获才能实现。

中继卫星系统用户终端是中继卫星系统的重要组成部分,它不仅具有遥控、遥测、测距、测速功能,还能进行数据的中继传输,因此,其性能的优劣将直接影响系统对飞行器测轨跟踪与数据通信质量。中继卫星系统用户终端的主要功能有：接收解调地面站发来的遥控指令、测距信号和数传信号；相干转发地面站发来的前向测速测距信号；向地面站返向发射用户航天器的数传信号和遥测数据；可接受数据处理等设备的监控。中继卫星系统用户终端通常由适应传输低速率的低增益全向天线、传输中速率的中增益贴片式阵列天线和传输高速率的波束可控的高增益抛物面天线或相控阵天线。中继卫星系统用户终端一般由天线、接收信道、发射信道、本振源、基带信号处理等组成。接收信道包括低噪声放大器、下混频器、放大器、滤波器和AGC电路，完成接收信号的下变频。发射信道包括上混频器、放大器、滤波器和功放链路，完成转发信号的上变频和功率放大。本振源由多个锁相环组成，提供接收信道和发射信道所需的多路本振信号。基带信号处理完成伪码的捕获和跟踪、载波恢复和信息解调和返向各种模式信号的产生、数字调制等功能。

随着航天技术、电子技术的发展，以及应用领域的不断扩展，对中继卫星系统用户终端的需求也在不断增加和提高，各项功能要求设备体积、重量、功耗应尽量小。通常的中继卫星系统用户终端应做到：保证稳定可靠地指向中继卫星，实现多功能综合，包括测控信息和应用数据的传输，实现测定轨的各项功能。除满足以上功能外，中继卫星系统用户终端还面临复杂的电子对抗环境，因此应具有较强的抗干扰能力。

随着中继卫星技术的不断发展，通过中继卫星箭载用户终端解决火箭与地面站之间各种信号的传输，对地面站发射的遥控指令任务信息和其他数据进行转发等，是实现超远距离通信及测控任务的一种较理想通信手段。中继卫星箭载用户终端是一种安装在火箭上，作为外部信号与火箭内部设备直接的接口设备，在火箭飞行过程中，通过中继卫星系统中继卫星与地面站建立前返向链路，完成信号超视距的接收和转发，通过总线接口与运载火箭的指令分系统、数据分系统、遥测分系统相连接，完成对运载火箭的测控和数据传输功能。在中继卫星箭载用户终端应用场景中，中继卫星箭载户终端对中继卫星的捕获跟踪是建立箭星间数据链路首要前提。中继卫星箭载用户终端利用接收火箭遥测数据流，按要求对全帧数据进行挑路，形成返向链路数据流，并从中挑出实时的起飞、火箭位置、姿态信息，根据上述信息，以及装订的指向常数信息，计算相控阵天线的波束指向角信息，使其波束对准中继卫星，完成天线的双向捕获。同时，还能接收由中继卫星地面站发出的遥控指令。现有技术中继卫星箭载用户终端的不足之处在于：由于用户航天器平台接口各异、产品定制化程度极高，大大影响了研制周期，定制化的中继卫星箭载用户终端大大提高了各种成本；高度定制化的中继卫星箭载用户终端势必造成设备各功能模块通用性差、后续功能扩展困难，严重阻碍箭载设备产品的功能升级和产品化进程。

通常情况下，对于中继卫星箭载用户终端的波束指向方位角α、俯仰角β由程序对其进行限制，一般均限制为±60°。采取的控制策略为：不论火箭点火前或点火后，一旦开始进行波束指向控制，只要当前计算α或β有超出角度限制的，此时波束指向上一时刻角度限制内的值。这种波束指向控制策略的好处能保证天线扫描在边界上的EIRP性能，防止波束指向角偏离法相过大而影响通信链路的建立。同时可以防止在飞行过程中某一时刻由于未知干扰导致波束指向角异常而造成的中继卫星的失锁。但同时这样的波束指向控制策略会带来火箭在点火起飞前由于α或β本身应该指向范围外值而导致不能建立通信链路的问题。

某些飞行器平台可以提供液氮降温或大面积金属底板等撒热措施，但有些火箭平台不能提供散热处理或整流罩保护措施。由于火箭在飞出大气层前与大气摩擦产生高温环境，该高温环境足以导致中继卫星箭载用户终端的相控阵天线的元器件超出允许工作的范围，同时小型化的相控阵天线不能依靠其自身散热处理适应该高温的工作环境，可能会导致中继通信中断。相变储热技术是利用物质相态转变过程中伴随的能量吸收和释放原理的一种热控技术。相变储热材料具有巨大的相变潜热，当温度从低温升至相变温度点时，相变材料吸收热量，发生相变，成为另一种物资状态(如从固态变为液态)；当温度从高温降至相变温度点时，相变材料放出热量，恢复为原来的物质状态(如由液体凝固成固体)。利用这一原理，将相变材料封装在导热性能良好的腔体内部，作为系统热沉，配合相应的热路设计，即可吸收设备工作时的热耗。将相变储热技术应用于中继卫星箭载用户终端，在火箭平台无法提供其散热环境的条件下，能很好解决设备耐高温工作的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足之处，提供一种小型化、模块化、高码率、可扩展、低成本的中继卫星箭载用户终端，以解决中继卫星箭载用户终端的模块化、产品化、缩短研制周期的问题。

本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种中继卫星箭载用户终端系统设备，包括：与火箭中数据综合模块和数据采集模块进行通信的中继测控终端模块A和Ka频段相控阵天线模块B及阵元数量为M1×N1的接收阵面B1，围绕中继测控终端模块A连接的计算机、单元测试设备，其特征在于：火箭数据采集模块接收来自中继测控终端模块A的天基状态信息和前向指令，火箭数据综合模块将遥测数据流送入中继测控终端模块A；Ka频段相控阵天线模块B接收中继测控终端模块A下发波束指向角信息和返向遥测信息，向中继测控终端模块A发送天线状态信息和前向遥控指令；中继测控终端模块A通过接口模块A2接收来自火箭的遥测数据流，将遥测数据流送入基带信号处理模块A3，基带信号处理模块A3利用内置FPGA算法选择出Ka频段相控阵天线模块B返向回传的遥测数据信息，经FPGA成帧、编码和数模D/A转换，调制成输入信道模块A4的中频信号，信道模块A4通过发射单元进行两次上变频，将基带信号处理模块A3的中频信号搬移至Ka频段，同时，基带信号处理模块A3通过内置数字信号处理器DSP，将运算后波束指向角信息和Ka射频信号发送至Ka频相控阵天线模块B，向中继卫星进行信号的辐射，完成中继卫星返向链路信号的发射；同时，相控阵天线模块B的接收阵面B1在接收到中继卫星上行信号后，将接收到的M1×N1路信号同时送到接收R组件B3，在波控器B4控制下，通过波束形成网络B5合成一路射频信号将射频信号输出至中继测控终端的信道模块A4；信道模块经过两次下变频，将射频信号频谱搬移到中频送入，基带信号处理模块A3进行自动增益控制AGC放大。完成模数转换，经过内置FPGA软件算法进行伪码解扩、载波解调、同步和译码的数字信号处理，将得到的前向指令发送至火箭数据采编单元进行下一步相关动作，同时，Ka频段相控阵天线模块B的波控器B4将其自身状态信息上报至中继测控终端A，将相控阵天线模块B状态信息及自身状态信息一并组帧成天基状态信息上报至火箭数据采编单元。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果。

本发明采用中继测控终端模块A和ka频段相控阵天线模块B构成的中继卫星箭载用户终端，以模块化的设计思路极大缩短研制周期，打破了传统定制型中继卫星箭载用户终端的设计局限，加速了当下商业航天时代中继卫星箭载用户终端的产品化进程，真正能对不同用户的不同需求快速响应。并且中继测控终端模块内置低频接口采用接插件互联的方式，该形式避免了线缆繁多带来的装配复杂，不易于维护等问题，更有利于模块的功能扩展，同时也能减轻重量。

本发明采用基带信号处理模块内置微控制器DSP，将波束指向运算后的Ka频段相控阵天线模块B指向角信息，发送至Ka频段相控阵天线B模块，使Ka频段相控阵天线模块B波束指向中继卫星进行信号的辐射，信道模块A4通过发射单元进行两次上变频，将基带信号处理模块A3的中频信号搬移至Ka频段，通过k型口、电缆的连接方式，将此Ka射频信号发送至Ka频相控阵天线模块B的波束形成网络B5，进行信号分路处理，再分别送到T组件模块B2，在波控器B4的控制下，将M2×N2路信号送到阵元数量为M2×N2的天线阵面B1，完成中继卫星返向链路信号的发射，并且后续可在此架构的基础上进行功能扩展，还能克服火箭发射前到发射后一小段时间内用户终端的波束不能指向中继卫星的问题，使得火箭在发射全程能进行中继卫星的数据中继传输。

相控阵天线采用的相变储热技术，在天线功能组件两侧设计相变热容器，利用相变材料的潜热吸收天线工作时间内的热耗，保证在工作时间内，天线功能组件温度不超出许用范围。本发明采用的相变储热技术，突破了传统相控阵天线小型化后由于其自身体积小、热耗大，无法依靠功能模块自身热容量吸收天线热耗的热设计瓶颈，能够很好适应火箭发射过程中的高温环境，可靠性增强。

附图说明

图1是本发明中继卫星箭载用户终端系统设备组成框图；

图2是图1的Ka频段相控阵天线模块B的组成示意图；

图3基带信号处理模块硬件架构示意图；

图4是本发明波束指向角控制策略流程图；

图5是本发明图2中继测控终端信道模块组成框图；

图6是本发明图2中继测控终端电源模块原理框图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的优选实施例中，一种中继卫星箭载用户终端系统设备，包括：与火箭中数据综合模块和数据采集模块进行通信的中继测控终端模块A和Ka频段相控阵天线模块B及阵元数量为M1×N1的接收阵面B1，围绕中继测控终端模块A连接的计算机、单元测试设备。火箭数据采集模块接收来自中继测控终端模块A的天基状态信息和前向指令，火箭数据综合模块将遥测数据流送入中继测控终端模块A；Ka频段相控阵天线模块B接收中继测控终端模块A下发波束指向角信息和返向遥测信息，向中继测控终端模块A发送天线状态信息和前向遥控指令；更进一步，中继测控终端模块A通过其接口模块A2接收来自火箭的遥测数据流，将遥测数据流送入基带信号处理模块A3，基带信号处理模块A3利用内置FPGA算法选择出Ka频段相控阵天线模块B返向回传的遥测数据信息，经FPGA成帧、编码和数模D/A转换，调制成输入信道模块A4的中频信号，信道模块A4通过发射单元进行两次上变频，将基带信号处理模块A3的中频信号搬移至Ka频段，同时，基带信号处理模块A3通过内置数字信号处理器DSP，将运算后波束指向角信息和Ka射频信号发送至Ka频相控阵天线模块B，向中继卫星进行信号的辐射，完成中继卫星返向链路信号的发射；同时，相控阵天线模块B的接收阵面B1，在接收到中继卫星上行信号后，将接收到的M1×N1路信号同时送到接收R组件B3，在波控器B4控制下，通过波束形成网络B5合成一路射频信号将射频信号输出至中继测控终端的信道模块A4；信道模块经过两次下变频，将射频信号频谱搬移到中频送入，基带信号处理模块A3进行自动增益控制AGC放大。完成模数转换，经过内置FPGA软件算法进行伪码解扩、载波解调、同步和译码的数字信号处理，将得到的前向指令发送至火箭数据采编单元进行下一步相关动作，同时，Ka频段相控阵天线模块B的波控器B4将其自身状态信息上报至中继测控终端A，将相控阵天线模块B状态信息及自身状态信息一并组帧成天基状态信息上报至火箭数据采编单元。

参阅图2。Ka频段相控阵天线模块B包括：设置在天线阵面B1上的M1×N1个接收单元和M2×N2个发射单元，连接在接收单元与波束形成网络B5之间的R组件B3及连接在发射单元在与波束形成网络B5之间的T组件B2，以及连接在R组件B3与T组件B2之间的波控器B4。

接收单元接收到中继卫星上行信号后，将接收的M1×N1路信号同时送到接收R组件B3，在波控器B4控制下进行信号合成处理，通过接收波束形成网络B5合成一路射频信号RF_in后，通过k型口连接的电缆将射频信号RF输出至中继测控终端，通过信道模块A4两次下变频，将射频信号频谱搬移到中频并送入基带信号处理模块A3，中频信号经自动增益控制AGC电路放大，模数转换，再通过伪码解扩、载波解调、同步和译码等数字信号处理的方式，将得到的前向指令发送至火箭采编单元，进行下一步相关动作。同时，波控器B4将其自身状态信息通过422串口上报至接口模块A2，通过低频接口将信息发送至基带信号处理模块A3，将天线状态信息及自身状态信息一并组帧成天基状态信息，通过内部接口再回传至接口模块A2，通过外部接口将信息上报至火箭数据采编单元，利用中继卫星系统的KSA模式，实现高码率的火箭遥测数据的传输。

接口模块的主要功能是针对不同形式的用户接口的对外低频接口，转化为供其他各个模块使用的统一的内部接口，目前常用的接口形式包括了同步串口、异步串口、光耦、CAN总线、1553总线接口等；功能上涵盖了整机供电、与火箭中心程序器的数据交互、火箭信息采编单元的信息交互、与相控阵天线的信息交互、与初始参数装订设备信息交互等。

在整体架构设计上，考虑到接口应用需求及后续扩展功能(比如安控等诸多功能)，中继测控终端模块A各模块采用接插件互联方式的内置低频接口、中频接口和对外高频接口，中频接口包括接收中频、发射中频以及基准时钟信号，对外高频接口为信道模块的射频收发接口。信道模块采用连接器互插的方式相连基带信号处理模块，这样既方便安装及拆卸，又节省空间。该形式避免了线缆繁多带来的装配复杂、不易于维护等问题，更有利于模块的功能扩展，同时也能减轻重量。该架构的另一大好处是可根据不同用户对于接口形式的不同要求，在保持其他模块不变的前提下、只需更改接口模块和对信号处理模块的FPGA软件重新进行配置，就能满足不同应用要求。采用如此模块化的设计，可以在箭载用户终端整体架构不变的前提下，只需进行模块的更换、增减、软件重构，就能快速响应用户平台的各种需求，大大缩短了研制周期。不仅如此，这种技术方案更能实现产品化，具有广阔的应用前景。

参阅图3。基带信号处理模块(A3)包括：围绕大规模可编程器件FPGA连接的数字信号处理器DSP、FLASH，模数转换器A/D、数模转换器D/A及接口模块，其中，DSP连接了Flash和随机存取存储器RAM，模数转换器A/D、数模转换器D/A分别相连带通滤波器。中频信号通过自动增益控制AGC电路送入模数转换器A/D转换为数字信号，系统时钟经FPGA调制、解调、卷积编译码、交织+RS编码后送入DSP完成波束指向算法，通过数模转换器D/A和带通滤波器输出中频信号，实现中继测控终端对相控阵天线的波束控制功能。

基带信号处理模块通过FPGA算法对于相控阵天线的波束扫描角，即方位角α、俯仰角β有角度的限制，目的是保证方位角α、俯仰角β在扫描范围内的EIRP值，以满足建立天地链路的要求。

参见图4所示。经过波束指向计算后，中继测控终端从火箭中心程序器来的数据流挑取并判断起飞标识是否为零，若该标识为0，判断起飞零秒是否相比前一帧值有跳变，否则判断方位角α、俯仰角β的是否超出限制值，是则认为当前超出限制的角度，输出初始装订值，否则输出当前方位角α、俯仰角β角的计算值。若前后两帧数据中该标识不连续(排除数据溢出的可能)，则认为有跳变，收到起飞零秒，并继续判断方位角α、俯仰角β的是否超出限制值，是则认为当前超出限制的角度，输出上一时刻在限制范围内的值，否则，输出当前方位角α、俯仰角β角的计算值。

在收到起飞零秒之前，将方位角α、俯仰角β的初始角装订为超范围的角度，以实现相控阵天线初始波束指向角对准中继卫星。一旦开始波束指向计算，若经DSP波束指向计算所得的方位角α、方位角β角任意一个超出限制范围，FPGA算法保证其输出初始装订值，α角超出范围即指向方位角α初始角，方位角β角超出范围即指向β初始角，两者互不干扰。

在收到起飞零秒以后，若经DSP波束指向算法计算所得的α、β角任意一个超出限制范围，则保持上一时刻角度范围以内的值。这种关于波束指向策略的好处在于不仅能保证起飞后火箭飞行过程中用户终端能对准卫星进行中继传输，且能在起飞前对准中继卫星，提前建立天地链路，以便在火箭的发射准备阶段亦能为其提供天基遥测参数信息。

参阅图5。信道模块(A4)包括：相控阵天线单元连接的ka下变频单元(A42)，ka下变频单元(A42)相连的频综单元(A41)及通过中频上下变频单元(A44)相连的基带信号处理模块，相连基带信号处理模块与频综单元(A41)的基准时钟产生单元(A45)，频综单元(A41)和中频上下变频单元(A44)相连的ka上变频单元(A43)。

频综单元(A41)通过中频上下变频单元(A44)连接基带信号处理模块，并经基准时钟产生单元(A45)连接频综单元(A41)形成闭环并联回路。ka下变频单元(A42)通过中频上下变频单元(A44)完成中频信号的下变频、放大和滤波功能；基准时钟产生单元(A45)经频综单元(A41)完成基准时钟产生的所需本振提供给频综单元(A41)，经通过中频上下变频单元(A44)和ka上变频单元(A43)主要完成中频信号的上变频、放大和滤波功能，提供给相控阵天线单元；

信道模块输出信号采用ka下变频单元(A42)、ka上变频单元(A43)和基准时钟产生单元(A45)两次变频方案，从基带输入的中频信号与L频段的点频本振混频，输出L频段一中频信号，一中频信号经滤波放大后与X频段的二本振信号进行亚谐波混频，输出Ka频段的射频信号。同理，信道模块将接收到的天线射频信号经过两次变频，输出中频信号。

参阅图6。电源模块包括：具备EMI滤波、限流、钳位和防倒灌能力的输入滤波电路、DC/DC模块1、具备单向导通功能的二级管电路、DC/DC模块2和输出滤波电路，DC/DC模块1将外部输入的28V电源转换为28V电源，二级管电路管理转电过程电源的平稳过渡，28V外部电源供电时，输入电压经过输入滤波电路1、DC/DC模块1、二级管电路1后输出28V直流电源，同时作为DC/DC模块2的输入电压转化为NV直流电源，DC/DC模块2将输入的28V电源转换为NV电源。

电源模块针对火箭常用的28V供配电系统，其主要功能是将28V直流电转换为中继测控终端各模块或元器件所需电压。充分考虑整机功耗和电源效率，可根据不同模块或器件使用需求适当选取、更换或添加DC/DC模块2，从而适应各种零部件的使用需求。

Ka频段相控阵天线模块(B)主要功能是根据中继测控终端模块A传输的波束控制信息将相控阵天线模块指向中继卫星，完成中继卫星前返向链路信号的接收和发射，同时向中继测控终端模块A反馈状态监控信息。Ka高码率相控阵天线主要由天线阵面(B1)、T组件(B2)、R组件(B3)、波控器(B4)、波束形成网络(B5)、电源(B6)和相变储热装置模块(B7)组成。

Ka频段相控阵天线采用将发射阵元和接收阵元做成一个阵面的方式，可根据具体任务功能需求进行阵元数的设定。接收阵元数量为M1×N1，发射阵元数量为M2×N2，如图3所示。其工作原理如下：相控阵天线阵面接收阵元收到中继卫星前向链路信号后，送到R组件，实现接收信号的移相处理，再由波束形成网络完成信号的合成，输出射频信号到中继测控终端；中继测控终端输入到相控阵天线的射频信号经波束形成网络分路，再由T组件完成信号的移相与放大处理，送给各发射阵元完成信号的发射。针对箭载小型化的相控阵天线及火箭通常安装环境，由于天线体积小、热耗大，无法依靠功能模块自身热容量吸收天线热耗，采用相变储热设计技术，在天线功能组件两侧设计相变热容器，利用相变材料的潜热吸收天线工作时间内的热耗，保证在工作时间内，天线功能组件温度不超出许用范围。相变储热技术是利用物质相态转变过程中伴随的能量吸收和释放原理的一种热控技术。相变储热材料具有巨大的相变潜热，当温度从低温升至相变温度点时，相变材料吸收热量，发生相变，成为另一种物资状态(如从固态变为液态)；当温度从高温降至相变温度点时，相变材料放出热量，恢复为原来的物质状态(如由液体凝固成固体)。利用这一原理，将相变材料封装在导热性能良好的腔体内部，作为系统热沉，配合相应的热路设计，即可吸收设备工作时的热耗。将相变储热技术应用于中继卫星箭载用户终端，在火箭平台无法提供其散热环境的条件下，能很好解决设备耐高温工作的问题。

以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中继卫星箭载用户终端系统设备，包括：与火箭中数据综合模块和数据采集模块进行通信的中继测控终端模块A和Ka频段相控阵天线模块B及阵元数量为M1×N1的接收阵面B1，围绕中继测控终端模块A连接的计算机、单元测试设备，其特征在于：火箭数据采集模块接收来自中继测控终端模块A的天基状态信息和前向指令，火箭数据综合模块将遥测数据流送入中继测控终端模块A；Ka频段相控阵天线模块B接收中继测控终端模块A下发波束指向角信息和返向遥测信息，向中继测控终端模块A发送天线状态信息和前向遥控指令；中继测控终端模块A通过接口模块A2接收来自火箭的遥测数据流，将遥测数据流送入基带信号处理模块A3，基带信号处理模块A3利用内置FPGA算法选择出Ka频段相控阵天线模块B返向回传的遥测数据信息，经FPGA成帧、编码和数模D/A转换，调制成输入信道模块A4的中频信号，信道模块A4通过发射单元进行两次上变频，将基带信号处理模块A3的中频信号搬移至Ka频段，同时，基带信号处理模块A3通过内置数字信号处理器DSP，将运算后波束指向角信息和Ka射频信号发送至Ka频相控阵天线模块B，向中继卫星进行信号的辐射，完成中继卫星返向链路信号的发射；同时，相控阵天线模块B的接收阵面B1在接收到中继卫星上行信号后，将接收到的M1×N1路信号同时送到接收R组件B3，在波控器B4控制下，通过波束形成网络B5合成一路射频信号，将射频信号输出至中继测控终端的信道模块A4；信道模块经过两次下变频，将射频信号频谱搬移到中频送入基带信号处理模块A3进行自动增益控制AGC放大，完成模数转换，经过内置FPGA软件算法进行伪码解扩、载波解调、同步和译码的数字信号处理，将得到的前向指令发送至火箭数据采编单元进行下一步相关动作，同时，Ka频段相控阵天线模块B的波控器B4将其自身状态信息上报至中继测控终端A，将相控阵天线模块B状态信息及自身状态信息一并组帧成天基状态信息上报至火箭数据采编单元。

2.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：Ka频段相控阵天线模块B包括：设置在天线阵面B1上的M1×N1个接收单元和M2×N2个发射单元，连接在接收单元与波束形成网络B5之间的R组件B3及连接在发射单元与波束形成网络B5之间的T组件B2，以及连接在R组件B3与T组件B2之间的波控器B4。

3.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：接口模块针对不同形式的用户接口的对外低频接口，转化为供其他各个模块使用的统一的内部接口；功能上涵盖了整机供电，并与火箭中心程序器、火箭信息采编单元、相控阵天线和初始参数装订设备进行数据交互和信息交互。

4.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：中继测控终端模块A各模块采用接插件互联方式的内置低频接口、中频接口和对外高频接口，中频接口接收中频、发射中频以及基准时钟信号，对外高频接口为信道模块通过射频收发。

5.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：信道模块采用连接器互插的方式相连基带信号处理模块。

6.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：基带信号处理模块(A3)包括：围绕大规模可编程器件FPGA连接的数字信号处理器DSP、FLASH，模数转换器A/D、数模转换器D/A及接口模块，其中，DSP连接了Flash和随机存取存储器RAM，模数转换器A/D、数模转换器D/A分别相连带通滤波器。

7.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：中频信号通过自动增益控制AGC电路送入模数转换器A/D转换为数字信号，系统时钟经FPGA调制、解调、卷积编译码、交织+RS编码后送入DSP完成波束指向算法，通过数模转换器D/A和带通滤波器输出中频信号，实现中继测控终端对相控阵天线的波束控制功能。

8.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：经过波束指向计算后，中继测控终端从火箭中心程序器来的数据流挑取并判断起飞标识是否为零，若该标识为0，判断起飞零秒是否相比前一帧值有跳变，否则判断方位角α、俯仰角β的是否超出限制值，是则认为当前超出限制的角度，输出初始装订值，否则输出当前α、β角的计算值，若前后两帧数据中该标识不连续，则认为有跳变，收到起飞零秒，并继续判断方位角α、俯仰角β的是否超出限制值，是则认为当前超出限制的角度，输出上一时刻在限制范围内的值，否则，输出当前方位角α、俯仰角β角的计算值。

9.如权利要求1所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：信道模块(A4)包括：相控阵天线单元连接的ka下变频单元(A42)，ka下变频单元(A42)相连的频综单元(A41)及通过中频上下变频单元(A44)相连的基带信号处理模块，相连基带信号处理模块与频综单元(A41)的基准时钟产生单元(A45)，频综单元(A41)和中频上下变频单元(A44)相连的ka上变频单元(A43)；频综单元(A41)通过中频上下变频单元(A44)连接基带信号处理模块，并经基准时钟产生单元(A45)连接频综单元(A41)形成闭环并联回路。

10.如权利要求9所述的中继卫星箭载用户终端系统设备，其特征在于：ka下变频单元(A42)通过中频上下变频单元(A44)完成中频信号的下变频、放大和滤波功能；基准时钟产生单元(A45)经频综单元(A41)完成基准时钟产生的所需本振提供给频综单元(A41)，经通过中频上下变频单元(A44)和ka上变频单元(A43)主要完成中频信号的上变频、放大和滤波功能，提供给相控阵天线单元。

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