CN114362784B - 一种便携式卫星测控数传一体化终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式卫星测控数传一体化终端，包括GPS双天线、X频段天线和馈源模块、第一双工器、第二双工器、定向GPS模块、第一X低噪放大器、第二X低噪放大器、第一射频开关、第二射频开关、X频段下变频器、X频段上变频功率放大器、伺服控制和数据收发一体化模块、测斜传感器、X轴区控一体电机、Y轴区控一体电机、移动电源和电源适配器；本发明集成度高，重量轻，体积小，便于携带，安装简单快速，大大方便工作人员进行使用。

Description

一种便携式卫星测控数传一体化终端

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，特别涉及一种便携式卫星测控数传一体化终端。

背景技术

遥感卫星是用作外层空间遥感平台的人造卫星，用卫星作为平台的遥感技术称为卫星遥感，遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域；所有的遥感卫星都需要有遥感卫星地面站，从遥感集市平台获得的卫星数据可监测到农业、林业、海洋、国土、环保、气象等情况；遥感数据的获取往往时间周期较长，对一些数据实时性要求较高的应用，大型地面站往往不能满足要求；市场上通常的VSAT甚小口径终端适合单人便携，但其频段主要在Ku和Ka频段，作为地球同步轨道的通信卫星的收发设备，其收发频段和操作方式并不适合中低轨道遥感卫星使用；通常遥感卫星地面站，伺服控制、测控数据收发、数传数据接收及传输是其主要功能，后端数据处理中心对遥感数传数据进行处理后，方可提供给用户使用；地面站组成也按功能进行设计，伺服控制、遥测遥控、数传接收分为三套设备进行处理，此外站控管理需要一台服务器，数据处理也需要一台服务器，同时伺服驱动机构庞大，整体架构无法满足移动便携的要求。

如何使中低轨遥感卫星数据的获取和处理更加便利，提高遥感卫星的使用频次，是遥感卫星地面站急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种便携式卫星测控数传一体化终端，以解决背景技术中所提到的问题，克服现有技术中存在的不足。

为了实现上述目的，本发明提供一种便携式卫星测控数传一体化终端，包括GPS双天线、X频段天线和馈源模块、第一双工器、第二双工器、定向GPS模块、第一X低噪放大器、第二X低噪放大器、第一射频开关、第二射频开关、X频段下变频器、X频段上变频功率放大器、伺服控制和数据收发一体化模块、测斜传感器、X轴区控一体电机、Y轴区控一体电机、移动电源和电源适配器；GPS双天线与定向GPS模块连接，定向GPS模块输出端与伺服控制和数据收发一体化模块输入端连接，移动电源通过电源适配器与伺服控制和数据收发一体化模块连接，测斜传感器输出端与伺服控制和数据收发一体化模块输入端连接，伺服控制和数据收发一体化模块分别与X轴区控一体电机、Y轴区控一体电机、X频段下变频器和X频段上变频功率放大器连接，伺服控制和数据收发一体化模块输出端与第一射频开关和第二射频开关连接，伺服控制和数据收发一体化模块用于为各部分电路供电以及进行遥测、遥控、数传信号的数据收发处理；X频段天线和馈源模块输出端分别与第一双工器输入端和第二双工器输入端连接，第一双工器输出端通过第一X低噪放大器与第一射频开关输入端连接，第二双工器输出端通过第二X低噪放大器与第一射频开关输入端连接，第一射频开关输出端与X频段下变频器输入端连接，X频段上变频功率放大器输出端与第二射频开关输入端连接，第二射频开关输出端分别与第一双工器输入端和第二双工器输入端连接。

优选的是，伺服控制和数据收发一体化模块包括控制电路、驱动控制器、驱动电路和电源变换电路，电源变换电路分别与控制电路、驱动控制器和驱动电路连接，控制电路与驱动控制器连接，驱动控制器输出端与驱动电路连接，驱动电路输出端与控制电路输入端连接。

在上述任一方案中优选的是，电源变换电路包括电源转换芯片、第一极性电容、第二极性电容、第一二极管和第一电阻；电源转换芯片输入端与第一极性电容正极连接，电源转换芯片的输出端与第一电阻的一端和第一二极管的负极连接，第一电阻另一端与第二极性电容正极连接，第一极性电容负极、第二极性电容负极和第一二极管正极接地。

在上述任一方案中优选的是，驱动控制器包括驱动控制芯片、第三极性电容、第一电容、第二电容、第三电容、第二二极管、第三二极管和第二电阻，驱动控制芯片的电源端引脚与第三极性电容正极、第一电容一端、第三电容一端和第二二极管正极连接，第二二极管负极与第三二极管正极和第二电阻一端连接，第二电阻另一端与第二电容一端连接，第三二极管负极与第三电容另一端连接。

在上述任一方案中优选的是，驱动电路包括六路驱动单元，每路驱动单元包括驱动芯片、第四二极管、第四电容、第五电容、第四极性电容、第三电阻和第四电阻；驱动芯片浮置电源电压端引脚与第四二极管负极、第四电容一端、第五电容一端和第四极性电容正极连接，驱动芯片逻辑输出端引脚与第三电阻一端连接，驱动芯片低端输出引脚与第四电阻一端连接。

在上述任一方案中优选的是，X轴区控一体电机包括电机、驱动器、编码器和减速机，所述X轴区控一体电机用于天线X轴的实时高精度指向驱动。

在上述任一方案中优选的是，Y轴区控一体电机包括电机、驱动器、编码器和减速机，Y轴区控一体电机用于天线Y轴的实时高精度指向驱动。

在上述任一方案中优选的是，控制电路采用8051F12型号的芯片。

在上述任一方案中优选的是，电源转换芯片采用LM7805芯片型号。

在上述任一方案中优选的是，驱动控制芯片采用L6207型号的芯片。

在上述任一方案中优选的是，驱动芯片采用IRS2013型号的芯片。

与现有技术相比，本发明所具有的优点和有益效果为：

1、大型地面站作为遥感卫星数传数据接收的主要方式，市场上多见的便携卫星终端，主要用于同步轨道Ka或Ku频段通信卫星通信数据的收发，本发明的便携式卫星测控数传一体化终端用于完成中低轨遥感卫星的上行发令、下行遥测数据接收、遥感数据接收及处理等工作，直接输出遥感图像，具备可移动特性，使遥感数据的获取不再受地理条件和接收端、处理端的限制，遥感图像的实时快速获取，通信效率高，通信质量更好。

2、本发明便携式卫星测控数传一体化终端，集成度高，重量轻，体积小，便于携带，安装简单快速，大大方便工作人员进行使用。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端结构框图。

图2为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端图1中所示伺服控制和数据收发一体化模块结构框图。

图3为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端图2中所示电源变换电路的电路原理图。

图4为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端图2中所示驱动控制器的电路原理图。

图5为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端图2中所示驱动电路中驱动单元的电路原理图。

图6为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端图2中所示控制电路的电路原理图。

图7为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端组装流程示意图。

图8为根据本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端工作流程示意图。

其中：1-GPS双天线；2-X频段天线和馈源模块；3-第一双工器；4-第二双工器；5-定向GPS模块；6-第一X低噪放大器；7-第二X低噪放大器；8-第一射频开关；9-第二射频开关；10-X频段下变频器；11-X频段上变频功率放大器；12-伺服控制和数据收发一体化模块；13-测斜传感器；14-X轴区控一体电机；15-Y轴区控一体电机；16-移动电源；17-电源适配器；18-电脑端；19-控制电路；20-驱动控制器；21-驱动电路；22-电源变换电路。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的一种便携式卫星测控数传一体化终端，包括GPS双天线1、X频段天线和馈源模块2、第一双工器3、第二双工器4、定向GPS模块5、第一X低噪放大器6、第二X低噪放大器7、第一射频开关8、第二射频开关9、X频段下变频器10、X频段上变频功率放大器11、伺服控制和数据收发一体化模块12、测斜传感器13、X轴区控一体电机14、Y轴区控一体电机15、移动电源16和电源适配器17；GPS双天线1与定向GPS模块5连接，定向GPS模块5输出端与伺服控制和数据收发一体化模块12输入端连接，移动电源16通过电源适配器17与伺服控制和数据收发一体化模块12连接，测斜传感器13输出端与伺服控制和数据收发一体化模块12输入端连接，伺服控制和数据收发一体化模块12分别与X轴区控一体电机14、Y轴区控一体电机15、X频段下变频器10和X频段上变频功率放大器11连接，伺服控制和数据收发一体化模块12输出端分别与第一射频开关8和第二射频开关9连接，伺服控制和数据收发一体化模块12用于为各部分电路供电以及进行遥测、遥控、数传信号的数据收发处理；X频段天线和馈源模块2输出端分别与第一双工器3输入端和第二双工器4输入端连接，第一双工器3输出端通过第一X低噪放大器6与第一射频开关8输入端连接，第二双工器4输出端通过第二X低噪放大器7与第一射频开关8输入端连接，第一射频开关8输出端与X频段下变频器10输入端连接，X频段上变频功率放大器11输出端与第二射频开关9输入端连接，第二射频开关9输出端分别与第一双工器3输入端和第二双工器4输入端连接。

具体的，X频段天线和馈源模块2主要完成X频段卫星遥测信号、数传信号的接收、遥控信号的发射，与第一双工器3通过左旋接口连接，与第二双工器4通过右旋接口连接。

GPS双天线1与定向GPS模块5分两部分配合使用，完成天线的指北校对，并提供GPS时间，将指向信息和时间信息发送到伺服控制和数据收发一体化模块12中。

第一双工器3和第二双工器4两个双工器完成接收和发射的隔离。

第一X低噪放大器6和第二X低噪放大器7主要用于完成接收信号的低噪声放大。

第一射频开关8和第二射频开关9分别完成接收信号和发射信号的左右旋选择切换。

X频段上变频功率放大器11将1.2G中频遥控信号上变频至X频段，并进行功率放大。

X频段下变频器10将X频段遥测信号或数传信号下变频至中频1.2G。

测斜传感器13主要用于便携终端的倾角测量。

X轴区控一体电机14包括电机、驱动器、编码器、减速机，完成天线X轴的实时高精度指向驱动。

Y轴区控一体电机15包括电机、驱动器、编码器、减速机，完成天线Y轴的实时高精度指向驱动。

具体的，减速机为高精度减速电机。

伺服控制和数据收发一体化模块12该模块是便携式卫星测控数传一体化终端的核心，主要完成各部分的供电、控制以及遥测、遥控、数传信号的数据收发及处理。

移动电源16采用通用的大功率户外移动电源，为整个系统提供220V电源。

电源适配器17将220V变换至直流28V供系统使用。

电脑端18用于完成系统的上位机控制，遥感数据实时处理。

进一步的，如图2所示，伺服控制和数据收发一体化模块12包括控制电路19、驱动控制器20、驱动电路21和电源变换电路22，电源变换电路22分别与控制电路19、驱动控制器20和驱动电路21连接，控制电路19与驱动控制器20连接，驱动控制器20输出端与驱动电路21连接，驱动电路21输出端与控制电路19输入端连接。

具体的，如图3所示，电源变换电路22包括电源转换芯片D18、第一极性电容C49、第二极性电容C50、第一二极管V20和第一电阻L1；电源转换芯片D18输入端与第一极性电容C49正极连接，电源转换芯片D18的输出端分别与第一电阻L1的一端和第一二极管V20的负极连接，第一电阻L1另一端与第二极性电容C50正极连接，第一极性电容C49负极、第二极性电容C50负极和第一二极管V20正极接地。

进一步的，如图4所示，驱动控制器20包括驱动控制芯片U1、第三极性电容C1、第一电容C2、第二电容CP、第三电容CBOOT、第二二极管D1、第三二极管D2和第二电阻RP，驱动控制芯片U1的电源端引脚与第三极性电容C1正极、第一电容C2一端、第三电容CBOOT一端和第二二极管D1正极连接，第二二极管D1负极与第三二极管D2正极和第二电阻RP一端连接，第二电阻RP另一端与第二电容CP一端连接，第三二极管D2负极与第三电容CBOOT另一端连接。

进一步的，如图5所示，驱动电路21包括六路驱动单元，每路驱动单元包括驱动芯片D19、第四二极管V35、第四电容C35、第五电容C34、第四极性电容C33、第三电阻R97和第四电阻R98；驱动芯片D19浮置电源电压端引脚与第四二极管V35负极、第四电容C35一端、第五电容C34一端和第四极性电容C33正极连接，驱动芯片D19逻辑输出端引脚与第三电阻R97一端连接，驱动芯片D19低端输出引脚与第四电阻R98一端连接。

可选的，如图6所示，控制电路19采用8051F12型号的芯片。

可选的，电源转换芯片D18采用LM7805芯片型号。

可选的，驱动控制芯片U1采用L6207型号的芯片。

可选的，驱动芯片D19采用IRS2013型号的芯片。

如图7所示，为便于安装、拆卸、运输，整个系统进行分组模块化设计，其中主机集成了第一双工器、第二双工器、定向GPS模块、第一X低噪放大器、第二X低噪放大器、第一射频开关、第二射频开关、X频段下变频器、X频段上变频功率放大器、伺服控制和数据收发一体化模块、测斜传感器、X轴区控一体电机和Y轴区控一体电机；将GPS双天线插入到X频段天线和馈源模块上，再将X频段天线和馈源模块通过螺纹安装到主机上，再接入电源，将主机插入到支撑架上，方便省力的快速完成安装，简单便捷。

如图8所示，本发明的工作过程为：

S1:完成设备的安装连接。

S2:设备启动自检。

S3:设备进行智能调整，使其调整到正确的状态，具体为调平和指北操作。

S4:设备在启动自检的同时，会于外部通信下达任务，并于卫星进行通信连接。

S5:设备准备完成，即调整完成。

S6：在与卫星取得通信连接后计算卫星轨道。

S7：执行测控任务和数传任务。

S8:数据处理传输到电脑端。

S9:结束撤收。

与现有技术相比，本发明相对于现有技术具有以下有益效果：

1、高度集成，重量轻，体积小，便于携带，可快速安装。

2、集遥测、遥控、数传数据的一体化，传输效率高。

3、高数据率，在卫星EIRP的配合下，1.2米口径便携站可接收40Mbps数传数据。

4、融合伺服控制、系统控制、遥测、遥控和数传等多种功能于一体，方便实用。

便携式卫星测控数传一体化终端采用系统顶层设计，降低天线重量，系统实时调平指北，使用驱控一体化电机，高精度减速机，以及伺服控制、遥测遥控、数传接收、站控管理等的一体化设计等技术的应用，随时移动获取遥感卫星数据更加全面精准。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

本领域技术人员不难理解，本发明包括上述说明书的发明内容和具体实施方式分以及附图所示出的各部分的任意组合，限于篇幅并为使说明书简明而没有将这些组合构成的各方案一一描述。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：包括GPS双天线、X频段天线和馈源模块、第一双工器、第二双工器、定向GPS模块、第一X低噪放大器、第二X低噪放大器、第一射频开关、第二射频开关、X频段下变频器、X频段上变频功率放大器、伺服控制和数据收发一体化模块、测斜传感器、X轴区控一体电机、Y轴区控一体电机、移动电源和电源适配器；所述GPS双天线与所述定向GPS模块连接，所述定向GPS模块输出端与所述伺服控制和数据收发一体化模块输入端连接，所述移动电源通过所述电源适配器与所述伺服控制和数据收发一体化模块连接，所述测斜传感器输出端与所述所述伺服控制和数据收发一体化模块输入端连接，所述伺服控制和数据收发一体化模块分别与所述X轴区控一体电机、所述Y轴区控一体电机、所述X频段下变频器和所述X频段上变频功率放大器连接，所述伺服控制和数据收发一体化模块输出端分别与所述第一射频开关和所述第二射频开关连接，所述伺服控制和数据收发一体化模块用于为各部分电路供电以及进行遥测、遥控、数传信号的数据收发处理；所述X频段天线和馈源模块输出端分别与所述第一双工器输入端和所述第二双工器输入端连接，所述第一双工器输出端通过所述第一X低噪放大器与所述第一射频开关输入端连接，所述第二双工器输出端通过所述第二X低噪放大器与所述第一射频开关输入端连接，所述第一射频开关输出端与所述X频段下变频器输入端连接，所述X频段上变频功率放大器输出端与所述第二射频开关输入端连接，所述第二射频开关输出端分别与所述第一双工器输入端和所述第二双工器输入端连接；

所述伺服控制和数据收发一体化模块包括控制电路、驱动控制器、驱动电路和电源变换电路，所述电源变换电路分别与所述控制电路、所述驱动控制器和所述驱动电路连接，所述控制电路与所述驱动控制器连接，所述驱动控制器输出端与所述驱动电路连接，所述驱动电路输出端与所述控制电路输入端连接；

所述驱动控制器包括驱动控制芯片、第三极性电容、第一电容、第二电容、第三电容、第二二极管、第三二极管和第二电阻，所述驱动控制芯片的电源端引脚与所述第三极性电容正极、所述第一电容一端、所述第三电容一端和所述第二二极管正极连接，所述第二二极管负极与所述第三二极管正极和所述第二电阻一端连接，所述第二电阻另一端与所述第二电容一端连接，所述第三二极管负极与所述第三电容另一端连接。

2.如权利要求1所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述电源变换电路包括电源转换芯片、第一极性电容、第二极性电容、第一二极管和第一电阻；所述电源转换芯片输入端与所述第一极性电容正极连接，所述电源转换芯片的输出端与所述第一电阻的一端和所述第一二极管的负极连接，所述第一电阻另一端与所述第二极性电容正极连接，所述第一极性电容负极、所述第二极性电容负极和所述第一二极管正极接地。

3.如权利要求1所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：驱动电路包括六路驱动单元，每路所述驱动单元包括驱动芯片、第四二极管、第四电容、第五电容、第四极性电容、第三电阻和第四电阻；所述驱动芯片浮置电源电压端引脚与所述第四二极管负极、所述第四电容一端、所述第五电容一端和所述第四极性电容正极连接，所述驱动芯片逻

辑输出端引脚与所述第三电阻一端连接，所述驱动芯片低端输出引脚与所述第四电阻一端连接。

4.如权利要求1所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述控制电路采用8051F12型号的芯片。

5.如权利要求2所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述电源转换芯片采用LM7805芯片型号。

6.如权利要求1所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述驱动控制芯片采用L6207型号的芯片。

7.如权利要求3所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述驱动芯片采用IRS2013型号的芯片。

8.如权利要求1所述的一种便携式卫星测控数传一体化终端，其特征在于：所述X轴区控一体电机包括电机、驱动器、编码器和减速机，所述X轴区控一体电机用于天线X轴的实时高精度指向驱动；所述Y轴区控一体电机包括电机、驱动器、编码器和减速机，所述Y轴区控一体电机用于天线Y轴的实时高精度指向驱动。