CN214205519U - 一种天基物联网数据采集模组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天基物联网数据采集模组，包括基带电路、射频收发机、DCS收发天线、检测电路、控制电路、存储器、供电电路以及对外接口，其特征在于：基带电路包括信号处理器FPGA、高速ADC、高速DAC、多通道I2C ADC、I2C DAC、存储器、时钟电路以及供电电路；DCS收发天线接收卫星下发的射频信号和发射模组放大后的射频信号；射频收发机包括射频接收机、射频发射机，射频接收机将DCS收发天线接收到的卫星信号，通过滤波器或双工器进行放大、变频，然后经过高速ADC输出中频信号到信号处理单元FPGA等，该采集模组与外部控制器采用UART串口形式，外部控制器将采集到的数据进行组帧后发送至模组，降低模组处理器FPGA资源需求，从而降低模组的硬件成本。

Description

一种天基物联网数据采集模组

技术领域

本实用新型涉及一种地基物联网技术，尤其涉及一种天基物联网数据采集模组。

背景技术

卫星物联网首先是作为地基物联网的重要补充。卫星为地面物联网系统难以覆盖的区域提供稳定的接入服务，从而满足偏远地区、航空、航海等应用场景的物联网生态系统建设。此外，在地面通信系统基础设施遭到破坏时，由卫星提供临时性的通信服务，从而维系地基物联网系统的持续性运行卫星物联网作为卫星互联网的拓展与延伸，在新一代信息技术与商业市场的同步推进下应运而生。

目前卫星物联网更多的是基于GNSS+北斗短报文通信，很难实现多用户、高速率功能，不能满足日益增多的信息传输需求。公开号为CN208723897U，实用新型名称为“一种卫星数据采集装置”的实用新型设计了一种多用户卫星物联网装置，但在成本以及功耗设计上存在不足，终端布局成本较高。实用新型名称为“一种基于卫星物联网的车载卫星多模终端”的专利提出了一种基于车载的卫星物联网终端产品，设计基于车载应用，产品形态单一，无法实现多应用场景的灵活应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种天基物联网数据采集模组。

本实用新型的技术方案是一种天基物联网数据采集模组，包括基带电路、射频收发机、DCS收发天线、检测电路、控制电路、存储器、供电电路以及对外接口，其特征在于：

基带电路包括信号处理器FPGA、高速ADC、高速DAC、多通道I2C ADC、I2C DAC、存储器、时钟电路以及供电电路；

DCS收发天线接收卫星下发的射频信号和发射模组放大后的射频信号；射频收发机包括射频接收机、射频发射机，射频接收机将DCS收发天线接收到的卫星信号，通过滤波器或双工器进行放大、变频，然后经过高速ADC输出中频信号到信号处理单元FPGA；信号处理单元FPGA的数据信号经过高速DAC和射频发射机后进行变频放大，再经滤波器或双工器传输给DCS收发天线；检测电路经多通道I2C ADC与信号处理器FPGA相连；信号处理器FPGA经I2C DAC与控制电路相连；时钟电路与信号处理器FPGA相连；存储器与信号处理器FPGA相连；对外接口采用板对板连接器或者mini-PCIE接口；供电电路对天基物联网数据采集模组进行供电。

进一步地，对外接口包括UART串口、模组供电接口以及备用IO。

本实用新型的有益效果：

1.将卫星DCS通信进行硬件单元模块化，用户可通过简单的外部控制单元对模组进行通信控制，可支持不同应用场景的应用。

2.将卫星DCS通信软件进行模块化，通过规定的协议与外部控制单元进行通信，实现卫星DCS的灵活应用。

3.模组与外部控制器采用UART串口形式，外部控制器将采集到的数据进行组帧后发送至模组，降低模组处理器FPGA资源需求，从而降低模组的硬件成本。

附图说明

图1是本实用新型所述的天基物联网数据采集模组原理图；

图2是本实用新型所述的模组FPGA与外部控制器通信原理图。

具体实施方式

以下将结合附图1-2对本实用新型的技术方案进行详细说明。

如图1所示，该实施例提供了一种天基物联网数据采集模组，包括基带电路、射频收发机、DCS收发天线、检测电路、控制电路、存储器、时钟、供电电路以及对外接口。其中：

基带电路包括信号处理器FPGA以及高速ADC、高速DAC、多通道I2C ADC、I2C DAC、存储器、时钟电路以及供电电路；

基带电路主要用于处理特定协议下的数据；

基带电路能够将用户数据(DCS数据信息)编码调制；

基带电路解能够调接收到的卫星下发的DCS数据；

基带电路解能够计算分析功率电平、接收信噪比等；

基带电路解能够支持对射频收发机进行校准，如APC(Auto Power Control，发射机自动功率控制)、AGC(Auto Gain Control，接收机自动增益控制)、AFC(Auto FrequencyControl，自动频率控制)等校准。

DCS收发天线接收卫星下发的射频信号和发射模组放大后的射频信号。

射频收发机包括射频接收机、射频发射机以及天线滤波器，即滤波器或双工器。射频接收机将DCS收发天线接收到的卫星信号，通过滤波器或双工器进行放大、变频，然后经过高速ADC输出中频信号到信号处理单元；信号处理单元的数据信号经过高速DAC和射频发射机后进行变频放大，再经滤波器或双工器传输给DCS收发天线。

检测电路经多通道I2C ADC与信号处理器FPGA相连，用于完成接收电平大小检测、发射功率检测、温度检测等。

信号处理器FPGA经I2C DAC与控制电路相连，用于对射频收发机进行增益控制；执行控制命令，对射频收发机和供电电路等进行其他控制。

时钟电路与信号处理器FPGA相连，为信号处理单元、射频收发机等提供参考时钟信号。

存储器与信号处理器FPGA相连，用于存储模组程序、生产序列号、校准数据等。

对外接口采用板对板连接器或者mini-PCIE接口；

对外接口包括UART串口(与其他控制机进行交互)、模组供电接口以及备用IO等。

供电电路对天基物联网数据采集模组进行供电。

模组FPGA与外部控制器通信如图2所示，模组FPGA对接收信号进行解调、发射报文编码和模组系统监控，外部控制器对传感器数据组帧和工作任务调度控制。外部控制器接收到传感器数据时，对数据进行组帧，再通过UART串口采用规定的协议格式与模组FPGA进行交互，不在模组中进行组帧，降低模组FPGA对资源的需求，而降低硬件成本。

模组通过对外接口与外部电源以及外部控制器进行通信，支持不同控制器应用，如图1所示。

状态遥测功能：模组上电后，UART接收到控制命令时，执行相应操作，模组通过UART以一定时间间隔返回模组状态信息。

射频收发机校准流程：

步骤1、当收到外部控制器发送报文发送指令以及报文内容时，DCS接收天线接收当前卫星广播信号，通过滤波器或双工器抑制带外干扰信号后送往射频接收机；

步骤2、射频接收机将信号下变频至70MH中频信号送入高速ADC；

步骤3高速ADC对中频信号进行采样后送入FPGA；

步骤4、FPGA对接收信号载噪比进行分析，计算得到相应的RSSI即：接收信号强度指示，查询存储器中的校准列表，确定发射电平大小。

步骤5、FPGA将发射电平控制信号输出至I2C DAC，通过DAC将数字信号转换成模拟信号，再通过控制电路控制发射信号电平，同时，FPGA将报文内容进行编码，再通过高速DAC将信号转换成模拟信号，打开射频收发射机。将报文信息以无线射频形式进行发射。若模块接收功能禁止或接收变干扰而失效时，不存在RSSI值，此时发射机采用最大电平功率发射。

当收到外部控制器控制模组接收信号时会打开模组接收机，具体包括步骤：

步骤1、当收到外部控制器发送报文发送指令以及报文内容时，DCS接收天线接收当前卫星广播信号，通过滤波器或双工器抑制带外干扰信号后送往射频接收机；

步骤2、射频接收机将信号下变频至70MH中频信号送入高速ADC

步骤3、高速ADC对中频信号进行采样后送入FPGA；

步骤4、FPGA将解调后的数据通过UART串口送入外部控制器，外部控制器再对数据进行其他处理。并对模组进行工作任务调度。

以上对本实用新型所提供的模组进行了详细的介绍，但应理解的是，这些描述仅仅用具体的个例对原理以及实施方式进行阐述，并非用来限制本实用新型专利的应用。本实用新型的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本实用新型专利保护范围和精神下针对实用新型专利所做的各种变性，改革及等效方案。

Claims (2)

1.一种天基物联网数据采集模组，包括基带电路、射频收发机、DCS收发天线、检测电路、控制电路、存储器、供电电路以及对外接口，其特征在于：

基带电路包括信号处理器FPGA、高速ADC、高速DAC、多通道I2C ADC、I2C DAC、存储器、时钟电路以及供电电路；

DCS收发天线接收卫星下发的射频信号和发射模组放大后的射频信号；射频收发机包括射频接收机、射频发射机，射频接收机将DCS收发天线接收到的卫星信号，通过滤波器或双工器进行放大、变频，然后经过高速ADC输出中频信号到信号处理单元FPGA；信号处理单元FPGA的数据信号经过高速DAC和射频发射机后进行变频放大，再经滤波器或双工器传输给DCS收发天线；检测电路经多通道I2C ADC与信号处理器FPGA相连；信号处理器FPGA经I2CDAC与控制电路相连；时钟电路与信号处理器FPGA相连；存储器与信号处理器FPGA相连；对外接口采用板对板连接器或者mini-PCIE接口；供电电路对天基物联网数据采集模组进行供电。

2.根据权利要求1所述的天基物联网数据采集模组，其特征在于：对外接口包括UART串口、模组供电接口以及备用IO。

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