CN214205534U - 一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置及卫星 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置及卫星，该装置包括：基带处理单元中设置有两个对称的处理单元，两个处理单元的第一端口连接于交叉通道单元的接收中频网络，接收中频网络连接于测控接收天线；两个处理单元的第二端口连接于交叉通道单元的发射中频网络，发射中频网络连接于测控及广播天线；两个处理单元的第三端口连接于交叉通道单元的数传中频网络，数传中频网络连接于数传天线；天线单元至少包括测控接收天线和测控及广播天线，其中，接收中频网络、发射中频网络、数传中频网络、测控接收网络、测控发射网络、数传发射网络均为四端口网络。实现测控、数传和广播单元的融合设计，减少组件间外置连接接口，降低系统的设计难度。

Description

一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置及卫星

技术领域

本申请涉及卫星测控装置的技术领域，具体而言，涉及一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置以及一种卫星。

背景技术

卫星的测控单元主要功能与任务是与地面测控站配合建立双向通信链路，完成星地测控、测距、测速功能。测控应答机一方面接收地面测控站发射的卫星的上行信号(含遥控测量信号)，进行解调、帧同步后，将恢复出的数据输出上行数据帧，解析上行数据帧，得到遥控PCM数据、码钟和锁定信号送综合电子分系统。另一方面，还能够接收来自综合电子分系统的遥测PCM数据和码钟，按照规定的帧格式填入下行数据帧中并对下行数据帧经过调制后，通过下行信道实时向地面测控站发送。

卫星有时候需要实现广播功能，即将卫星需要外发给地面和其他卫星的数据广播出去。广播只发不收，此部分功能一般由一个广播单元实现，或者将广播单元和测控单元融合。

卫星的数传单元负责将卫星的业务数据发送给地面，如图片数据、报文数据、探测数据等，数传单元只发不收，数传速率一般较高，远远超过测控单元的通信速率。

上面介绍到的测控单元、广播单元和数传单元，都具有不同的频段，在卫星上，不同的频段与地面通信需要不同的天线和射频单元。而且每个单元出于高可靠的要求，都会做备份，主机和备份机一般称为AB机，所以需要设置2个测控单元、2个广播单元、2个数传单元。因此，传统的设计需要6套射频发射单元、6个发射DAC、6套发射天线。而且由于测控、广播、数传单元都需要和星务单元(即星务计算机)进行通信，因此也需要针对3个单元设计相应的软硬件接口，并且配备6套连接线。

如图1所示，传统测控AB机由测控网络、收发通道、测控基带三大单元组成。测控网络完成测控接收和发射天线同旋组阵的射频信号分配功能，收发通道完成接收信号的变频和发射信号功率放大功能。

综上所述，由于测控、数传、广播等单元不可以融合，而且在硬件角度上，星务单元与测控、广播、数传单元之间存在多种物理通信接口，因此，传统的卫星综合电子系统存在集成度低、内部组件连接单元多、功耗高、系统级备份程度低、成本高的缺点。卫星的测控、广播、数传三个单元需要更高的集成度。

发明内容

本申请的目的在于：采用一个基带实现测控数传广播信号处理功能，结合四端口网络，实现测控、数传、广播单元的集成设计，减少物理接口，降低硬件电路设计难度和生产成本。

本申请第一方面的技术方案是：提供了一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置，该装置包括：基带处理单元，交叉通道单元和天线单元；基带处理单元中设置有至少两个对称的处理单元，两个处理单元的第一端口连接于交叉通道单元的接收中频网络，接收中频网络连接于测控接收天线；两个处理单元的第二端口连接于交叉通道单元的发射中频网络，发射中频网络连接于测控及广播天线；天线单元至少包括测控接收天线和测控及广播天线，其中，接收中频网络和发射中频网络为四端口网络。

上述任一项技术方案中，进一步地，处理单元至少包括处理器、模数转换器DAC、数模转换器ADC；数模转换器ADC的输入端通过第一转换电路连接于处理单元的第一端口，数模转换器ADC的输出端连接于处理器的输入端，其中，第一转换电路为单端转差分电路；模数转换器DAC的输入端连接于处理器的输出端，模数转换器DAC的第一输出端通过第二转换电路连接于处理单元的第二端口，其中，第二转换电路为差分转单端电路。

上述任一项技术方案中，进一步地，模数转换器DAC的输出端为IQ输出端，IQ输出端中的I路输出端为模数转换器DAC的第一输出端，IQ输出端中的Q路输出端为模数转换器DAC的第二输出端，Q路输出端通过第三转换电路连接于处理单元的第三端口，第三端口连接于交叉通道单元的数传中频网络，数传中频网络连接于天线单元中的数传天线，其中，第三转换电路为差分转单端电路，数传中频网络为四端口网络。

上述任一项技术方案中，进一步地，交叉通道单元还包括：测控接收网络，测控发射网络；测控接收网络设置于接收中频网络与测控接收天线之间，测控接收网络通过并行的两条测控接收通道连接于接收中频网络；测控发射网络设置于发射中频网络与测控发射网络之间，测控发射网络通过并行的两条测控及广播发射通道连接于测控发射网络，其中，测控接收网络和测控发射网络为四端口网络。

上述任一项技术方案中，进一步地，交叉通道单元还包括：数传发射网络；数传发射网络设置于数传中频网络与数传发射网络之间，数传发射网络通过并行的两条数传发射通道连接于数传中频网络，其中，数传发射网络为四端口网络。

上述任一项技术方案中，进一步地，四端口网络包括串联的功分器与合路器。

上述任一项技术方案中，进一步地，处理单元还包括：存储单元；存储单元连接于处理器，以存储处理器中的数据。

上述任一项技术方案中，进一步地，处理单元还包括：供电单元；供电单元连接于处理单元的供电端，以对处理单元供电。

上述任一项技术方案中，进一步地，装置还包括：星务单元；星务单元电连接于交叉通道单元。

本申请第二方面的技术方案是：提供了一种卫星，卫星上设置有如第一方面技术方案中任一项的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，卫星用于通过卫星测控数传射频通道交叉备份装置与其他卫星和/或地面测控站进行无线数据传输。

本申请的有益效果是：

本申请中的技术方案，通过交叉备份的多体制融合硬件架构设计，实现了卫星系统中综合电子电路板的测控、数传和广播单元的融合设计，减少各个单元/组件间的外置物理连接接口和连接线路，降低了卫星系统整体的设计难度，提高了卫星系统整体的可靠性，降低综合电子电路的成本和热耗耗，从而提升产品的寿命。

附图说明

本申请的上述和/或附加方面的优点在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是根据本申请的一个实施例的测控AB机的示意框图；

图2是根据本申请的一个实施例的卫星测控数传射频通道交叉备份装置的示意框图；

图3是根据本申请的一个实施例的四端口网络的示意框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本申请的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本申请进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

在下面的描述中，阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图2所示，本实施例提供了一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置，该装置包括：基带处理单元10，交叉通道单元20和天线单元。基于此装置，卫星测控处理和星务处理基带可以实现融合处理，利于综合电子的测控和星务处理的小型化、低功耗；并且可以去掉传统方式星务板与测控处理板之间的CAN、RS422、遥测遥控PCM、RS485、LVDS、OC控制指令等接口信号的物理连接端口和连接线，提升综合电子的集成度。

在本实施例中，基带处理单元10中设置有至少两个对称的处理单元，两个处理单元的第一端口连接于交叉通道单元20的接收中频网络，接收中频网络连接于测控接收天线；两个处理单元的第二端口连接于交叉通道单元20的发射中频网络，发射中频网络连接于测控及广播天线。

本实施例使用一个基带处理单元10完成卫星的测控调制解调以及卫星的广播和卫星的数传调制功能，实现了测控和数传体制的融合，降低了系统的复杂度，提升系统的可靠度。

在本实施例中，示出一种处理单元的实现方式，处理单元至少包括处理器11、模数转换器DAC13、数模转换器ADC12；数模转换器ADC12的输入端通过第一转换电路14连接于处理单元的第一端口，数模转换器ADC12的输出端连接于处理器11的输入端，其中，第一转换电路14为单端转差分电路；模数转换器DAC13的输入端连接于处理器11的输出端，模数转换器DAC13的第一输出端通过第二转换电路15连接于处理单元的第二端口，其中，第二转换电路15为差分转单端电路。

本实施例中，处理器11可以为SOC芯片，也可以为集成芯片AD9361。

利用SOC芯片作为处理器11，结合模数转换器DAC13、数模转换器ADC12，组成测控数传融合基带处理的处理单元。该装置不再需要协议接口和数据接口，从物理层次上去除了相关接口，所有的处理全部在SOC芯片内部处理，集成度可以进一步提升，同时节省了成本。

进一步的，模数转换器DAC13的输出端为IQ输出端，IQ输出端中的I路输出端为模数转换器DAC13的第一输出端，IQ输出端中的Q路输出端为模数转换器DAC13的第二输出端，Q路输出端通过第三转换电路16连接于处理单元的第三端口，第三端口连接于交叉通道单元20的数传中频网络，数传中频网络连接于天线单元中的数传天线，其中，第三转换电路16为差分转单端电路，数传中频网络为四端口网络。

具体的，模数转换器DAC13的I路输出测控及广播分发的调制信号，Q路输出数传单元的调制信号，这样通过一个基带处理单元实现了三种体制信号调制处理。通过设置差分转单端电路，在信号发射时，一般先转化成IQ两路正交信号，I又分为I+和I-两个差分信号，Q又分为Q+和Q-两路差分信号，然后I+和I-通过差分转单端电路再合路成一个信号，然后Q+和Q-通过差分转单端电路再合路成一个信号，可以增加抗干扰能力。

本实施例中，通过设置具有IQ输出端的模数转换器DAC13，将传统结构中卫星的测控、广播和卫星的数传，由三个单机进行组合实现，解决了集成度低、内部组件连接单元多、功耗高、系统级备份程度低、成本高等缺点。

本实施例中的交叉通道单元20还包括：测控接收网络，测控发射网络；测控接收网络设置于接收中频网络与测控接收天线之间，测控接收网络通过并行的两条测控接收通道连接于接收中频网络；测控发射网络设置于发射中频网络与测控发射网络之间，测控发射网络通过并行的两条测控及广播发射通道连接于测控发射网络，其中，接收中频网络、发射中频网络、测控接收网络和测控发射网络均为四端口网络，如图3所示，四端口网络包括串联的功分器与合路器，利用四端口网络，将一路信号分开成两路，每个四端口网络对应两条并行的通道，以实现信号的交叉备份。

具体的，在测控接收网络与接收中频网络之间，采用交叉备份的方式设置两条并行的测控接收通道A和B，其中，测控接收网络采用传统的四端口网络连接测控接收天线Rx_A、Rx_B，与接收中频网络相配合，实现测控单元和测控接收通道的备份，也就是实现了测控基带、测控接收通道和测控接收天线的备份。通过此设计，只有两个处理单元和两个射频接收通道全部出现故障时，该装置的测控接收功能才会出现故障。

同样的，在测控发射网络与发射中频网络之间设置测控及广播发射通道A和B，其中，测控发射网络同样利用四端口网络连接测控及广播天线Tx_A、Tx_B，实现融合基带测控及广播发射可以同时进入相应的发射通道，从而提高系统的可靠度。

进一步的，交叉通道单元20还包括：数传发射网络；数传发射网络设置于数传中频网络与数传发射网络之间，数传发射网络通过并行的两条数传发射通道连接于数传中频网络，其中，数传发射网络为四端口网络。

具体的，数传发射通道仅需要对地功能，故对其进行独立处理，采用上述相似的交叉备份设计后，主备基带信号可以通过不同的射频发射单元进行信号传输。

本实施例通过分别设置两条测控接收通道A和B、测控及广播发射通道A和B、数传发射通道A和B，结合四端口网络、数模转换器ADC12，还能够实现测控和数传射频通道的交叉备份，为降低功耗的措施的实现提供基础，有助于提升整机可靠度并降低复杂度。

进一步的，处理单元还包括：存储单元17；存储单元17连接于处理器11，以存储处理器11中的数据。

为了便于对处理单元进行供电，处理单元还包括：供电单元18；供电单元18连接于处理单元的供电端，以对处理单元供电。

天线单元至少包括三组天线，分别为测控接收天线、测控及广播天线以及数传天线，每一组天线中均至少包括两个相应的天线，分别为：测控接收天线Rx_A、Rx_B，测控及广播天线Tx_A、Tx_B，数传天线Tx_A、Tx_B。

本实施例还示出了一种卫星，卫星上设置有如上述实施例中的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，卫星用于通过卫星测控数传射频通道交叉备份装置与其他卫星和/或地面测控站进行无线数据传输。

以上结合附图详细说明了本申请的技术方案，本申请提出了一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置及卫星，其中，该装置包括：基带处理单元，交叉通道单元和天线单元；基带处理单元中设置有两个对称的处理单元，两个处理单元的第一端口连接于交叉通道单元的接收中频网络，接收中频网络连接于测控接收天线；两个处理单元的第二端口连接于交叉通道单元的发射中频网络，发射中频网络连接于测控及广播天线；两个处理单元的第三端口连接于交叉通道单元的数传中频网络，数传中频网络连接于数传天线；天线单元至少包括测控接收天线和测控及广播天线，其中，接收中频网络、发射中频网络、数传中频网络、测控接收网络、测控发射网络、数传发射网络均为四端口网络。通过本申请中的技术方案，实现综合电子测控、数传和广播单元的融合设计，减少或去除组件间的外置连接接口，降低系统的设计难度，提高卫星系统整体的可靠性。

在本申请中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

附图中的各个部件的形状均是示意性的，不排除与其真实形状存在一定差异，附图仅用于对本申请的原理进行说明，并非意在对本申请进行限制。

尽管参考附图详地公开了本申请，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本申请的应用。本申请的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本申请保护范围和精神的情况下针对实用新型所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (10)

1.一种卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，该装置包括：基带处理单元(10)，交叉通道单元(20)和天线单元；

所述基带处理单元(10)中设置有至少两个对称的处理单元，

两个所述处理单元的第一端口连接于所述交叉通道单元(20)的接收中频网络，所述接收中频网络连接于测控接收天线；

两个所述处理单元的第二端口连接于所述交叉通道单元(20)的发射中频网络，所述发射中频网络连接于测控及广播天线；

所述天线单元至少包括所述测控接收天线和所述测控及广播天线，

其中，所述接收中频网络和所述发射中频网络为四端口网络。

2.如权利要求1所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述处理单元至少包括处理器(11)、模数转换器DAC(13)、数模转换器ADC(12)；

所述数模转换器ADC(12)的输入端通过第一转换电路(14)连接于所述处理单元的第一端口，所述数模转换器ADC(12)的输出端连接于所述处理器(11)的输入端，其中，所述第一转换电路(14)为单端转差分电路；

所述模数转换器DAC(13)的输入端连接于所述处理器(11)的输出端，所述模数转换器DAC(13)的第一输出端通过第二转换电路(15)连接于所述处理单元的第二端口，其中，所述第二转换电路(15)为差分转单端电路。

3.如权利要求2所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述模数转换器DAC(13)的输出端为IQ输出端，

所述IQ输出端中的I路输出端为所述模数转换器DAC(13)的第一输出端，所述IQ输出端中的Q路输出端为所述模数转换器DAC(13)的第二输出端，

所述Q路输出端通过第三转换电路(16)连接于所述处理单元的第三端口，所述第三端口连接于所述交叉通道单元(20)的数传中频网络，所述数传中频网络连接于所述天线单元中的数传天线，其中，所述第三转换电路(16)为差分转单端电路，所述数传中频网络为四端口网络。

4.如权利要求2所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述交叉通道单元(20)还包括：测控接收网络，测控发射网络；

所述测控接收网络设置于所述接收中频网络与所述测控接收天线之间，所述测控接收网络通过并行的两条测控接收通道连接于所述接收中频网络；

所述测控发射网络设置于所述发射中频网络与所述测控发射网络之间，所述测控发射网络通过并行的两条测控及广播发射通道连接于所述测控发射网络，其中，所述测控接收网络和所述测控发射网络为四端口网络。

5.如权利要求3所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述交叉通道单元(20)还包括：数传发射网络；

所述数传发射网络设置于所述数传中频网络与所述数传发射网络之间，所述数传发射网络通过并行的两条数传发射通道连接于所述数传中频网络，其中，所述数传发射网络为四端口网络。

6.如权利要求1所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述四端口网络包括串联的功分器与合路器。

7.如权利要求2所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述处理单元还包括：存储单元(17)；

所述存储单元(17)连接于所述处理器(11)，以存储所述处理器(11)中的数据。

8.如权利要求1至6中任一项所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述处理单元还包括：供电单元(18)；

所述供电单元(18)连接于所述处理单元的供电端，以对所述处理单元供电。

9.如权利要求1至6中任一项所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，其特征在于，所述装置还包括：星务单元；

所述星务单元电连接于所述交叉通道单元(20)。

10.一种卫星，其特征在于，所述卫星上设置有如权利要求1-9中任一项所述的卫星测控数传射频通道交叉备份装置，所述卫星用于通过所述卫星测控数传射频通道交叉备份装置与其他卫星和/或地面测控站进行无线数据传输。

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