CN215344552U - 一种便携式弹箭遥测地面站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种便携式弹箭遥测地面站，包括高增益定向天线、遥测数据接收装置、与遥测数据接收装置连接的数据接收处理解析平台，遥测数据接收装置包括电源转换模块一、配置处理信息的基带总模块、与基带总模块连接的射频前端总模块，基带总模块通过电源转换模块一接入电源；所述基带总模块包括FPGA模块、射频收发模块、与FPGA模块连接扩展外接端口的接口模块，射频收发模块通过用于放大信号的射频前端总模块连接高增益定向天线。本实用新型所述的基带总模块通过采用可编程逻辑器件FPGA模块和捷变频收发器的射频收发模块配合，不需要外部分立器件搭建，并通过射频前端总模块连接天线稳定放大传输信号，节省设计空间、降低功耗和成本。

Description

一种便携式弹箭遥测地面站

技术领域

本实用新型属于弹箭遥测地面站领域，尤其是涉及一种便携式弹箭遥测地面站。

背景技术

随着我国国防事业和商业航天的发展，火箭和导弹型号层出不穷，测试任务越来越繁重，离不开遥测地面站的使用。为了保证弹箭型号的可靠性，其需要遥测地面站遥测的参数和采样速率都在不断的增加，测试的项目也越来越多，数据量也越来越大，增加了对数据监测和解析的难度。

传统遥测地面站大都有分立器件设计而成，设计比较复杂，体积较大、因笨重而不便于携带。另外，设备功耗较高，需要外部配备发电设备才能使其工作，缺乏外场灵活性，分立器件级连造成误差较大，设备可靠性降低。一旦出现故障，除造成成本损失外，还可能造成发射任务失败。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种便携式弹箭遥测地面站，以基带总模块通过采用可编程逻辑器件FPGA模块和捷变频收发器的射频收发模块配合，不需要外部分立器件搭建，并通过射频前端总模块连接天线稳定放大传输信号，节省了设计空间、降低了功耗和成本。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种便携式弹箭遥测地面站，包括高增益定向天线、与高增益定向天线连接的遥测数据接收装置、与遥测数据接收装置连接的数据接收处理解析平台，所述遥测数据接收装置包括电源转换模块一、用于配置处理信息的基带总模块、与基带总模块连接的射频前端总模块，所述基带总模块通过电源转换模块一接入电源；

所述基带总模块包括FPGA模块、与FPGA模块连接的射频收发模块、与 FPGA模块连接用于扩展外接端口的接口模块，所述射频收发模块通过用于放大信号的射频前端总模块连接高增益定向天线。

进一步的，基带总模块还包括时钟模块、存储模块、加解密模块、电源转换模块二，所述FPGA模块、射频收发模块、接口模块、时钟模块、存储模块、加解密模块均与电源转换模块二输出端连接，所述电源转换模块二输入端与电源转换模块一输出端连接；

所述存储模块、加解密模块均与FPGA模块连接；

所述时钟模块包括温补晶振和时钟分配器，所述射频收发模块和FPGA 模块均与时钟分配器连接连接，所述时钟分配器与温补晶振连接。

进一步的，所述基带总模块对外设置有网络接口与通信接口，所述网络接口与通信接口的防水等级均为IP68。

进一步的，所述接口模块一端与FPGA模块连接，另一端设置对外端口，所述对外端口包括网络接口和通信接口，所述通信接口包括RS232、RS422 和RS485；所述网络接口与通信接口的防水等级均为IP68；

所述FPGA模块与射频收发模块通过SMP连接器连接；

所述FPGA内设有GTP BANK，所述GTP BANK通过PCIE M2.0端口与硬盘 SSD进行可拆卸连接。

进一步的，所述射频前端总模块包括接收模块、接收模块、放大输出模块，

所述放大输出模块输入端为TX_IN端口，输出端口为TX1，输入端到输出端之间依次连接有滤波器A、增益放大器A、滤波器B；

所述接收模块一输出端为RX_A端口，输入端RX1端口，输出端到输入端之间依次连接有限幅器A、滤波器C、低噪声放大器A、阻抗匹配器A、低噪声放大器B、滤波器D；

所述接收模块二输出端为RX_B端口，输入端为RX2端口，所述输出端与输入端之间依次连接有限幅器B、滤波器E、低噪声放大器C、阻抗匹配器 B、低噪声放大器F、滤波器F。

进一步的，所述射频前端总模块包括接收模块一、接收模块二、放大输出模块；

所述基带总模块中的射频收发模块设置有RX[1:0]端口和TX端口，所述 RX[1:0]端口包括RX[0]端口和RX[1]端口，所述电源装换模块二输出端还与射频收发模块TX端口连接；

所述接收模块一的RX_A端口与RX[0]端口连接，所述接收模块二的RX_B 端口与RX[1]端口连接，所述放大输出模块的TX_IN端口与TX端口连接，并分别从其连接的端口线中取得电源。

进一步的，所述射频前端总模块的对外端口为RX_1端口、RX_2端口、 TX_1端口，所述RX_1、RX_2、TX_1端口均接外部天线；

所述RX_1端口与RX_2端口配合为分集接收模式，或RX_1端口与RX_2 端口选通一路为单接收模式。

进一步的，所述电源转换模块一包括开关切换模块、EMI滤波器一、EMI 滤波器二、隔离DC-DC模块、隔离AC-DC模块、电源选择模块，所述开关切换模块输入端与电源连接，所述开关切换模块与电源选择模块之间通过支路一与支路二连接，所述支路一与支路二并联，所述支路一上依次串联有EMI 滤波器一和隔离DC-DC模块，所述支路二上一次串联有EMI滤波器二和隔离 AC-DC模块。

进一步的，所述数据接收处理解析平台通过千兆以太网线与遥测数据接收装置连接，并通过UDP或者RTP协议实时接收遥测数据；

所述数据接收处理解析平台包括实时处理软件、与实时处理软件连接的事后处理分析软件、用于展示遥测数据变化曲线的可视化图像界面，所述实时处理软件和事后处理分析软件均与视化图像界面连接。

相对于现有技术，本实用新型所述的一种便携式弹箭遥测地面站具有以下有益效果：

(1)本实用新型所述的基带总模块通过采用可编程逻辑器件FPGA模块和捷变频收发器的射频收发模块配合，不需要外部分立器件搭建，并通过射频前端总模块连接天线稳定放大传输信号，节省了设计空间、降低了功耗和成本。

(2)本实用新型所述的基带总模块最大程度的将主要功能只集中于 FPGA模块和射频收发模块实现，并通过设置射频收发模块，通过丰富的外围端口与外部连接，不仅提高了功能和指标，也降低了产品功耗，丰富了功能，扩展了应用。

(3)本实用新型所述的射频前端总模块设计滤波器选用小体积声表滤波器，并采用低噪声放大器和阻抗匹配器，使射频前端可以实现小体积、高功率、低噪声的指标。

(4)本实用新型所述的电源模块一与射频收发模块的TX端口连接，所述射频总模块的TX_IN端口与射频收发模块的TX端口配合连接，所述射频总模块可通过TX端口输送信号还可用于取电，节省供电接口，简化结构。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述的一种便携式弹箭遥测地面站流程图；

图2为本实用新型实施例所述的基带总模块简图；

图3为本实用新型实施例所述的基带总模块流程图；

图4为本实用新型实施例所述的基带总模块设计框图；

图5为本实用新型实施例所述的射频前端总模块端口结构示意图；

图6为本实用新型实施例所述的射频前端总模块流程图；

图7为本实用新型实施例所述的电源转换模块一流程图；

图8为本实用新型实施例所述的电源转换模块一电路图。

附图标记说明：

1-FPGA模块；11-电源；2-射频收发模块；21-TX_1端口；22-RX_1端口； 23-RX_2端口；3-接口模块；31-网络接口；32-通信接口

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

如图1-8所示，一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：包括高增益定向天线、与高增益定向天线连接的遥测数据接收装置、与遥测数据接收装置连接的数据接收处理解析平台，所述遥测数据接收装置包括电源转换模块一、用于配置处理信息的基带总模块、与基带总模块连接的射频前端总模块，所述基带总模块通过电源转换模块一接入电源11；

所述基带总模块包括FPGA模块1、与FPGA模块1连接的射频收发模块 2、与FPGA模块1连接用于扩展外接端口的接口模块3，所述射频收发模块 2通过用于放大信号的射频前端总模块连接高增益定向天线。

高增益定向天线功能主要接收需要频段内的无线信号，将其转化为电信号传输到遥测数据接收装置，因为弹箭的飞行距离往往较远且方向固定，所以采用定向天线对准目标可以保证在飞行距离内可靠的接收弹箭遥测信号；遥测数据接收装置主要实现将接收到的遥测信号进行解调、解密、解帧等处理，将数据通过网口或者数字端口发送到数据接收处理解析平台，同时也可接收数据处理解析平台的频点、速率、密钥等配置信息。

FPGA模块1为可编辑逻辑器件，是遥测地面站的核心组件，选用 XC7Z045-2FBG900,主要实现对遥测数据进行解调、解帧、解密、解码、分集接收、多符号检测、端口配置与存储等功能；

射频收发模块2选用亚德诺公司的捷变频收发器ADRV9009或AD9371、 AD9361等器件，实现对信号的采样滤波、下变频、AD/DA转换等功能，省去了分立混频器、AD转换电路、本振等器件，节省了设计空间和功耗。

所述电源11为输出直流18～36V的蓄电池或220V的室内交流电，采用蓄电池，提高便携性，采用交流电可室内取电，提高实用性。

如图1-8所示，基带总模块还包括时钟模块、存储模块、加解密模块、电源转换模块二，所述FPGA模块1、射频收发模块2、接口模块3、时钟模块、存储模块、加解密模块均与电源转换模块二输出端连接，所述电源转换模块二输入端与电源转换模块一输出端连接；

所述存储模块、加解密模块均与FPGA模块1连接；

所述时钟模块包括温补晶振和时钟分配器，所述射频收发模块2和FPGA 模块1均与时钟分配器连接连接，所述时钟分配器与温补晶振连接。

所述温补晶振选择EPSON公司的X1G003901009300，所述时钟分配器选择ADI公司的AD9528。

电源模块通过DCDC转换芯片、LDO转换芯片生成各个模块需要的电压；

加解密模块主要实现对解调后需要解密的数据进行解密，通过接口模块 33注入到FPGA模块1参数密钥，实现对数据解密功能。

如图1-8所示，所述基带总模块对外设置有网络接口31与通信接口32，所述网络接口31与通信接口32的防水等级均为IP68。

如图1-8所示，所述接口模块3一端与FPGA模块1连接，另一端设置对外端口，所述对外端口包括网络接口31和通信接口32，所述通信接口32 包括RS232、RS422和RS485；所述网络接口31与通信接口32的防水等级均为IP68；

所述FPGA模块1与射频收发模块2通过SMP连接器连接；

所述FPGA内设有GTP BANK，所述GTP BANK通过PCIE M2.0端口与硬盘 SSD进行可拆卸连接。

接口模块3选用美满公司的88E1512网口芯片和亚德诺公司的多协议端口芯片LTC2872，所述88E1512可以配置为10M/100M/1000M多速率以太网，所述亚德诺公司的多协议端口芯片LTC2872可通过FPGA模块1配置为 RS232、RS422和RS485，满足多种场合对端口的需求，简化电路设计。

存储模块主要实现程序存储、参数存储、解调数据存储功能，解调数据通过FPGA的GTP BANK通过PCIE M2.0端口实现SSD的挂载，方便拆卸读取；

基带总模块借助于软件无线电的思想和各种算法的数字电路实现，最大程度的将主要功能只集中于FPGA模块1和射频收发模块2实现，通过丰富的外围端口与外部连接，不仅提高了功能和指标，也降低了产品功耗，丰富了功能，扩展了应用。

如图1-8所示，所述射频前端总模块包括接收模块、接收模块、放大输出模块，所述放大输出模块输入端为TX_IN端口，输出端口为TX1，输入端到输出端之间依次连接有滤波器A、增益放大器A、滤波器B；

所述接收模块一输出端为RX_A端口，输入端RX1端口，输出端到输入端之间依次连接有限幅器A、滤波器C、低噪声放大器A、阻抗匹配器A、低噪声放大器B、滤波器D；

所述接收模块二输出端为RX_B端口，输入端为RX2端口，所述输出端与输入端之间依次连接有限幅器B、滤波器E、低噪声放大器C、阻抗匹配器 B、低噪声放大器F、滤波器F。

射频前端总模块设计的滤波器选用小体积声表滤波器，采用低噪声放大器和阻抗匹配器设计，使射频前端总模块可以实现小体积、高功率、低噪声的指标。

如图1-8所示，所述射频前端总模块包括接收模块一、接收模块二、放大输出模块；

所述基带总模块中的射频收发模块2设置有RX[1:0]端口和TX端口，所述RX[1:0]端口包括RX[0]端口和RX[1]端口，所述电源装换模块二输出端还与射频收发模块2TX端口连接；

所述接收模块一的RX_A端口与RX[0]端口连接，所述接收模块二的RX_B 端口与RX[1]端口连接，所述放大输出模块的TX_IN端口与TX端口连接，并分别从其连接的端口线中取得电源。

所述射频前端总模块可放大信号，所述放大输出模块的TX_IN端口与TX 端口连接，所述电源装换模块二输出端还与射频收发模块2TX端口连接，所述放大输出模块的TX_IN端口既可以通过TX端口获得信号，还可以从TX端口取电；节省供电端口，简化电路结构。

如图1-8所示，所述射频前端总模块的对外端口为RX_1端口22、RX_2 端口23、TX_1端口21，所述RX_1、RX_2、TX_1端口21均接外部天线；

所述RX_1端口22与RX_2端口23配合为分集接收模式，或RX_1端口 22与RX_2端口23选通一路为单接收模式。

所述TX_1端口21主要用来实现产品测试和校准功能。

如图1-8所示，所述电源转换模块一包括开关切换模块、EMI滤波器一、EMI滤波器二、隔离DC-DC模块、隔离AC-DC模块、电源选择模块，所述开关切换模块输入端与电源连接，所述开关切换模块与电源选择模块之间通过支路一与支路二连接，所述支路一与支路二并联，所述支路一上依次串联有 EMI滤波器一和隔离DC-DC模块，所述支路二上一次串联有EMI滤波器二和隔离AC-DC模块。

电源转换模块主要支持直流18～36V输入或者交流220V输入，经电源转换模块生成基带总模块和射频前端总模块所需电压，这样携带电池即可完成外场作业任务，也可室内接220V交流作业，无需外场再携带发电设备。

开关切换模块采用TE公司的164P3DR2，主要实现外部直流供电和交流供电的选择，外部直流电池供电将开关切换至EMI滤波器,交流供电将开关切换至EMI滤波器；EMI滤波器和EMI滤波器主要实现抑制共模和差模干扰，防止辐射和传导电磁噪声；

隔离DC-DC模块和隔离AC-DC分别选用SYNQOR公司的IQ18120SMC04NRS 和AQ0300IU12EA，主要实现将外部直流和交流供电降压，满足射频前端和基带部分需求电压；

电源选择模块选择LTC4355，主要实直流供电输出和交流供电输出的自动切换，防止两者相互干扰，保证设备工作的可靠性。

如图1-8所示，所述数据接收处理解析平台通过千兆以太网线与遥测数据接收装置连接，并通过UDP或者RTP协议实时接收遥测数据；

所述数据接收处理解析平台包括实时处理软件、与实时处理软件连接的事后处理分析软件、用于展示遥测数据变化曲线的可视化图像界面，所述实时处理软件和事后处理分析软件均与视化图像界面连接。

所述数据接收处理解析平台通过千兆以太网线与遥测数据接收装置连接，通过UDP或者RTP协议实时接收遥测数据，并按照规定协议对数据进行解析处理，具备对遥测数据接收装置进行频点、码率、帧长等参数配置功能、实时曲线显示功能、实时数字量显示功能、数据存储等功能。

所述可视化图像界面为显示器，所述实时处理软件和事后处理分析软件基于现有技术QT平台研发，可跨平台使用；

事后处理分析软件主要基于实时处理软件存储数据进行事后分析，对数据进行提取，生成曲线显示，曲线图可多幅图像显示或单幅图像同时显示多条曲线功能，具有可同时拉伸、放大、缩小等功能；

数据接收处理解析平台通过可视化图像界面方式，由实时和事后处理软件对遥测数据进行分析，操作方便快捷、图形显示直观形象，同时可配置性适用于各种测试任务。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：包括高增益定向天线、与高增益定向天线连接的遥测数据接收装置、与遥测数据接收装置连接的数据接收处理解析平台，所述遥测数据接收装置包括电源转换模块一、用于配置处理信息的基带总模块、与基带总模块连接的射频前端总模块，所述基带总模块通过电源转换模块一接入电源(11)；

所述基带总模块包括FPGA模块(1)、与FPGA模块(1)连接的射频收发模块(2)、与FPGA模块(1)连接用于扩展外接端口的接口模块(3)，所述射频收发模块(2)通过用于放大信号的射频前端总模块连接高增益定向天线。

2.根据权利要求1所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：基带总模块还包括时钟模块、存储模块、加解密模块、电源转换模块二，所述FPGA模块(1)、射频收发模块(2)、接口模块(3)、时钟模块、存储模块、加解密模块均与电源转换模块二输出端连接，所述电源转换模块二输入端与电源转换模块一输出端连接；

所述存储模块、加解密模块均与FPGA模块(1)连接；

所述时钟模块包括温补晶振和时钟分配器，所述射频收发模块(2)和FPGA模块(1)均与时钟分配器连接连接，所述时钟分配器与温补晶振连接。

3.根据权利要求2所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述基带总模块对外设置有网络接口(31)与通信接口(32)，所述网络接口(31)与通信接口(32)的防水等级均为IP68。

4.根据权利要求3所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述接口模块(3)一端与FPGA模块(1)连接，另一端设置对外端口，所述对外端口包括网络接口(31)和通信接口(32)，所述通信接口(32)包括RS232、RS422和RS485；所述网络接口(31)与通信接口(32)的防水等级均为IP68；

所述FPGA模块(1)与射频收发模块(2)通过SMP连接器连接；

所述FPGA内设有GTP BANK，所述GTP BANK通过PCIE M2.0端口与硬盘SSD进行可拆卸连接。

5.根据权利要求1所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述射频前端总模块包括接收模块、接收模块、放大输出模块，

所述放大输出模块输入端为TX_IN端口，输出端口为TX1，输入端到输出端之间依次连接有滤波器A、增益放大器A、滤波器B；

所述接收模块一输出端为RX_A端口，输入端RX1端口，输出端到输入端之间依次连接有限幅器A、滤波器C、低噪声放大器A、阻抗匹配器A、低噪声放大器B、滤波器D；

所述接收模块二输出端为RX_B端口，输入端为RX2端口，所述输出端与输入端之间依次连接有限幅器B、滤波器E、低噪声放大器C、阻抗匹配器B、低噪声放大器F、滤波器F。

6.根据权利要求5所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述射频前端总模块包括接收模块一、接收模块二、放大输出模块；

所述基带总模块中的射频收发模块(2)设置有RX[1:0]端口和TX端口，所述RX[1:0]端口包括RX[0]端口和RX[1]端口，所述电源装换模块二输出端还与射频收发模块(2)TX端口连接；

所述接收模块一的RX_A端口与RX[0]端口连接，所述接收模块二的RX_B端口与RX[1]端口连接，所述放大输出模块的TX_IN端口与TX端口连接，并分别从其连接的端口线中取得电源。

7.根据权利要求5所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述射频前端总模块的对外端口为RX_1端口(22)、RX_2端口(23)、TX_1端口(21)，所述RX_1、RX_2、TX_1端口(21)均接外部天线；

所述RX_1端口(22)与RX_2端口(23)配合为分集接收模式，或RX_1端口(22)与RX_2端口(23)选通一路为单接收模式。

8.根据权利要求1所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述电源转换模块一包括开关切换模块、EMI滤波器一、EMI滤波器二、隔离DC-DC模块、隔离AC-DC模块、电源选择模块，所述开关切换模块输入端与电源连接，所述开关切换模块与电源选择模块之间通过支路一与支路二连接，所述支路一与支路二并联，所述支路一上依次串联有EMI滤波器一和隔离DC-DC模块，所述支路二上一次串联有EMI滤波器二和隔离AC-DC模块。

9.根据权利要求1所述的一种便携式弹箭遥测地面站，其特征在于：所述数据接收处理解析平台通过千兆以太网线与遥测数据接收装置连接，并通过UDP或者RTP协议实时接收遥测数据；

所述数据接收处理解析平台包括实时处理软件、与实时处理软件连接的事后处理分析软件、用于展示遥测数据变化曲线的可视化图像界面，所述实时处理软件和事后处理分析软件均与视化图像界面连接。

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