微型卫星多码率多通道多体制通信方法
【专利摘要】本发明提供了一种微型卫星多码率多通道多体制测控系统，包括：双通道收发测控天线A、微波网络、USB测控应答机A、扩频测控应答机A、双通道收发测控天线B、USB测控应答机B、扩频测控应答机B、综合电子计算机；双通道收发测控天线A通过微波网络分别连接USB测控应答机A、扩频测控应答机A，USB测控应答机A、扩频测控应答机A均连接至综合电子计算机；双通道收发测控天线B分别连接USB测控应答机B、扩频测控应答机B，USB测控应答机B、扩频测控应答机B均连接至综合电子计算机。本发明对于微小卫星完成近地轨道飞行和通信控制有良好效果。
【专利说明】微型卫星多码率多通道多体制通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及低功耗、轻量化微小卫星对地通信技术，具体为一种可以用于近地不同轨道内，对地遥控、遥测、测距电子设备的系统设计技术。
【背景技术】
[0002]航天器在太空中工作时，需要地面进行遥控、遥测、测距等工作。要完成上述工作，航天器内应当配置有相应的系统。在现有地球大型卫星测控技术中，航天器的测控采用了固定码率，并且测控模式固定，成熟大型测控单机。即航天器测控分系统采用固定遥测码率工作，并且不进行数传数据的传输和控制。
[0003]随着航天技术的发展，单机不断小型化、轻量化和高性能化，需要开展微小型卫星的研制，完成从微小型卫星可靠性的测控。由于微小型卫星的各种条件限制，能够提供给测控电子设备的资源有限。因此，需要进行测控数传一体化设计、应答机和天线一体化设计、测控系统轻量化和低功耗设计，将极大地降低电子设备的资源需求，满足微小卫星对测控的特殊要求。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是实现微小卫星的轻量化、低功耗的测控功能，满足了微小卫星的全过程遥控、遥测、测距等要求，降低了测控设备的资源需求，提高航天器对地通信的可靠性。最终达到降低航天器研制成本、提高微小航天器总体可靠性等有益效果。
[0005]根据本发明提供的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，包括:双通道收发测控天线A、微波网络、USB测控应答机A、扩频测控应答机A、双通道收发测控天线B、USB测控应答机B、扩频测控应答机B、综合电子计算机；
[0006]双通道收发测控天线A通过微波网络分别连接USB测控应答机A、扩频测控应答机A，USB测控应答机A、扩频测控应答机A均通过CAN总线和IO控制线连接至综合电子计算机；
[0007]双通道收发测控天线B分别连接USB测控应答机B、扩频测控应答机B，USB测控应答机B、扩频测控应答机B均通过CAN总线和IO控制线连接至综合电子计算机。
[0008]优选地，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统的遥测码速率4k_64kbps多档可调，遥控码数率128bps_2kbps。
[0009]优选地，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统，上下行共有4路通道；USB测控应答机A、USB测控应答机B采样异频备份，扩频测控应答机A、扩频测控应答机B采样异频备份；同时，USB测控应答机A、扩频测控应答机A进行同频备份，USB测控应答机B、扩频测控应答机B进行同频备份。
[0010]优选地，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统的USB体制和扩频体制互为备份。[0011 ] 优选地，CAN总线具有通用化对外接口。
[0012]优选地，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统，接收地球站上行信号的灵敏度门限值优于-1lOdBm ;下行输出功率0.5W。
[0013]优选地，USB测控应答机A、扩频测控应答机A、USB测控应答机B、扩频测控应答机B，均为S波段的应答机。
[0014]优选地，双通道收发测控天线A、双通道收发测控天线B均包括上层微带板、下层微带板，上层微带板采用介电常数较大的板材，以产生一个高频谐振点，工作于接收频段；同时，下层微带板采用介电常数较小一些的介质板，以产生一个低频谐振点，工作于发射频段；并且双通道收发测控天线A、双通道收发测控天线B均通过在方形贴片上切角来形成两个幅度相等，相位相差90度的线极化波。
[0015]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0016]本发明涉及微小卫星多码率多通道多体制测控设计技术，包括:总体方案设计、系统配置、技术指标。本发明解决了微小卫星测控系统的高可靠问题、测控数传一体化问题、天线应答机一体化问题以及系统低功耗轻量化问题。本发明对于微小卫星完成近地轨道飞行和通信控制有良好效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0018]图1为本发明多码率多通道多体制测控设计总图；
[0019]图2为本发明天线设计图；
[0020]图3为本发明应答机设计图。
【具体实施方式】
[0021]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0022]为了达到上述发明目的，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种全新的设计技术，将各种测控资源充分优化和调整。测控分系统两台S波段USB应答机采样异频备份，两台S波段扩频应答机采样异频备份，同时USB应答机和扩频应答机进行同频备份，当S波段应答机主机工作时，备机接收机常开，备机发射机根据需要为冷备份或热备份。
[0023]该系统包括:S波段USB测控应答机、S波段扩频测控应答机、测控天线、微波网络和天线一体化测控应答机等设备组成。整个分系统配置宽波束全向天线、低增益发射天线的波束均为±90°、增益不小于_5dBi ;应答机接收上行信号功率门限优于-1lOdBm,输出功率不小于0.5W,重量不大于IOOg,功耗不大于6W。
[0024]具体地，图1为本发明提供的微型卫星多码率多通道多体制测控系统的示意图，该系统包括双通道收发天线、一体化测控天线、微波网络、USB应答机、扩频应答机和一体化应答机。在下文中将对这些部件是如何工作的进行说明。
[0025]从该图中可以看出，当地面测控站通过地面发射天线发射信号后，有4个通道可以接收上行数据，通过地面站发射的信号形式来区分采用哪路通道。上行有2个频点和USB和扩频体制形成4个通道。天线接收到的信号经由所述的接收单元传输到所述的应答机，所述的应答机再将信号传输到航天器中的计算机(如图1中的综合电子计算机)，由所述计算机做进一步的处理。所述应答机内部设置专门码率检测电路，能够检测出上行引导码速率，自动设置中频处理电路参数，适应不同上行信号的码率，完成信号的解调处理。经过上行射频通道的信号包括指令、注数、测距。
[0026]从该图中可以看出，航天器中的计算机(如图1中的综合电子计算机)所要发送的信息通过CAN总线传输到应答机，所述应答机将信号输出到天线；经过下行射频通道发射的信号的类型有多种，可以是遥测用的信号，科学数据，转发的测距音等。并由于微小卫星的能源供应有限、质量有限，为节约能源，所述应答机设计中采用了多码率设计，较好地解决了这个问题。
[0027]在图2中给出了测控天线设计示意图，采用收发隔离技术。由两层微带板、金属底座及SMA接头等组成。上层微带板采用介电常数较大的板材，可使得天线产生一个高频谐振点，工作于接收频段；同时，下层微带板采用介电常数较小一些的介质板，就可产生一个低频谐振点，工作于发射频段。通过在方形贴片上切角来形成两个幅度相等，相位相差90度的线极化波。同时，改变切角的大小可以调节天线在两个极化方向的分量，从而更好形成圆极化。
[0028]在图3中给出了测控应答机设计示意图，采用软件无线电设计和单片模块设计方法。测控应答机的测控射频模块接收端模拟部分完成信号下变频、滤波、放大和自动增益控制后，中频处理模块ADC采样中频信号，由FPGA在数字域进行处理，实现载波、时钟的跟踪和恢复，并进行数据管理。测控射频模块发射端由采样锁相环、相位调制器和乘法器组成，实现遥测数据调制。
[0029]以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
【权利要求】
1.一种微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，包括:双通道收发测控天线A、微波网络、USB测控应答机A、扩频测控应答机A、双通道收发测控天线B、USB测控应答机B、扩频测控应答机B、综合电子计算机； 双通道收发测控天线A通过微波网络分别连接USB测控应答机A、扩频测控应答机A，USB测控应答机A、扩频测控应答机A均通过CAN总线和IO控制线连接至综合电子计算机； 双通道收发测控天线B分别连接USB测控应答机B、扩频测控应答机B，USB测控应答机B、扩频测控应答机B均通过CAN总线和IO控制线连接至综合电子计算机。
2.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统的遥测码速率4k-64kbps多档可调，遥控码数率128bps_2kbps。
3.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统，上下行共有4路通道;USB测控应答机A、USB测控应答机B采样异频备份，扩频测控应答机A、扩频测控应答机B采样异频备份；同时，USB测控应答机A、扩频测控应答机A进行同频备份，USB测控应答机B、扩频测控应答机B进行同频备份。
4.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统的USB体制和扩频体制互为备份。
5.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，CAN总线具有通用化对外接口。
6.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，所述微型卫星多码率多通道多体制测控系统，接收地球站上行信号的灵敏度门限值优于-1lOdBm ;下行输出功率0.5W。
7.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，USB测控应答机A、扩频测控应答机A、USB测控应答机B、扩频测控应答机B，均为S波段的应答机。
8.根据权利要求1所述的微型卫星多码率多通道多体制测控系统，其特征在于，双通道收发测控天线A、双通道收发测控天线B均包括上层微带板、下层微带板，上层微带板采用介电常数较大的板材，以产生一个高频谐振点，工作于接收频段；同时，下层微带板采用介电常数较小一些的介质板，以产生一个低频谐振点，工作于发射频段；并且双通道收发测控天线A、双通道收发测控天线B均通过在方形贴片上切角来形成两个幅度相等，相位相差90度的线极化波。
【文档编号】H04B7/185GK103731195SQ201310705674
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】张伟, 侯建文, 李金岳, 刘正全, 邹兴 申请人:上海卫星工程研究所