本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种基于vpx架构的多模式卫星通信装置。
背景技术：
卫星通信具有通信体制多、通信业务复杂等特点，现有卫星通信装置往往支持单一的通信体制和通信业务，各种通信体制的通信装置之间具有兼容性差、重复度高、接口不匹配、可靠性低、体积大等缺点。
因此，设计和实现低成本、高可靠性、通用化、小型化的多模式卫星通信装置成为用户的迫切需求。
技术实现要素：
有鉴于此，本发明提出一种基于vpx架构的多模式卫星通信装置，其具有可靠性强，集成度高的特点，易于扩展，使用方便。
基于上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种基于vpx架构的多模式卫星通信装置，其特征在于，包括母板模块以及与母板模块相连的电源模块、无线安全模块、业务访控模块、td基带模块、fd基带模块、中频模块、保密机模块、广播业务模块和视频模块，所述母板模块用于实现各模块间的总线传输和高速数据互联，并提供对外接口；
其中，中频模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口连接，2脚通过母板模块与外部中频发接口连接；
视频模块的1脚通过母板模块与外部xga视频接口连接；
无线安全模块的1脚通过母板模块与外部ip数据接口连接；
广播业务模块的2脚通过母板模块与外部广播ip数据接口连接；
业务访控模块的9脚通过母板模块与外部模拟话音接口连接，8脚通过母板模块与外部天线射频监控接口连接，7脚通过母板模块与外部终端ip监控接口连接；
保密机模块的2脚通过母板模块与外部身份认证接口连接，3脚通过母板模块与外部身份认证接口连接，5脚通过母板模块与外部身份认证接口连接。
可选的，所述电源模块的1脚输出正5伏电压，2脚输出负5伏电压，3脚输出正3.3伏电压，1脚、2脚和3脚分别与各槽位的电源端连接；电源模块的4脚与外部电源接口连接。
可选的，所述业务访控模块的2脚分别与fd基带模块的3脚、td基带模块的3脚、无线安全模块的3脚以及保密机模块的6脚连接，并传输can2.0控制总线信息；
所述业务访控模块的1脚分别与fd基带模块的2脚、td基带模块的2脚、视频模块的3脚连接，并传输管理ip数据；
所述业务访控模块的4脚分别与fd基带模块的2脚、td基带模块的5脚、无线安全模块的2脚连接，并传输业务ip数据；
所述业务访控模块的5脚分别与fd基带模块的6脚、td基带模块的6脚连接，并传输话音同步数据；
所述业务访控模块的3脚分别与fd基带模块的4脚、td基带模块的4脚连接，并传输v.35同步数据；
所述业务访控模块的6脚与视频模块的2脚连接，并传输v.35同步数据；
所述业务访控模块的10脚与中频模块的3脚连接，并传输中频控制信号。
可选的，所述保密机模块的1脚与td基带模块的7脚连接，4脚与fd基带模块的7脚连接，并分别传输编译码同步数据。
可选的，所述中频模块的5脚与td基带模块的1脚连接，4脚与fd基带模块的1脚连接，并分别传输模拟基带信号；所述中频模块的6脚与td基带模块的9脚连接，7脚与fd基带模块的8脚连接，并分别传输中频控制时序。
可选的，所述td基带模块的8脚与广播业务模块的1脚连接，并传输广播udp数据。
可选的，所述中频模块由电源转换模块、spi接口以及1个模拟基带调制通道和4个模拟基带解调通道组成，模拟基带调制通道由频率源、第一频率综合器、第二频率综合器、第一跳频开关、第一分段滤波、调制器、第一数控衰减器和第一低通滤波器组成，模拟基带解调通道由频率源、第二数控衰减器、解调器、第二分段滤波、第三频率综合器、第二低通滤波器、运算放大器和第二跳频开关组成；
其中，频率源的1脚分别与第一低通滤波器的1脚、第一频率综合器的1脚以及第二频率综合器的1脚连接，第一频率综合器的2脚和第二频率综合器的2脚均与第一跳频开关的1脚连接，第一跳频开关的2脚与第一分段滤波的1脚连接，第一分段滤波的2脚与调制器的1脚连接，调制器的2脚与第一数控衰减器的1脚连接，调制器的3脚与td基带模块/fd基带模块的1脚连接，第一数控衰减器的2脚和第一低通滤波器的2脚均通过母板模块与外部中频发接口连接；频率源的1脚与第三频率综合器的1脚连接，第三频率综合器的2脚与第二分段滤波的1脚连接，第二分段滤波的2脚与解调器的1脚连接，解调器的2脚与第二数控衰减器的1脚连接，第二数控衰减器的1脚通过分合路器与外部中频收接口连接，解调器的3脚与第二低通滤波器的1脚连接，第二低通滤波器的2脚与运算放大器的1脚连接，运算放大器的2脚与跳频开关的1脚连接，第二跳频开关的2脚与td基带模块或fd基带模块的1脚连接，电源转换将正负5伏电压转换为中频模块各芯片所需电压，spi接口用于传输中频控制时序。
可选的，所述td基带模块由广播模式的a-tdm解调模块和tdma模式的调制解调模块组成，广播模式和tdma模式分时复用；所述a-tdm解调模块由ad转换模块、预处理模块、时钟处理模块、监控模块、超帧捕获与跟踪模块、信道均衡信噪比估计模块、子帧提取模块、子帧载波恢复模块、子帧软信息提取模块、ldpc译码模块、同步数据udp转换模块和解密模块组成；
其中，ad转换模块的1脚通过外部接口与中频模块的5脚连接，ad转换模块的2脚与预处理模块的1脚连接，预处理模块的2脚与超帧捕获与跟踪模块的1脚连接，预处理模块的3脚通过外部接口与中频模块的6脚连接，预处理模块的4脚与时钟处理模块的2脚连接，时钟处理模块的1脚通过外部接口与中频模块连接以获取时钟源，超帧捕获与跟踪模块的2脚与信道均衡信噪比估计模块的1脚连接，监控模块的1脚分别与预处理模块的5脚、超帧捕获与跟踪模块的3脚以及信道均衡信噪比估计模块的3脚连接从而传输信道带宽频率、信噪比和接收功率参数，信道均衡信噪比估计模块的2脚与子帧提取模块的1脚连接，子帧提取模块的2脚与子帧载波恢复模块的1脚连接，子帧载波恢复模块的2脚与子帧软信息提取模块的1脚连接，子帧软信息提取模块的2脚与ldpc译码模块的1脚连接，ldpc译码模块的2脚与解密模块的1脚连接，解密模块由保密机模块实现，解密模块的2脚与同步数据udp转换模块的1脚连接，同步数据udp转换模块的2脚用作外部接口。
可选的，所述广播业务模块由udp数据流业务类型识别模块、短消息显示模块、数据文件提取模块、视频数据转发模块以及ip协议转发模块组成；
其中，udp数据流业务类型识别模块的1脚用于接收udp数据，udp数据流业务类型识别模块的2脚分别与短消息显示模块的1脚、数据文件提取模块的1脚以及视频数据转发模块的1脚连接，ip协议转发模块的2脚、3脚和4脚分别与短消息显示模块的2脚、数据文件提取模块的2脚以及视频数据转发模块的2脚连接，ip协议转发模块的1脚通过外部接口输出ip数据业务。
可选的，所述业务访控模块由pcm转换模块、话音编解码模块、监控/业务数据集中管理模块、终端监控模块、管理网口交换模块和三层交换模块组成；
其中，pcm转换模块的1脚用于传输模拟话音信号，pcm转换模块的2脚与话音编解码模块的1脚连接；话音编解码模块的2脚与监控/业务数据集中管理模块的1脚连接；监控/业务数据集中管理模块的4脚用于传输视频v.35信号，6脚用于传输天线射频监控信号，2脚用于传输话音同步数据，3脚用于传输视频同步数据，5脚与终端监控模块连接以传输控制和状态信息；终端监控模块的2脚用于传输can监控信息，3脚与管理网口交换模块的1脚连接，4脚与三层交换模块的3脚连接以传输三层交换的控制和状态信息；管理网口交换模块的2脚用作与外部沟通的网络管理接口；三层交换模块的1脚和2脚分别与td基带模块和fd基带模块二者之一以及无线安全模块连接；终端监控实现各槽位模块的统一配置和管理。
从上面的叙述可以看出，本发明技术方案的有益效果在于：
1、本发明具有标准化、通用化、集成化、小型化的特点。本发明采用标准can2.0控制总线，通过业务访控模块对各个槽位模块进行统一配置管理，并采用ip数据总线，通过业务访控模块可对各槽位模块的管理ip数据和业务ip数据可在其上进行二层/三层交换、vlan隔离等数据处理。
2、本发明采用vpx高速母板模块传输高速编译码同步数据、中频控制数据、模拟基带信号、各个槽位板卡高速时钟源、各种类型的业务数据等，实现了对传统板卡各个功能单元（基带、中频、保密）的分解，单独形成硬件模块，将使终端在不同通信体制下各模块可运行相应的软件，极大提高了硬件平台的复用程度，从而实现了小型化和通用化。
3、本发明还对外提供了符合ieee802.3标准的管理网口、业务网口；支持符合标准的rs-422的监控串口、模拟四线和xga视频接口。内部采用符合vpx总线要求的插座构建各个模块，集成化、通用化程度高。
4、本发明采用标准atr外形结构，结构简单。单套装置平均故障间隔时间≥15000h，稳定可靠，成本低，可扩展性强，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例中多模式卫星通信装置的电路原理图。
图2是本发明实施例中中频模块的电原理图。
图3是本发明实施例中td基带模块的电原理图。
图4是本发明实施例中广播业务模块的电原理图。
图5是本发明实施例中业务访控模块的电原理图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员对本专利技术方案的理解，同时，为了使本专利的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，并使权利要求书的保护范围得到充分支持，下面以具体案例的形式对本专利的技术方案做出进一步的、更详细的说明。
如图1所示，一种基于vpx架构的多模式卫星通信装置，由母板模块、业务访控模块、电源模块、无线安全模块、td基带模块、fd基带模块、中频模块、保密机模块、广播业务模块、视频模块和一个标准1atr机箱组成。
其中，中频模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口a连接，a为n型同轴线缆接口，连接器型号为n/sma-kfkg；
中频模块的2脚通过母板模块与外部中频发接口b连接，b为tnc型同轴线缆接口，连接器型号为tnc/sma-kfkg；
视频模块的1脚通过母板模块与外部xga视频接口c连接，c为xga视频接口，连接器型号为j599/20wd35pa；
无线安全模块的1脚通过母板模块与外部ip数据接口d连接，d为接口为百兆网口，连接器型号j599/20wd35pn；
广播业务模块的2脚通过母板模块与外部广播ip数据接口e连接，e为接口为百兆网口，连接器型号j599/20wd35pn；
业务访控模块的9脚通过母板模块与外部模拟话音接口f连接，电话接口为四线平衡接口，连接器型号为j599/20wb98pn；业务访控模块的8脚通过母板模块与外部天线射频监控接口g连接，接口为rs422接口，连接器型号为j599/20wb05pn、j599/20wb05pa；业务访控模块的7脚通过母板模块与外部终端ip监控接口h连接,接口为百兆网口，连接器型号j599/20wd35pn；
保密机模块的2脚通过母板模块与外部身份认证接口i连接，3脚通过母板模块与外部身份认证接口j连接，5脚通过母板模块与外部身份认证接口k连接，i、j、k接口连接器均为yl11h20b/1007j；
电源模块的1脚输出+5v，2脚输出-5v，3脚输出+3.3v，分别与各槽位的电源端连接；电源模块的4脚与外部电源接口l连接，l接口连接器为j599/20wc04pn；
该例中，电源模块、无线安全模块、业务访控模块、td基带模块、fd基带模块、中频模块、保密机模块、广播业务模块、视频模块、高速母板模块均为6u或3u标准尺寸vpx板卡，插头插座连接器型号依次为1410189-3、1410187-3、j2157350-3、1-1469492-1、1-1469492-2、1-1469492-3、1-1469491-2、rt2-2111-0000、rt2-2132-0000。
本装置的安装结构如下：整机采用标准1atr机箱，256.3mm（宽度）*194mm（高度）*315mm（深度）（不含面板及把手、电连接器、减震架），机箱采用全封闭的铝板拼装结构形式，由前面板、后面板、盖板、底板、电路板安装架、机箱托架等组成，机箱前面板安装有中频收接口a、中频发接口b、xga视频接口航插c、外部ip数据接口航插d、外部广播ip数据接口航插e、模拟四线话音接口航插f、天线射频监控接口航插g、外部终端ip监控接口航插h、外部身份认证接口航插i、外部身份认证接口航插j、外部身份认证接口航插k、外部电源接口航插、接地柱、保险丝接口、电源指示灯等，整个装置组装而成。
上述实施例中，中频模块的1脚通过母板模块与外部中频收接口a连接，2脚通过母板模块与外部中频发接口b连接，用于发送和接收各个通信体制下的c中频信号以及为天线射频提供时钟源；视频模块的1脚通过母板模块与外部xga视频接口c连接，用于xga格式视频信号的发送与接收；无线安全模块的1脚通过母板模块与外部ip数据接口d连接，用于接收发送指控ip数据；广播业务模块的2脚通过母板模块与外部广播ip数据接口e连接，用于接收发送广播ip数据；业务访控模块的9脚通过母板模块与外部模拟话音接口f连接，用于发送和接收模拟四线话音数据，8脚通过母板模块与外部天线射频监控接口g连接，用于接收和发送r-422异步数据实现终端对天线射频的监控，7脚通过母板模块与外部终端ip监控接口h连接，用于嵌入式监控软件对终端各参数的设置查询；保密机模块的2脚通过母板模块与外部身份认证接口i连接，3脚通过母板模块与外部身份认证接口j连接，5脚通过母板模块与外部身份认证接口k连接，用于各通信体制保密机的身份认证。
电源模块的1脚提供+5v电压，2脚提供-5v电压，3脚提供+3.3v电压，各脚分别与各槽位模块的电源端连接；此外，电源模块的4脚还与外部电源接口连接，接收+23.8vdc～+30.8vdc供电。
业务访控模块的2脚与fd基带模块的3脚、td基带模块的3脚、无线安全模块的3脚、保密机模块的6脚连接，连接采用传输速率为250kbps的can2.0控制总线数据，用于实现各个槽位模块参数的设置与查询；
业务访控模块的1脚与fd基带模块的2脚、td基带模块的2脚、视频模块的3脚连接，用于管理和传输各个槽位的管理ip数据；
业务访控模块的4脚与fd基带模块的2脚、td基带模块的5脚、无线安全模块的2脚连接，传输业务ip数据，用于管理和传输各个槽位的业务ip数据；
业务访控模块的5脚与fd基带模块的6脚、td基带模块的6脚连接，用于传输话音同步数据，业务访控模块的3脚与fd基带模块的4脚、td基带模块的4脚连接，用于传输v.35同步数据，在td基带模块和fd基带模块中实现不同类型业务数据的复接；
业务访控模块的6脚与视频模块的2脚连接，传输v.35同步数据，在视频模块中实现v.35同步数据与模拟视频信号的转换；
业务访控模块的10脚与中频模块的3脚连接，传输中频控制信号，实现中频板卡的收发各通道在不同通信体制下的复用切换。
保密机模块的1脚与td基带模块的7脚连接，4脚与fd基带模块的7脚连接，用于传输编译码同步数据，在保密机模块中实现编译码同步数据的加密与解密；
中频模块的5脚与td基带模块的1脚连接，4脚与fd基带模块的1脚连接，传输模拟基带信号，用于各通信体制模拟基带信号的发送与接收；
中频模块的6脚与td基带模块的9脚连接，7脚与fd基带模块的8脚连接，传输中频控制时序，用于实现各通信体制基带板卡对中频板卡多个通道的频率合成器、数控衰减器、基带滤波器、跳频开关、调制信号收发开关等器件的配置和状态查询；
td基带模块的8脚与广播业务模块的1脚连接，传输广播udp数据，在广播业务模块中实现广播三种类型业务数据的提取和显示。
如图2所示，中频模块由1个模拟基带调制通道和4个模拟基带解调通道组成，各通道主要分为两大部分：本振和链路。
模拟基带调制通道由频率源、第一频率综合器、第二频率综合器、第一跳频开关、第一分段滤波、调制器、第一数控衰减器和第一低通滤波器组成，本振采用高精度频率源oxk40b-s-gt-n@100ma、频率综合器hmc833lp6ge、电子开关hmc349ms8ge等制作，链路采用正交调制器adl5375acpz、数控衰减器hmc625lp5e、hmc624lp4e等制作。模拟基带解调通道由频率源、第二数控衰减器、解调器、第二分段滤波、第三频率综合器、第二低通滤波器、运算放大器、第二跳频开关组成，本振采用高精度频率源oxk40b-s-gt-n@100ma、频率综合器hmc835lp6ge等制作，链路采用正交解调器adl5380、数控衰减器hmc625lp5e、hmc624lp4e、可编程低通滤波器adrf6510等制作。
如图3所示，td基带模块广播模式的a-tdm模块由ad转换模块、预处理模块、时钟处理模块、监控模块、超帧捕获与跟踪模块、信道均衡信噪比估计模块、子帧提取模块、子帧载波恢复模块、子帧软信息提取模块、ldpc译码模块、同步数据udp转换模块和解密模块组成。
ad转换模块对接口a1输入的模拟基带信号进行数字化采样，由ad9627制作；
时钟处理模块通过c1接口将中频模块提供的时钟源进行数字倍频分频生成所需频率，由ad9516-0（vco）、ad9952（dds）制作；
监控模块用于控制本机的信息速率、工作模式和调制方式等工作参数，并检测它的信噪比等工作状态，其作用就是通过这些控制和监测端口控制本机的正常工作，由单片机c8051f043平台和fpga芯片5agxmb3g4f35i5平台的两部分软件实现；
预处理模块实现收端波形匹配、数据agc等功能，其3脚与spi收中频控制接口b1连接。超帧捕获与跟踪模块实现扩频码的同步与超帧帧同步。信道均衡信噪比估计模块、子帧提取模块、子帧载波恢复模块、子帧软信息提取模块实现信道的均衡、扩频码的跟踪、数据解扩、高阶调制软信息提取等操作，输出广播通信体制接收能力范围之内的译码定长子帧，之后进行ldpc译码、数据解密以及同步数据udp转换产生udp数据流，udp数据流通过d1接口发送到广播业务模块进行业务解析。以上功能由基于fpga芯片5agxmb3g4f35i5平台的软件、phy芯片bcm5461sa1ipfg等实现。
如图4所示，广播业务模块由udp数据流业务类型识别模块（具有用于接收udp数据流的接口a2）、短消息显示模块、数据文件提取模块、视频数据转发模块、ip协议转发模块（具有输出接口b2）组成，实施例中功能是在一块标准3uvpx单板计算机上实现的。
如图5所示，业务访控模块由pcm转换模块、话音编解码模块、监控/业务数据集中管理模块、终端监控模块、管理网口交换模块、三层交换模块组成。pcm转换模块将模拟话音信号进行模数转换，并进行检号、振铃等电话呼叫流程，由w681310、ac48304c-c制作。话音编解码模块由数字信号处理器tms320vc5409制作。监控/业务数据集中管理模块由单片fpga芯片ep3c120f780i7n制作，其4脚连接用于传输v.35视频的接口a3，2脚连接用于传输话音同步数据的接口f3，3脚连接用于传输视频同步数据的接口e3。终端监控模块通过标准can2.0控制总线（通过接口b3连接）和ip数据管理总线实现对各个槽位模块进行统一配置管理，终端监控是由在nhpxa270c5c520平台上开发的嵌入式软件实现的，能够提供基于dreamweaver的web操作界面，使得对装置的操作更加灵活便捷。管理网口交换、三层交换实现各槽位模块的管理ip数据和业务ip数据的二层/三层交换、vlan隔离等数据处理，由交换芯片88e6083-bo-lgr1i000和powerpc芯片mpc8360cvvagdga制作，其中，三层交换模块的1脚和2脚分别连接用于传输ip数据的接口c3和d3。
总之，本发明采用基于vpx架构互联的spi接口、高速同步数据接口、标准can2.0控制总线和ip数据总线等接口，支持tdma、fdma、广播等多种卫星通信体制。整套装置集成于一个标准1atr机箱内，适用于地球站、机载、舰载、车载等各种复杂环境下的综合业务通信，具有标准化、通用化、集成化程度高、稳定可靠、成本低、操作便捷、可扩展能力强等优点，是对现有技术的一种重要改进。