专利名称：一种用于卫星测控的仿真usb中频应答机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星测控应答机，具体而言是一种用于统一 S波段(“统一 S波 段”即Unified S-Band，以下简称“USB”)测控系统的中频仿真数字化应答机。
背景技术：
随着航天事业的发展，高轨卫星、同步卫星、航天飞船等航天器的测控系统要 求作用距离远、精度高、功能多、可靠性高，而分离测控体制下航天器载设备复杂，相 互间干扰严重，作用距离有限，不能满足新的测控要求。在此背景下，提出了将跟踪测 轨、遥测和遥控合为一体的统一载波测控系统。所谓统一载波测控系统，是指利用一个载波调制若干个测控信号，以完成跟踪 测轨、遥测、遥控、通信等多种功能的综合无线电测控系统。与分离测控体制相比， 统一载波测控体制具有一个载波同时多种测控任务的特点，可以缓解靶场射频拥挤的状 况，也简化了地面设备的操作、维护和使用，简化了航天器载设备，并可以避免分离设 备带来的电磁兼容问题。我国目前建立了完善的C波段统一载波测控系统(UCB)，为适应载人航天事 业的发展，又建立了 USB航天测控通信网。我国的统一 S波段测控系统主要采用以 BPSK-PM为基础的线性调相频分多路体制。一直以来，国内的USB应答机均大量采用 模拟和分立元件实现，存在设备结构松散、资源重复、接口复杂，调试和维护困难，体 积、功耗大等缺点。针对上述问题，为提高USB测控系统的性能，设计一种数字化中频应答机具有
重要意义。
发明内容
1、目的本发明的目的是提供一种用于卫星测控的仿真USB中频应答机，该应答机克服 了现有技术的不足，能够完成对中频接收信号的接收解调、提供遥控副载波信号，对遥 测副载波信号和测距信号进行调制转发。2、技术方案如图1所示，本发明“一种用于卫星测控的仿真USB中频应答机”由6部分组 成，包括前端模数转换器10、数字下变频模块20、载波同步模块30、解调滤波模块 40、转发调制模块50和输出模数转换器60，按照一定的流程完成对中频接收信号的接收 解调、提供遥控副载波信号，对遥测副载波信号和测距信号进行调制转发。前端模数转 换器10和输出模数转换器60使用现成的产品；数字下变频模块20、载波同步模块30、 解调滤波模块40和转发调制模块50在现场可编程门阵列(“现场可编程门阵列”以下 简称“FPGA” )中实现。它们之间的连接关系和信号走向是前端模数转换器10的输 出信号进入到数字下变频模块20进行处理，数字下变频模块20的输出信号进入载波同步模块30进行处理，载波同步模块30的输出信号进入到解调滤波模块40进行处理，解调 滤波模块40得到的一路输出信号即为本应答机的遥控副载波输出，另一路信号为测距信 号，测距信号进入到转发调制模块50进行处理，转发调制模块50的输出信号进入到数模 转换器60，数模转换器60的输出即为应答机的中频输出信号。所述的前端模数转换器10以恒定的采样率将调理后的USB中频模拟信号变换成 数字信号，前端模数转换器10采用现成的产品即可。所述的数字下变频模块20包括下变频数控振荡器(“数控振荡器”以下简 称“NCO”)21即下变频NCO 21、同相支路乘法器22、正交支路乘法器23、同相支路 降采样滤波器24、正交支路降采样滤波器25、同相支路低通滤波器26和正交支路低通滤 波器27。所述的下变频NCO 21使用直接数字频率合成(“直接数字频率合成”以下 简称“DDS” )算法实现，负责产生和输入信号标称载波频率相同的两路本地载波，两 路本地载波信号的相位相差90° ；前端模数转换器10的输出和下变频NCO 21输出的两 路本地载波作为同相支路乘法器22和正交支路乘法器23的输入。同相支路乘法器22和 正交支路乘法器23作为下变频乘法器利用FPGA中的IP核实现，通过计算输入数字中频 信号与本地载波相乘的结果，将输入信号的频谱向下搬移；同相支路乘法器22的输出信 号进入同相支路降采样滤波器24，正交支路乘法器23的输出信号进入正交支路降采样滤 波器25。同相支路降采样滤波器24和正交支路降采样滤波器25由抽取倍数可程控的级 联积分梳状(“级联积分梳状”以下简称“CIC”)滤波器实现；降采样滤波器24和降 采样滤波器25采用相同的结构和参数配置，按照输入中频信号的带宽进行采样率变换， 以便于后续信号处理的实现；同相支路降采样滤波器24的输出信号进入同相支路低通滤 波器26，正交支路降采样滤波器25的输出信号进入正交支路低通滤波器27。同相支路 低通滤波器26和正交支路低通滤波器27由有限冲击响应(“有限冲击响应”以下简称
“FIR”)滤波器实现；低通滤波器26和低通滤波器27采用相同的结构和参数配置，负 责对降采样后的信号进行低通滤波，进一步滤出信号中的噪声，将基带信号中的噪声功 率降到更低。同相支路低通滤波器26和正交支路低通滤波器27的输出信号作为载波同 步模块30的输入信号。所述的载波同步模块30包括复数乘法器31、载波同步NCO 32、扫频控制单元 33、锁定检测单元34和环路滤波器35。复数乘法器31由FPGA的IP核实现，负责将 数字下变频模块20输出的正交数据和载波同步NCO 32输出的本地载波相乘，消除残余 的载波分量；复数乘法器31输出的实部(同相支路)和虚部(正交支路)分别连接到锁 定检测单元34、环路滤波器35，并作为载波同步模块30的输出信号连接到解调滤波模块 40。锁定检测单元34通过检测复数乘法器31输出的同相、正交支路信号的能量并与门 限值进行比较来判定载波环路的锁定状态，将锁定状态信号输出至扫频控制单元33。扫 频控制单元33，作用是辅助环路捕获输入的中频信号，根据锁定检测单元34输出的锁定 状态信号改变扫频频率控制字当环路处于锁定状态时，扫频频率控制字保持不变，当 环路失锁时，扫频频率控制字在应答机的频偏范围内循环变化；输出的扫频频率控制字 连接至载波同步NCO 32。环路滤波器35，主要作用是滤除误差信号中的高频分量，并为 锁相环路提供一个短期的记忆，当环路由于瞬时噪声而失锁时，可确保环路迅速重新捕 获信号；环路滤波器35使用理想一阶滤波器，结构如图2所示，由两个支路——直通支路和积分支路——组成，直通支路含有一个直通支路放大器100，将输入信号放大指定的 倍数，积分支路由积分支路放大器101、积分支路加法器102和积分支路延时单元103组 成；环路滤波器35的输入信号同时进入直通支路和积分支路，输入通过积分支路放大器 101放大后和经过积分支路延时单元103延时后的结果相加，相加后的结果一方面作为积 分支路延时单元103的输入，另一方面作为积分支路的输出，和直通支路的输出通过环 路滤波器加法器104相加，两个支路相加后的结果作为载波同步模块环路滤波器35的输 出；载波同步模块环路滤波器35的输出作为载波同步NCO 32的输入。载波同步NCO 32，使用DDS算法实现，其固定频率输出为零；扫频控制单元33和环路滤波器35的输 出作为载波同步NCO 32的调节输入端；载波同步NCO 32输出的本地载波信号进入复数 乘法器31与载波同步模块30的输入信号相乘。所述的解调滤波模块40包括PM信号解调器41、遥控副载波滤波器42和测距 信号滤波器组43。PM信号解调器41，使用坐标旋转数字计算机(“坐标旋转数字计算 机”以下简称“CORDIC” )算法实现，负责解调从载波同步模块送来的正交相位调制信 号；解调后的复合相位信号同时送到遥控副载波滤波器42和测距信号滤波器组43进行处 理。遥控副载波滤波器42，作用是在复合相位信号中滤出遥控副载波信号，结构如图3 所示；选频NCO 200产生与遥控副载波标称频率一致的正、余弦信号并分别通过同相支 路乘法器201和正交支路乘法器202与输入信号相乘，将解调后的复合相位信号频谱下变 频至零，得到同相、正交两个零中频遥控副载波支路信号；同相支路信号进入降采样率 滤波器203降低采样频率，之后进入同相支路低通滤波器205，低通滤波后的信号进入升 采样率滤波器207;正交支路信号进入降采样滤波器204降低采样频率，之后进入正交支 路低通滤波器206，低通滤波后的信号进入升采样率滤波器208 ；升采样率滤波器207和 升采样率滤波器208的输出信号分别作为一路复信号实部和虚部输入到复数乘法器209， 与选频NCO 200产生的本地载波复信号相乘，以将滤波后的信号恢复至副载波频率。遥 控副载波滤波器42的输出信号作为本仿真USB中频应答机的遥控信号输出。测距信号 滤波器组43，功能是在复合相位信号中滤出测距音信号，由一组结构相同的滤波器组成 (滤波器的个数由具体的测距音体制决定)，每个滤波器的结构均如图3所示，信号流程 与遥控副载波滤波器42相同，每个滤波其中的选频NCO 200的频率配置为相应测距音 的频率，同时同相支路低通滤波器205、正交支路低通滤波器206的通带可设置为较低宽 度。测距信号滤波器组43的输出信号作为解调滤波模块40的测距音输出信号送至转发 调制模块50处理。所述的转发调制模块50包括相位合成器51、相位调制器52和频差补偿单元 53。从外部输入本仿真USB中频应答机的遥测信号与从解调滤波模块40输入本模块的 转发测距信号共同输入到相位合成器51中，经过调制系数修正和加法操作生成复合相位 信号输出至相位调制器52。相位调制器52的作用是将复合相位信号调制到载波信号上； 调制过程通过查表实现，相位查找表由正弦表、余弦表两部分组成，分别从正弦表和余 弦表中查表产生调制信号的实部和虚部；相位调制器52输出的复调制信号送至频差补偿 单元53处理。频差补偿单元53，功能是在相干转发模式下补偿输入中频信号的多普勒频 移。频差补偿处理受外部“转发模式选择”信号控制当应答机工作在非相干转发模式 时，不进行多普勒频差补偿；当应答机工作在相干转发模式时，需要按照固定转发比补偿多普勒频差。频差补偿单元53的输出信号作为转发调制模块50的数字中频调制信号 送至输出模数转换器60。所述的输出模数转换器60将调制后的数字中频信号转换为模拟信号，该模拟信 号作为本仿真USB中频应答机的中频输出信号；输出模数转换器60采用现成的产品即可。3、效果及优点本发明的效果和优点在于(1)本仿真USB中频应答机的设计结构将下变频、采样率变换、相位解调从载 波同步过程中分离，相比传统解调结构而言，反馈支路短、延迟少，系统更稳定；同时 各部分相互独立，便于仿真分析、设计实现和硬件调试；(2)对测距音组进行窄带滤波，可提高测距音的信噪比，有利于提高测距精 度；(3)遥控副载波滤波器和测距音滤波器组高度复用，降低了设计复杂度；该种 滤波器结构，便于实现通带很窄的带通滤波效果，并可以通过在线配置参数方便实现多 种测距音体制的兼容。
图1所示为本发明仿真USB中频应答机的结构示意图；图2所示为本发明中环路滤波器的结构示意图；图3所示为本发明中遥控副载波滤波器和测距音滤波器的结构示意图。图中符号说明如下10 前端模数转换器；20 数字下变频模块；30 载波同步模块；40 解调 滤波模块；50 转发调制模块；60 输出模数转换器；21 下变频NCO ； 22 同相支路乘法器；23 正交支路乘法器；24 同相支 路降采样滤波器；25:正交支路降采样滤波器；26:同相支路低通滤波器；27:正交 支路低通滤波器。31:复数乘法器；32:载波同步NCO; 33扫频控制单元；34:锁定检测单 元；35 :环路滤波器。41 PM信号解调器；42 遥控副载波滤波器；43 测距信号滤波器组。51 相位合成器；52 相位调制器；53 频差补偿单元。100直通支路放大器；101:积分支路放大器；102:积分支路加法器； 103 积分支路延时单元；104 环路滤波器加法器200 选频NCO; 201 同相支路乘法器；202:正交支路乘法器；203:同相 支路降采样滤波器；204:正交支路降采样滤波器；205:同相支路低通滤波器；206: 正交支路低通滤波器；207 同相支路升采样滤波器；208 正交支路升采样滤波器；209 复数乘法 器具体实施例方式如图1所示，本发明“一种用于卫星测控的仿真USB中频应答机”由6部分组 成，包括前端模数转换器10、数字下变频模块20、载波同步模块30、解调滤波模块 40、转发调制模块50和输出模数转换器60，按照一定的流程完成对中频接收信号的接收 解调、提供遥控副载波信号，对遥测副载波信号和测距信号进行调制转发。前端模数转 换器10和输出模数转换器60使用现成的产品；数字下变频模块20、载波同步模块30、 解调滤波模块40和转发调制模块50在现场可编程门阵列(FPGA)中实现。它们之间的 连接关系和信号走向是前端模数转换器10的输出信号进入到数字下变频模块20进行处 理，数字下变频模块20的输出信号进入载波同步模块30进行处理，载波同步模块30的 输出信号进入到解调滤波模块40进行处理，解调滤波模块40得到的一路输出信号即为本 应答机的遥控副载波输出，另一路信号为测距信号，测距信号进入到转发调制模块50进 行处理，转发调制模块50的输出信号进入到数模转换器60，数模转换器60的输出即为应 答机的中频输出信号。所述的前端模数转换器10以恒定的采样率将调理后的USB中频模拟信号变换成 数字信号，前端模数转换器10采用现成的产品即可。所述的数字下变频模块20包括下变频NCO 21、同相支路乘法器22、正交支路 乘法器23、同相支路降采样滤波器24、正交支路降采样滤波器25、同相支路低通滤波器 26和正交支路低通滤波器27。所述的下变频NCO 21使用直接数字频率合成(DDS)算 法实现，负责产生和输入信号标称载波频率相同的两路本地载波，两路本地载波信号的 相位相差90° ；前端模数转换器10的输出和下变频NCO 21输出的两路本地载波作为同 相支路乘法器22和正交支路乘法器23的输入。同相支路乘法器22和正交支路乘法器23 作为下变频乘法器利用FPGA中的IP核实现，通过计算输入数字中频信号与本地载波相 乘的结果，将输入信号的频谱向下搬移；同相支路乘法器22的输出信号进入同相支路降 采样滤波器24，正交支路乘法器23的输出信号进入正交支路降采样滤波器25。同相支 路降采样滤波器24和正交支路降采样滤波器25由抽取倍数可程控的级联积分梳状(CIC) 滤波器实现，降采样滤波器24和降采样滤波器25采用相同的结构和参数配置，按照输入 中频信号的带宽进行采样率变换，以便于后续信号处理的实现；同相支路降采样滤波器 24的输出信号进入同相支路低通滤波器26，正交支路降采样滤波器25的输出信号进入正 交支路低通滤波器27。同相支路低通滤波器26和正交支路低通滤波器27由有限冲击响 应(FIR)滤波器实现，低通滤波器26和低通滤波器27采用相同的结构和参数配置，负责 对降采样后的信号进行低通滤波，进一步滤出信号中的噪声，将基带信号中的噪声功率 降到更低。同相支路低通滤波器26和正交支路低通滤波器27的输出信号作为载波同步 模块30的输入信号。所述的载波同步模块30包括复数乘法器31、载波同步NCO 32、扫频控制单元 33、锁定检测单元34和环路滤波器35。复数乘法器31由FPGA的IP核实现，负责将 数字下变频模块20输出的正交数据和载波同步NCO 32输出的本地载波相乘，消除残余 的载波分量；复数乘法器31输出的实部(同相支路)和虚部(正交支路)分别连接到锁 定检测单元34、环路滤波器35，并作为载波同步模块30的输出信号连接到解调滤波模块 40。锁定检测单元34通过检测复数乘法器31输出的同相、正交支路信号的能量并与门限值进行比较来判定载波环路的锁定状态，将锁定状态信号输出至扫频控制单元33。扫 频控制单元33，作用是辅助环路捕获输入的中频信号，根据锁定检测单元34输出的锁定 状态信号改变扫频频率控制字当环路处于锁定状态时，扫频频率控制字保持不变，当 环路失锁时，扫频频率控制字在应答机的频偏范围内循环变化；输出的扫频频率控制字 连接至载波同步NCO 32。环路滤波器35，主要作用是滤除误差信号中的高频分量，并为 锁相环路提供一个短期的记忆，当环路由于瞬时噪声而失锁时，可确保环路迅速重新捕 获信号；环路滤波器35使用理想一阶滤波器，结构如图2所示，由两个支路——直通支 路和积分支路——组成，直通支路含有一个直通支路放大器100，将输入信号放大指定的 倍数，积分支路由积分支路放大器101、积分支路加法器102和积分支路延时单元103组 成；环路滤波器35的输入信号同时进入直通支路和积分支路，输入通过积分支路放大器 101放大后和经过积分支路延时单元103延时后的结果相加，相加后的结果一方面作为积 分支路延时单元103的输入，另一方面作为积分支路的输出，和直通支路的输出通过环 路滤波器加法器104相加，两个支路相加后的结果作为载波同步模块环路滤波器35的输 出；载波同步模块环路滤波器35的输出作为载波同步NCO 32的输入。载波同步NCO 32，使用DDS算法实现，其固定频率输出为零；扫频控制单元33和环路滤波器35的输 出作为载波同步NCO 32的调节输入端，载波同步NCO 32输出的本地载波信号进入复数 乘法器31与载波同步模块30的的和输入信号相乘。所述的解调滤波模块40包括PM信号解调器41、遥控副载波滤波器42和测距信 号滤波器组43。PM信号解调器41，使用坐标旋转数字计算机(CORDIC)算法实现，负 责解调从载波同步模块送来的正交相位调制信号；解调后的复合相位信号同时送到遥控 副载波滤波器42和测距信号滤波器组43进行处理。遥控副载波滤波器42，作用是在复合 相位信号中滤出遥控副载波信号，结构如图3所示；选频NCO 200产生与遥控副载波标 称频率一致的正、余弦信号并分别通过同相支路乘法器201和正交支路乘法器202与输入 信号相乘，将解调后的复合相位信号频谱下变频至零，得到同相、正交两个零中频遥控 副载波支路信号；同相支路信号进入降采样率滤波器203降低采样频率，之后进入同相 支路低通滤波器205，低通滤波后的信号进入升采样率滤波器207;正交支路信号进入降 采样滤波器204降低采样频率，之后进入正交支路低通滤波器206，低通滤波后的信号进 入升采样率滤波器208 ；升采样率滤波器207和升采样率滤波器208的输出信号分别作为 一路复信号实部和虚部输入到复数乘法器209，与选频NCO 200产生的本地载波复信号相 乘，以将滤波后的信号恢复至副载波频率。遥控副载波滤波器42的输出信号作为本仿真 USB中频应答机的遥控信号输出。测距信号滤波器组43，功能是在复合相位信号中滤出 测距音信号，由一组结构相同的滤波器组成(滤波器的个数由具体的测距音体制决定)， 每个滤波器的结构均如图3所示，信号流程与遥控副载波滤波器42相同，每个滤波其中 的选频NCO 200的频率配置为相应测距音的频率，同时同相支路低通滤波器205、正交支 路低通滤波器206的通带可设置为较低宽度。测距信号滤波器组43的输出信号作为解调 滤波模块40的测距音输出信号送至转发调制模块50处理。所述的转发调制模块50包括相位合成器51、相位调制器52和频差补偿单元 53。从外部输入本仿真USB中频应答机的遥测信号与从解调滤波模块40输入本模块的 转发测距信号共同输入到相位合成器51中，经过调制系数修正和加法操作生成复合相位信号输出至相位调制器52。相位调制器52的作用是将复合相位信号调制到载波信号上； 调制过程通过查表实现，相位查找表由正弦表、余弦表两部分组成，分别从正弦表和余 弦表中查表产生调制信号的实部和虚部；相位调制器52输出的复调制信号送至频差补偿 单元53处理。频差补偿单元53，功能是在相干转发模式下补偿输入中频信号的多普勒频 移。频差补偿处理受外部“转发模式选择”信号控制当应答机工作在非相干转发模式 时，不进行多普勒频差补偿；当应答机工作在相干转发模式时，需要按照固定转发比补 偿多普勒频差。频差补偿单元53的输出信号作为转发调制模块50的数字中频调制信号 送至输出模数转换器60。所述的输出模数转换器60将调制后的数字中频信号转换为模拟信号，该模拟信 号作为本仿真USB中频应答机的中频输出信号；输出模数转换器60采用现成的产品即可。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。图1给出了本发明的卫星测控仿真USB中频应答机的结构，具体工作流程如 下输入的中频接收信号经过前端模数转换器10采样后可表示为
r(n) = A cos+ mj cos^y^) + m cos [mi^f + Os ( )) + φ{ ) + Ν{ )
权利要求
1. 一种用于卫星测控的仿真USB中频应答机，其特征在于由6部分组成，包括 前端模数转换器(10)、数字下变频模块(20)、载波同步模块(30)、解调滤波模块(40)、 转发调制模块(50)和输出模数转换器(60)，按照一定的流程完成对中频接收信号的接收 解调、提供遥控副载波信号，对遥测副载波信号和测距信号进行调制转发；其中前端模 数转换器(10)和输出模数转换器(60)使用现成的产品；数字下变频模块(20)、载波同 步模块(30)、解调滤波模块(40)和转发调制模块(50)在现场可编程门阵列即FPGA中 实现；它们之间的连接关系和信号走向是前端模数转换器(10)的输出信号进入到数字 下变频模块(20)进行处理，数字下变频模块(20)的输出信号进入载波同步模块(30)进 行处理，载波同步模块(30)的输出信号进入到解调滤波模块(40)进行处理，解调滤波模 块(40)得到的一路输出信号即为本应答机的遥控副载波输出，另一路信号为测距信号， 测距信号进入到转发调制模块(50)进行处理，转发调制模块(50)的输出信号进入到数模 转换器(60)，数模转换器(60)的输出即为应答机的中频输出信号；所述的前端模数转换器(10)以恒定的采样率将调理后的USB中频模拟信号变换成数 字信号；所述的数字下变频模块(20)包括下变频数控振荡器即下变频NCO(21)、同相支 路乘法器(22)、正交支路乘法器(23)、同相支路降采样滤波器(24)、正交支路降采样 滤波器(25)、同相支路低通滤波器(26)和正交支路低通滤波器(27)；所述的下变频 NCO(21)使用直接数字频率合成算法实现，负责产生和输入信号标称载波频率相同的两 路本地载波，两路本地载波信号的相位相差90° ；前端模数转换器(10)的输出和下变 频NCO(21)输出的两路本地载波作为同相支路乘法器(22)和正交支路乘法器(23)的输 入；同相支路乘法器(22)和正交支路乘法器(23)作为下变频乘法器利用FPGA中的IP 核实现，通过计算输入数字中频信号与本地载波相乘的结果，将输入信号的频谱向下搬 移；同相支路乘法器(22)的输出信号进入同相支路降采样滤波器(24)，正交支路乘法 器(23)的输出信号进入正交支路降采样滤波器(25)；同相支路降采样滤波器(24)和正 交支路降采样滤波器(25)由抽取倍数可程控的级联积分梳状滤波器实现，降采样滤波器 (24)和降采样滤波器(25)采用相同的结构和参数配置，按照输入中频信号的带宽进行采 样率变换，以便于后续信号处理的实现；同相支路降采样滤波器(24)的输出信号进入同 相支路低通滤波器(26)，正交支路降采样滤波器(25)的输出信号进入正交支路低通滤波 器(27)；同相支路低通滤波器(26)和正交支路低通滤波器(27)由有限冲击响应滤波器 实现，低通滤波器(26)和低通滤波器(27)采用相同的结构和参数配置，负责对降采样后 的信号进行低通滤波，进一步滤出信号中的噪声，将基带信号中的噪声功率降到更低； 同相支路低通滤波器(26)和正交支路低通滤波器(27)的输出信号作为载波同步模块(30) 的输入信号；所述的载波同步模块(30)包括复数乘法器(31)、载波同步NCO(32)、扫频控制单元 (33)、锁定检测单元(34)和环路滤波器(35)；复数乘法器(31)由FPGA的IP核实现，负 责将数字下变频模块(20)输出的正交数据和载波同步NCO(32)输出的本地载波相乘，消 除残余的载波分量；复数乘法器(31)输出的实部和虚部分别连接到锁定检测单元(34)、 环路滤波器(35)，并作为载波同步模块(30)的输出信号连接到解调滤波模块(40)；锁 定检测单元(34)通过检测复数乘法器(31)输出的同相、正交支路信号的能量并与门限值进行比较来判定载波环路的锁定状态，将锁定状态信号输出至扫频控制单元(33)；扫 频控制单元(33)，作用是辅助环路捕获输入的中频信号，根据锁定检测单元(34)输出 的锁定状态信号改变扫频频率控制字当环路处于锁定状态时，扫频频率控制字保持不 变，当环路失锁时，扫频频率控制字在应答机的频偏范围内循环变化；输出的扫频频率 控制字连接至载波同步NCO (32)；环路滤波器(35)，主要作用是滤除误差信号中的高频 分量，并为锁相环路提供一个短期的记忆，当环路由于瞬时噪声而失锁时，可确保环路 迅速重新捕获信号；环路滤波器(35)使用理想一阶滤波器，由两个支路——直通支路和 积分支路组成，直通支路含有一个直通支路放大器(100)，将输入信号放大指定的倍数， 积分支路由积分支路放大器(101)、积分支路加法器(102)和积分支路延时单元(103)组 成；环路滤波器35的输入信号同时进入直通支路和积分支路，输入通过积分支路放大器 (101)放大后和经过积分支路延时单元(103)延时后的结果相加，相加后的结果一方面作 为积分支路延时单元(103)的输入，另一方面作为积分支路的输出，和直通支路的输出 通过环路滤波器加法器(104)相加，两个支路相加后的结果作为载波同步模块环路滤波 器(35)的输出；载波同步模块环路滤波器(35)的输出作为载波同步NCO (32)的输入； 载波同步NCO(32)，使用DDS算法实现，其固定频率输出为零；扫频控制单元(33)和 环路滤波器(35)的输出作为载波同步NCO (32)的调节输入端，载波同步NCO(32)输出 的本地载波信号进入复数乘法器(31)与载波同步模块30的输入信号相乘；所述的解调滤波模块(40)包括PM信号解调器(41)、遥控副载波滤波器(42)和测距 信号滤波器组(43) ； PM信号解调器(41)，使用坐标旋转数字计算机算法实现，负责解 调从载波同步模块送来的正交相位调制信号；解调后的复合相位信号同时送到遥控副载 波滤波器(42)和测距信号滤波器组(43)进行处理；遥控副载波滤波器(42)，作用是在 复合相位信号中滤出遥控副载波信号；选频NCCK200)产生与遥控副载波标称频率一致 的正、余弦信号并分别通过乘法器(201)和乘法器(202)与输入信号相乘，将解调后的复 合相位信号频谱下变频至零，得到同相、正交两个零中频遥控副载波支路信号；同相支 路信号进入降采样率滤波器(203)降低采样频率，之后进入同相支路低通滤波器(205)， 低通滤波后的信号进入升采样率滤波器(207)；正交支路信号进入降采样滤波器(204)降 低采样频率，之后进入正交支路低通滤波器(206)，低通滤波后的信号进入升采样率滤波 器(208)；升采样率滤波器(207)和升采样率滤波器(208)的输出信号分别作为一路复 信号实部和虚部输入到复数乘法器(209)，与选频NCO (200)产生的本地载波复信号相 乘，以将滤波后的信号恢复至副载波频率；遥控副载波滤波器(42)的输出信号作为本仿 真USB中频应答机的遥控信号输出；测距信号滤波器组(43)，功能是在复合相位信号中 滤出测距音信号，由一组结构相同的滤波器组成，信号流程与遥控副载波滤波器(42)相 同，每个滤波其中的选频NCCK200)的频率配置为相应测距音的频率，同时同相支路低 通滤波器(205)、正交支路低通滤波器(206)的通带可设置为较低宽度；测距信号滤波器 组(43)的输出信号作为解调滤波模块(40)的测距音输出信号送至转发调制模块(50)处 理；所述的转发调制模块(50)包括相位合成器(51)、相位调制器(52)和频差补偿单元 (53)；从外部输入本仿真USB中频应答机的遥测信号与从解调滤波模块(40)输入本模块 的转发测距信号共同输入到相位合成器(51)中，经过调制系数修正和加法操作生成复合相位信号输出至相位调制器(52)；相位调制器(52)的作用是将复合相位信号调制到载波 信号上；调制过程通过查表实现，相位查找表由正弦表、余弦表两部分组成，分别从正 弦表和余弦表中查表产生调制信号的实部和虚部；相位调制器(52)输出的复调制信号送 至频差补偿单元(53)处理；频差补偿单元(53)，功能是在相干转发模式下补偿输入中频 信号的多普勒频移；频差补偿处理受外部“转发模式选择”信号控制当应答机工作在 非相干转发模式时，不进行多普勒频差补偿；当应答机工作在相干转发模式时，需要按 照固定转发比补偿多普勒频差；频差补偿单元(53)的输出信号作为转发调制模块(50)的 数字中频调制信号送至输出模数转换器(60)；所述的输出模数转换器(60)将调制后的数字中频信号转换为模拟信号，该模拟信号 作为本仿真USB中频应答机的中频输出信号；输出模数转换器(60)采用现成的产品即 可。
全文摘要
一种用于卫星测控的仿真USB中频应答机，它由前端模数转换器、数字下变频模块、载波同步模块、解调滤波模块、转发调制模块和输出模数转换器组成。它们之间的连接关系和信号走向是前端模数转换器的输出信号进入到数字下变频模块进行处理，数字下变频模块的输出载波同步模块进行处理，载波同步模块的输出信号进入到解调滤波模块进行处理，解调滤波模块得到的一路输出信号即为解调器的遥控副载波输出，另一路信号为测距信号，测距信号进入到转发调制模块进行处理，转发调制模块的输出信号进入到数模转换器，数模转换器的输出即为应答机的中频输出信号。本发明的仿真USB中频应答机稳定性高、设计复杂度低、兼容性好，具有实用价值和应用前景。
文档编号H04B7/185GK102025388SQ20101054349
公开日2011年4月20日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者冯文全, 刑小地, 刘曦, 刘苏潇, 孙桦, 尹佳, 庞波, 张猛, 方勇, 朱楠, 熊洲, 王冬, 谭大为, 赵洪博, 赵琦, 陆国雷, 马拂晓 申请人:北京航空航天大学