专利名称：微纳卫星测控通信一体化收发系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种航天信息技术，尤其涉及一种基于软件无线电的微纳卫星测控通信一体化收发系统及其实现方法。
背景技术：
目前通常采用较成熟的模拟电路实现测控通信收发机中上变频、下变频、调制解调等功能的前端电路，系统体积、重量、功耗都很大，这对于体积、重量、功耗都有较高要求的星载系统来说是不利的。关于卫星测控通信系统的数字化实现，国内外近年公开的研究成果较少，基本上都是采用设计数模混合ASIC(专用集成电路)的技术路线。微纳卫星由于体积小，星上电池供电能力有限，要求星上设备集成度高、功耗低；另一方面，受总成本及研制周期限制，要求星上设备成本低、研制周期短，不能采用设计ASIC的技术路线。因此， 现有技术均不完全适用于微纳卫星。
发明内容
本发明提供一种微纳卫星测控通信一体化收发系统及其实现方法，用以解决现有技术中的缺陷，实现高集成、低功耗、运行可靠且抗干扰性较高。本发明实提供一种微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法，包括以下步骤1)上行信号处理；11)通过星地射频接收通道接收射频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成上行模拟中频信号；12)对接收的来自星地射频接收通道的上行模拟中频信号进行模数变换形成上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM遥控帧，将侧音信号送至所述收发系统下行信道，与遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；2)下行信号处理；21)通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧，对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成PCM/ PSK遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道。
22)通过星地射频发射通道接收所述下行模拟中频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成射频信号完成遥测和卫星到地面的数传。本发明提供一种微纳卫星测控通信一体化收发系统，包括收发端，用于收发射频信号，包括星地接收天线、星地发射天线；射频前端模块，包括星地射频模块，用于完成主卫星与地面之间的信号传输；包括星地射频接收通道，用于对接收的射频信号进行模拟降频处理形成中频信号；星地射频发射通道，用于对接收的射频信号进行模拟增频处理形成中频信号；中频基带信号处理模块，用于对接收的所述中频信号完成模数转换、数字变频和数字调制解调；包括上行信号处理模块，通过对上行数字中频信号的处理完成地面对卫星的遥控和上行数据的传输；对接收的来自星地射频接收通道的上行模拟中频信号进行模数变换形成上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM遥控帧，将侧音信号送至所述收发系统下行信道，与PCM/PSK遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；下行信号处理模块，通过对下行数字中频信号的处理完成卫星对地面的遥测和下行数据传输；通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧，对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成下行 PCM/PSK遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道。其中上述的BPSK是Binary Phase Shift Keying的缩略语简称，意为双相移相键控；PM是用调制信号控制载波信号相位变化的一种信号变化方式；QPSK是Quadrature Phase Shift Keying的缩略语简称，意为正交相移键控。本发明提供的微纳卫星测控通信一体化收发系统及其实现方法，⑴ 使用USB测控和通信利用软件无线电的原理，采用全数字化的方式，在低功耗 FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)芯片中实现。模拟前端电路仅实现上变频、下变频、功放以及低噪放的功能。使微纳卫星的测控通信达到功耗低的要求； O)USB测控和通信的编码解码、基带成型、调制解调，均在一个芯片中实现，不需要额外的功能模块以及芯片，这样减少了多模块交互数据传输所需接口数目，增加了系统的集成度， 降低了整个系统的复杂度；C3)利用软件无线电技术，数字化处理测控通信数据，有利于在星上复杂环境中运行，提高抗干扰能力，提高了可靠性。(4)充分利用软件的可重组性实现多功能。微波统一系统的各种功能均可在硬件平台上实现各种不同的软件功能模块，用软件实现，基于软件的可重组特性可以很容易满足不同任务的多种需求。
图1为本发明微纳卫星测控通信一体化收发系统实施例的结构框图。图2为本发明微纳卫星测控通信一体化收发系统中频基带信号处理模块实施例的结构框图。图3为本发明微纳卫星测控通信一体化收发系统射频接收通道的信号流程图。图4为本发明微纳卫星测控通信一体化收发系统射频发射通道的信号流程图。图5为本发明微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法实施例的信号流程图。附图标记星间天线13 ；星间天线14 ；接口模块 33;控制模块34;下变频器；351;上变频器352 ；协议处理器321;数据通信接口 322;存储单元接口 332;星载计算机接口 331;其他分系统接口 333。
具体实施例方式为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例如图1-5所示，本发明提供一种微纳卫星测控通信一体化收发系统，包括收发端、射频前端模块、中频基带信号处理模块。收发端用于收发射频信号，包括星地接收天线11、星地发射天线12和星间天线 13、星间天线14 ；射频前端模块2，包括星地射频模块21，星地射频模块21，用于完成主卫星与地面之间的信号传输，包括星地射频接收通道211、星地射频发射通道212，星地射频接收通道211，用于对接收的射频信号进行模拟降频处理形成中频信号，星地射频发射通道212， 用于对接收的射频信号进行模拟增频处理形成中频信号；中频基带信号处理模块，用于对接收的所述中频信号完成模数转换、数字变频和数字调制解调；中频基带信号处理模块由遥控模块和遥测模块集成，其中，上行信号处理模块，通过对上行数字中频信号的处理完成地面对卫星的遥控和上
星地接收天线11 ； 星地发射天线12 ； 射频前端模块2 ； 星地射频模块21 ； 数模转换模块31 ； 协议处理模块32 ； PM解调模块355 ； PM调制模块356 ； 实时遥控遥测接口
星地射频接收通道211 ； 星地射频发射通道212 ； 测控通信中频处理模块35 ； 中频基带信号处理模块3 ； QPSK解调模块353 ； QPSK调制模块354 ； BPSK解调模块357 ； BPSK调制模块358 ；
8行数据的传输；对接收的来自星地射频接收通道211的上行模拟中频信号进行模数变换形成上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM遥控帧，将侧音信号送至所述收发系统下行信道，与遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；下行信号处理模块，通过对下行数字中频信号的处理完成卫星对地面的遥测和下行数据传输；通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧，对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成下行 PCM/PSK遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数据帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道212。上行信号处理模块包括模数转换器、上行测控通信中频处理模块、上行协议处理模块、控制模块34、上行接口模块。模数转换器，用于对接收来自星地射频接收通道211的模拟中频信号进行模数转换形成上行数字中频信号，由模数转换芯片和中频滤波器组成。上行测控通信中频处理模块，包括下变频器351，通信解调模块，遥控解调模块。 其中，下变频器351，用于对所述上行数字中频信号进行降频处理形成上行数字一级降频信号。通信解调模块用于对所述上行数字降频信号进行QPSK解调形成上行数传信令帧，输送至上行协议处理模块，主要由QPSK解调模块353构成，用于对所述上行数字降频信号号通过载波捕获跟踪、时间同步、判决，回复出上行数传信令帧。遥控解调模块对所述上行数字降频信号进行PM解调形成所述测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和 BPSK解调后分别得所述侧音信号和所述上行PCM遥控帧，将所述上行PCM遥控帧传递至上行协议处理模块；主要由PM解调模块355和BPSK解调模块357组成，PM解调模块355用于对所述上行数字降频信号进行捕获跟踪，数字域解调，提取所述测控视频信号，对该测控视频信号进行测距音滤波处理得所述侧音信号和PCM/PSK遥控信号；BPSK解调模块357用于对所述PCM/PSK遥控信号载波同步、时间同步、判决，回复出经过信道编码的上行PCM(脉冲编码调制)遥控帧。上行协议处理模块，用于将接收的所述上行PCM遥控帧进行处理，提取遥控指令给星载计算机；并将接收的上行数传信令帧进行处理，提取上行数传数据给所述星载计算机；主要由第一协议处理模块、第一数据通信接口和实时遥控接口组成。第一协议处理模块，用于对所述经过信道编码的上行PCM遥控帧进行信道解码通信格式剥离得到PCM遥控帧，并对所述PCM遥控帧进行处理，提取直接开关遥控指令，送至电源系统，并将所述上行 PCM遥控帧送至外围设备；用于对所述上行数传信令帧进行信道解码通信格式剥离，提取上行数传数据送至外围设备。第一数据通信接口，用于连接所述QPSK解调模块；实时遥控接口，用于连接所述BPSK解调模块357。
控制模块34，用于由所述星载计算机根据所述遥控指令反馈到所述控制模块的控制信号控制所述模数转换器，下变频器，通信解调模块，遥控解调模块，上行协议处理模块的动作；上行接口模块，用于连接外围设备、上行协议处理模块及控制模，包括星载计算机接口 331、存储单元接口 332和其他分系统接口 333。下行信号处理模块包括数模转换器、下行测控通信中频处理模块、下行协议处理模块、下行接口模块。下行接口处理模块，用于连接外围设备、下行协议处理模块，包括星载计算机接口 331、存储单元接口 332和其他分系统接口 333。下行协议处理模块，用于将接收的来自于所述星载计算机的下行PCM遥测帧进行处理转发至遥测调制模块；将接收的来自于存储单元的下行数传帧进行处理发送至所述通信调制模块；包括第二协议处理模块，第二数据通信接口和实时遥测接口 ；第二协议处理模块与第一协议处理模块集成于协议处理器321中，用于接收来自所述星载计算机的所述下行PCM遥测帧，进行下行遥测信道格式编排、信道编码后通过所述实时遥测接口发送至所述BPSK调制模块；用于接收所述存储单元的所述下行数传帧，进行下行数传信道格式编排、信道编码后通过所述第二数据通信接口转发至QPSK调制模块；第二数据通信接口与第一数据通信接口一体集成于数据通信接口 322中，用于连接所述QPSK调制模块356 ；实时遥测接口与实时遥控接口一体集成于实时遥控遥测接口 323中，用于连接所述BPSK调制模块 358。下行测控通信中频处理模块，主要由遥测调制模块、通信调制模块和上变频器352 组成。遥测调制模块，用于对接收到的经过下行协议处理的所述下行PCM遥测帧进行BPSK 调制到实时遥测副载波上，并与从所述测控视频信号分离出的侧音信号合并，经PM调制到下行测控载波上；主要由BPSK调制模块358和PM调制模块356组成，BPSK调制模块358 用于对所述第二协议处理器发送的经过下行协议处理的所述下行PCM遥测帧进行BPSK调制得到PCM/PSK遥测信号，对所述PCM/PSK遥测信号和所述侧音信号进行数字合成；PM调制模块356 ；用于将上述数字合成后形成的数字信号经PM调制到4MHz的所述下行测控载波上。通信调制模块，用于对接收到的经过下行协议处理的所述下行数传帧进行QPSK调制到下行数传载波上；合并所述下行测控载波与下行数传载波，并经插值滤波形成下行数字增频信号；主要由QPSK调制模块邪4构成，用于对所述第二协议处理器发送的所述经过下行协议处理的下行数传帧进行QPSK调制到6MHz的所述下行数传载波上；并将所述下行测控载波与下行数传载波经过合路，完成插值滤波送至所述数模芯片。上变频器352，用于对所述下行数字一级增频信号进行增频处理形成下行数字中频信号；数模转换器，用于对接收的下行数字中频信号进行数模转换形成下行模拟中频信号发送至星地射频发射通道212。如图2-5所示，其中，模数转换器与数模转换器集成在数模转换模块32中；上行测控通信中频处理模块与下行测控通信中频处理模块集成在测控通信中频处理模块35中， 为地面测控设备提供双向相干载波多普勒跟踪信标以供地面测控设备跟踪、测角、测速；上行协议处理模块与下行协议处理模块集成在协议处理模块32中；上行接口模块与下行接口模块集成在接口模块33中。另外QPSK调制模块邪4与QPSK解调模块353为一体设置于QPSK调制解调模块内，PM调制模块356与PM解调模块355 —体设置于PM调制解调模块内，BPSK调制模块358与BPSK解调模块357 —体设置于BPSK调制解调模块内，同时，QPI 调制解调模块、PM调制解调模块和BPSK调制解调模块一体设置于调制解调模块内，集成化程度较高，节约占用空间和重量。数模转换模块32由A/D (模数)信号调理模块、A/D、D/A (数模)以及中频滤波器组成。主要功能(1)数模转换模块32接收来自SMA端口的模拟信号，由A/D信号调理模块完成对接收信号的预处理，再由A/D完成采样，送入中频处理模块的下变频模块中；(2)数模转换模块32对中频处理模块中上变频模块的输出数据，由D/A完成数模转换，并由中频滤波器滤波后最终输出30M中频的模拟信号到SMA端口。测控通信中频处理模块35，主要由上变频器352、下变频器351、PM调制解调模块、 BPSK调制解调模块以及QPSK调制解调模块组成。主要功能(1)为地面测控设备提供双向相干载波多普勒跟踪信标以供地面测控设备跟踪、 测角、测速；(2)捕获跟踪上行中频信号中的残余载波，数字域PM解调，提取侧音信号和副载波遥控信号，并将副载波遥控信号提供给BPSK解调模块；(3)在分包遥测模式下，对侧音信号转发到下行信号处理模块进行下行调制并经由数模转换模块传输至射频发射通道；(4)在PCM遥测模式下，对侧音信号和遥测信号分别进行下行调制，并对已调信号进行数字合成，经由数模转换模块传输至射频发射通道；(5)接收来自USB应答机输出的PSK遥控信号，并进行BPSK解调、判决、信道解码， 恢复出PCM遥控帧；接收来自协议处理模块32的PCM遥测数据帧，进行信源信道编码、PSK 调制处理，送到PM调制模块；(6)接收来自中频收发信号处理通道输出的QPSK数传信号，进行载波捕获跟踪， 时间同步、判决与信息恢复、信道解码，恢复出上行数传数据帧，交由协议处理模块32处理；(7)接收来自协议处理模块32的源包，进行信源信道编码、QPSK调制处理后经由数模转换模块传输至射频发射通道。协议处理模块32，由数据通信接口 322、实时遥控遥测接口 323和协议处理器321 组成。主要功能(1)在PCM遥测模式下，对解调模块输出的PCM遥控帧进行处理，提取出直接开关遥控指令，送至电源分系统，并将遥控帧送至星载计算机CAN总线接口队列。(送至实时指令CAN队列和非实时指令CAN队列，根据遥控指令区分发送优先级，实施队列管理)；(2)在PCM遥测模式下，对解调模块输出的分包星地上行传输帧进行通信格式剥离，送至星载计算机CAN总线接口队列；(3)在PCM遥测模式下，接收来自星载计算机的PCM遥测帧，进行通信信道格式编排后，转发到调制模块；(4)在PCM遥测模式下，接收来自星载计算机和存储单元的各类源包，进行通信信道格式编排后，发送到调制模块；(5)在分包遥测模式下，对解调模块输出的上行星地分包传输帧进行通信信道格式处理，送至星载计算机CAN总线队列；(6)在分包遥测模式下，将解调模块输出的星间分包传输帧进行通信信道格式处理，送至星载计算机CAN总线队列；(7)在分包遥测模式下，接收来自星上管控计算机和存储单元的星地传输帧，进行通信信道格式编排后，送至调制模块；(8)在分包遥测模式下，接收来自星上管控计算机和存储单元的星间传输帧，进行通信信道格式编排后，送至调制模块。接口模块33，由星载计算机接口 331、存储单元接口 332和其他分系统接口 333组成。主要完成中频基带处理模块与星载其他设备之间的互联。控制模块34主要功能(1)接收星上管控计算机的运行阶段控制要求，对通信系统运行状态进行控制变换和维护，包括射频控制和中频控制两部分功能；(2)建立通信软件主控循环程序，对通信系统各软件模块运行的资源占用进行协调(中断控制)；(3)对星上通信接口的数据传输进行控制，包括CAN总线和LVDS链路层协议控制；(4)建立紧急状态逻辑，根据紧急测控需求对紧急状态下的通信、测控实施控制。下面结合图1-5对微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法进行详细说明。包括两个步骤，1)上行信号处理步骤 下行信号处理步骤；步骤1)主要包括以下两大步骤11)通过星地射频接收通道211接收射频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成上行模拟中频信号；12)对接收的来自星地射频接收通道211的上行模拟中频信号进行模数变换形成上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM遥控帧，将侧音信号送至所述收发系统下行信道，与遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；；步骤2、主要包括以下两大步骤21)通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧，对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成下行 PCM/PSK遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数据帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道212。
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22)通过星地射频发射通道212接收所述下行模拟中频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成射频信号完成遥测和卫星到地面的数传。其中步骤12)通过以下三个具体步骤实现121)对所述上行模拟中频信号通过A/D (模数)芯片采样，经中频滤波得30MHz中心频率的过采样的上行数字中频信号；122)所述上行数字中频信号经过数字降频和CIC数据抽取滤波器的10倍抽取，变换成中心频点为2. 5MHz的多载波抽样信号；123)把所述中心频点为2. 5MHz的多载波抽样信号采用并行滤波进行信道分离， 分成两路；对其中一路进行QPSK解调，通过载波捕获跟踪、时间同步、判决形成上行数传信令帧，并进行信道解码，回复出所述上行数传数据，通过接口中转传递至所述星载计算机， 完成上行信号的数传；对另一路进行PM数字域解调，提取出所述测控视频信号，对该测控视频信号进行并行滤波处理得所述侧音信号和PCM/PSK遥控信号，对所述PCM/PSK遥控信号进行解调、信道解码，回复出所述上行PCM遥控帧，送入协议处理器321处理后转换成所述遥控指令，通过接口将遥控指令送至星载计算机，由所述控制模块协同星载计算机完成遥控。步骤21)通过以下一个具体步骤实现211)对所述下行PCM遥测数据帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码、BPSK调制得PCM/PSK遥测信号，对所述PCM/PSK遥测信号和所述侧音信号进行数字合成后，再进行下行测控载波PM调制到4MHz载波上，形成所述下行测控信道已调信号；所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制到6MHz载波上形成所述下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，并完成插值滤波后，经数字上变频到30MHz的中心频率上，通过数模转换形成模拟中频信号，送给星地射频发射通道以发射。其中，射频前端模块主要完成射频信号的接收、功率放大、变频、自动增益控制等射频收发操作。由于发射功率较大，并且要求接收灵敏度较高，加上收发同时工作，采用频分工作模式，收发天线分开。射频接收通道主要由低噪放、下变频器351及AGC等部件组成。 射频发射通道主要有上变频器352、预放、功放等部件组成。星间射频接收通道和星地射频接收通道211均采用双变频超外差结构的接收机。 接收机前端紧接在天线馈源之后，将输入的射频信号下变频到第一中频Π，利用带通滤波器将镜像频率阻塞在通带之外，再变频到第二中频30MHZ，传给基带处理单元。星间射频发射通道221和星地射频发射通道212结构相同。通过两次上变频将中频输入变至所需射频信号，经过增益可调的放大器和功放直接输出。接收通道信号流程参照图3 ；发射通道信号流程参见图4。数据在中频基带信号处理模块中的具体数字信号处理如下在中频基带处理模块的接收端，从射频前端模块中模拟下变频到中频的信号通过AD芯片采样，得到了 30MHz中心频率的过采样的数字中频信号。经过数字下变频和CIC数据抽取滤波器的10倍抽取，变换成中心频点为2. 5MHz、抽样中频信号。此时，2. 5M中心频点的信号分为两路，第一路信号通过QPSK解调，送入协议处理模块32处理后，通过接口中转，完成星间数据传输；第二路信号通过PM解调后，解调出测控视频信号，并继续BPSK解调，得到遥控信号，送入协议处理模块32，并通过接口模块33传递给相应的控制模块34完成遥控。在中频基带信号处理模块的发射端，首先通过接口遥测数据，经过BPSK调制后调制到实时遥测副载波上，并与从视频信号分离出的测距音信号合并。两路合并的信号经过 PM调制到4MHz载波上。这时还有另一路调制到6MHz载波上的QPSK通信数据。再经过合路，并完成插值滤波后，将此信号数字上变频到30MHz的中心频率上。最后通过数模转换， 送给射频前端模块以发射。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.一种微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法，其特征在于，包括以下步骤1)上行信号处理；11)通过星地射频接收通道接收射频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成上行模拟中频信号；12)对接收的所述上行模拟中频信号进行模数变换形成上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM 遥控帧，将所述侧音信号送至下行信道，与PCM/PSK遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；2)下行信号处理；21)通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧， 对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成所述PCM/ PSK遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道；22)通过星地射频发射通道接收所述下行模拟中频信号并对其进行功率放大、模拟变频、自动增益控制形成射频信号完成遥测和卫星到地面的数传。
2.根据权利要求1所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法，其特征在于，所述步骤12)包括121)对所述上行模拟中频信号通过A/D芯片采样，经中频滤波得30MHz中心频率的过采样的所述上行数字中频信号；122)所述上行数字中频信号经过数字降频和CIC数据抽取滤波器的10倍抽取，变换成中心频点为2. 5MHz的多载波抽样信号；123)把所述中心频点为2.5MHz的多载波抽样信号采用并行滤波进行信道分离，分成两路；对其中一路进行QPSK解调，通过载波捕获跟踪、时间同步、判决形成上行数传信令帧，并进行信道解码，回复出所述上行数传数据，通过接口中转传递至所述星载计算机，完成上行信号的数传；对另一路进行PM数字域解调，提取出所述测控视频信号，对该测控视频信号进行并行滤波处理得所述侧音信号和PCM/PSK遥控信号，对所述PCM/PSK遥控信号进行解调、信道解码，回复出所述上行PCM遥控帧，送入协议处理器处理后转换成所述遥控指令，通过接口将遥控指令送至星载计算机，由所述控制模块协同星载计算机完成遥控。
3.根据权利要求2所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统的实现方法，所述步骤 21)包括211)对所述下行PCM遥测数据帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码、BPSK调制得所述PCM/PSK遥测信号，对所述PCM/PSK遥测信号和所述侧音信号进行数字合成后，再进行下行测控载波PM调制到4MHz载波上，形成所述下行测控信道已调信号；所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制到6MHz载波上形成所述下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，并完成插值滤波后，经数字上变频到30MHz的中心频率上，通过数模转换形成所述下行模拟中频信号，送给星地射频发射通道以发射。
4.一种微纳卫星测控通信一体化收发系统，其特征在于，包括收发端，用于收发射频信号，包括星地接收天线、星地发射天线；射频前端模块，包括星地射频模块，用于完成主卫星与地面之间的信号传输；包括星地射频接收通道，用于对接收的射频信号进行模拟降频处理形成上行模拟中频信号；星地射频发射通道，用于对接收的射频信号进行模拟增频处理形成下行模拟中频信号；中频基带信号处理模块，用于对接收的所述中频信号完成模数转换、数字变频和数字调制解调；包括上行信号处理模块，通过对上行数字中频信号的处理完成地面对卫星的遥控和上行数据的传输；对接收的来自所述星地射频接收通道的所述上行模拟中频信号进行模数变换形成所述上行数字中频信号，经数字降频并分成两路，一路通过上行信道进行QPSK解调、信道解码和协议处理得到上行数传数据，经接口交由星载计算机处理，完成地面到卫星的数传；另一路通过PM解调得到测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得到侧音信号和上行PCM遥控帧，将所述侧音信号送至下行信道，与PCM/PSK遥测信号合成下行PM调制信号；将所述上行PCM遥控帧经过协议处理转换成遥控指令，经接口送至星载计算机完成遥控；下行信号处理模块，通过对下行数字中频信号的处理完成卫星对地面的遥测和下行数据传输；通过接口从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据是下行PCM遥测帧，对所述下行PCM遥测帧进行下行遥测信道格式编排、信道编码及BPSK调制，形成所述PCM/PSK 遥测信号，与所述侧音信号合并后，再进行下行测控载波PM调制，形成下行测控信道已调信号；另一路数据是下行数传帧，所述下行数传帧经过下行数传信道格式编排、下行数传载波QPSK调制，形成下行数传信道已调信号；合并所述下行测控信道已调信号和所述下行数传信道已调信号，经插值滤波，数字增频形成下行数字中频信号；将所述下行数字中频信号通过数模转换形成下行模拟中频信号送入星地射频发射通道。
5.根据权利要求4所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统，其特征在于，所述上行信号处理模块包括模数转换器，用于对接收来自所述星地射频接收通道的所述上行模拟中频信号进行模数转换形成上行数字中频信号；下变频器，用于对所述上行数字中频信号进行降频处理形成上行数字降频信号；通信解调模块，对所述上行数字降频信号进行QPSK解调形成上行数传信令帧，输送至上行协议处理模块；遥控解调模块，对所述上行数字降频信号进行PM解调形成所述测控视频信号，对所述测控视频信号进行测距音滤波和BPSK解调后分别得所述侧音信号和所述上行PCM遥控帧， 将所述上行PCM遥控帧传递至上行协议处理模块；所述上行协议处理模块，用于将接收的所述上行PCM遥控帧进行处理，提取遥控指令给星载计算机；并将接收的上行数传信令帧进行处理，提取上行数传数据给所述星载计算机；控制模块，用于由所述星载计算机根据所述遥控指令反馈到所述控制模块的控制信号控制所述模数转换器，下变频器，通信解调模块，遥控解调模块，上行协议处理模块的动作；上行接口模块，用于连接所述星载计算机、存储单元、上行协议处理模块及控制模块。
6.根据权利要求5所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统，其特征在于，所述模数转换器由模数转换芯片和中频滤波器组成；所述通信解调模块包括QPSK解调模块，用于对所述上行数字降频信号号通过载波捕获跟踪、时间同步、判决， 回复出上行数传信令帧； 所述遥控解调模块包括PM解调模块，用于对所述上行数字降频信号进行捕获跟踪，数字域解调，提取所述测控视频信号，对该测控视频信号进行测距音滤波处理得所述侧音信号和PCM/PSK遥控信号；BPSK解调模块，对所述PCM/PSK遥控信号载波同步、时间同步、判决，回复出经过信道编码的所述上行PCM遥控帧； 所述上行协议处理模块包括第一协议处理模块，用于对经过信道编码的所述上行PCM遥控帧进行信道解码通信格式剥离处理得遥控指令，从所述遥控指令中提取直接开关遥控指令，送至电源系统，并通过接口将所述遥控指令送至星载计算机；用于对所述上行数传信令帧进行信道解码通信格式剥离，提取上行数传数据送至存储单元；第一数据通信接口，用于连接所述QPSK解调模块； 实时遥控接口，用于连接所述BPSK解调模块。
7.根据权利要求4所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统，其特征在于，所述下行信号处理模块包括下行接口模块，用于连接星载计算机、存储单元、下行协议处理模块； 下行协议处理模块，用于将接收的来自于所述星载计算机的所述下行PCM遥测帧进行处理转发至遥测调制模块；将接收的来自于所述存储单元的所述下行数传帧进行处理发送至所述通信调制模块；所述遥测调制模块，用于对接收到的经过下行协议处理的所述下行PCM遥测帧进行 BPSK调制到实时遥测副载波上，并与从所述测控视频信号分离出的侧音信号合并，经PM调制到下行测控载波上；通信调制模块，用于对接收到的经过下行协议处理的所述下行数传帧进行QPSK调制到下行数传载波上；合并所述下行测控载波与下行数传载波，并经插值滤波形成下行数字增频信号；上变频器，用于对所述下行数字增频信号进行增频处理形成所述下行数字中频信号； 数模转换器，用于对接收的下行数字中频信号进行数模转换形成下行模拟中频信号发送至星地射频发射通道。
8.根据权利要求7所述的微纳卫星测控通信一体化收发系统，其特征在于，所述数模转换器由数模转换芯片和中频滤波器组成； 所述下行协议处理模块包括第二协议处理模块，用于接收来自所述星载计算机的所述下行PCM遥测帧，进行下行遥测信道格式编排、信道编码后通过所述实时遥测接口发送至所述BPSK调制模块；用于接收所述存储单元的所述下行数传帧，进行下行数传信道格式编排、信道编码后通过所述第二数据通信接口转发至QPSK调制模块；第二数据通信接口，用于连接所述QPSK调制模块； 实时遥测接口，用于连接BPSK调制模块； 所述遥测调制模块包括BPSK调制模块；用于对所述第二协议处理器发送的经过下行协议处理的所述下行PCM 遥测帧进行BPSK调制得到PCM/PSK遥测信号，对所述PCM/PSK遥测信号和所述侧音信号进行数字合成；PM调制模块；用于将上述数字合成后形成的数字信号经PM调制到4MHz的所述下行测控载波上；所述通信调制模块包括QPSK调制模块，用于对所述第二协议处理器发送的所述经过下行协议处理的下行数传帧进行QPSK调制到6MHz的所述下行数传载波上；并将所述下行测控载波与下行数传载波经过合路，完成插值滤波送至所述数模芯片。
全文摘要
本发明公开了一种微纳卫星测控通信一体化收发系统及其实现方法。包括1)上行信号处理；11)接收射频信号处理得模拟中频信号；12)对模拟中频信号模数变换、数字降频分成两路，一路经QPSK解调和上行协议处理交给星载计算机，完成上行数传；另一路经PM解调得侧音信号和PSK遥控信号，将PSK遥控信号BPSK解调转换成遥控指令送至星载计算机完成遥控；2)下行信号处理；21)从星载计算机和存储单元获得两路数据；一路数据经下行协议处理和BPSK调制并与侧音信号合并后对下行测控载波PM调制，与经下行协议处理、QPSK调制后的另一路数据合并处理送入星地射频发射通道；22)转换成射频信号完成遥测和下行数传。
文档编号H04B7/185GK102333057SQ201110137709
公开日2012年1月25日 申请日期2011年5月25日 优先权日2011年5月25日
发明者卢咏, 唐树元, 张军, 张涛, 蒯潇 申请人:北京航空航天大学