一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统的制作方法
【专利摘要】一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，包括：电源模块、接口模块、控制模块、加密模块、前向处理模块和返向处理模块；电源模块为其他模块提供二次电源；控制模块接收来自控制指令并发送其他模块；加密模块对返向数据流和前向数据流分别进行加密和解密；前向处理模块接收中频信号，完成接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；返向处理模块接收图像数据和飞行状态信息和遥测信息，完成发射处理环节后生成中频信号输出给外部射频前端，最终传送给地面系统；本发明支持载体高动态的飞行器测控，区域覆盖范围大；支持多用户，可以与飞行器进行实时双向通信；具有一定的干扰能力。
【专利说明】-种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，主要应用于卫星中 继通信和高空或低空飞行的高速飞行器等载体的数据处理。
【背景技术】
[0002] 飞行器测控是指对飞行器进行跟踪、测速、测距、遥测和遥控等测量和控制过程， 一般包括飞行器上的测控系统和地面测控系统。当前我国对于飞行器测控多采用直通测控 或飞机中继测控等传统测控方式。直通测控即地面系统和飞行器在视距范围内直接进行 无线通信；飞机中继测控即利用飞行高度较高的飞机作为中继设备，通过飞行器-中继飞 机-地面系统之间的通信链路，进一步提升测控范围。受限于地球曲率的影响，直通测控方 式能够作用的距离在几百公里范围内；由于飞机可以升空的高度限制，飞机中继模式的测 控作用距离也很有限，且工程实现代价比较大。传统测控方式一般工作于S频段，多采用调 频FM的调制方式，在相同误码率要求的情况下，该调制方式对于信噪比的要求较高。
[0003] 天基测控是指利用卫星中继通信的方式进行飞行器测控。中继卫星定点于地球同 步轨道上，可以实现对于中低轨道飞行器的全球覆盖。天基测控可以采用S频段或Ka频段， 其中Ka频段信号受高空飞行器的黑障问题影响较小。天基测控通常采用相移键控PSK的 数字调制方式。
[0004] 当飞行器的速度很高时，由于多普勒效应的存在，会给通信链路的信号处理带来 相当大的困难。
【发明内容】
[0005] 本发明的技术解决问题是：针对高速飞行器的特点，提出一种用于高速飞行器天 基测控的数据处理器系统，该方法克服了高速飞行器的严重多普勒效应问题，基于卫星中 继的天基测控的区域覆盖范围大；支持多用户，可以同时对多个飞行器进行测控；通过采 用直扩通信体制和数据加密等方式，提供一种低误码率、高可靠性的数据处理器设备。
[0006] 本发明的技术解决方案是：一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，包 括：电源模块、接口模块、控制模块、加密模块、前向处理模块和返向处理模块；
[0007] 其中电源模块与其他模块均连接，完成一次输入电源的电压变换与电气隔离，为 其他模块提供二次电源；
[0008] 接口模块包括LVDS接口、模拟视频接口、串行异步通信接口和软件在线升级管理 总线接口，其中LVDS接口为数字图像接口，模拟视频接口为模拟图像接口，LVDS接口和模 拟视频接口用于接收外部设备的图像数据，串行异步通信接口用于外部飞行器和数据处理 器指令信息、状态信息和遥测信息的接收与发送，软件在线升级管理总线接口用于接收嵌 入式软件数据，接口模块的所有接口均采取电气隔离设计；
[0009] 控制模块通过接口模块的串行异步通信接口与外部飞行器连接，接收来自外部飞 行器控制计算机的控制指令，对控制指令进行解析后发送到加密模块、前向处理模块和返 向处理模块；同时接收外部飞行器控制计算机发送的飞行状态信息和遥测系统发送的遥测 信息，并将飞行状态信息和遥测信息发送给返向处理模块；同时对飞行器飞行状态信息进 行实时解算，产生天线控制命令，并将天线控制命令传送给外部射频前端；所述飞行状态信 息包括外部飞行器的姿态、飞行速度和位置信息；
[0010] 控制模块同时与加密模块、前向处理模块和返向处理模块连接，监控各模块的工 作状态，并将各模块的工作状态通过接口模块输出；
[0011] 加密模块与前向处理模块和返向处理模块连接，对返向数据流和前向数据流分别 进行加密和解密，并完成密钥管理功能；
[0012] 前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号 的接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；
[0013] 返向处理模块从接口模块接收图像数据，并从控制模块接收飞行状态信息和遥测 信息，完成对图像信息、飞行状态信息和遥测信息的发射处理环节，生成中频信号输出给外 部射频前端，最终传送给地面系统。
[0014] 所述前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频 信号的接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；具体为：
[0015] 前向处理模块包括模/数转换模块、解扩模块、解调模块、位同步模块和译码模 块，信号处理的具体过程如下：
[0016] (1)模/数转换模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频模拟信号，进行 采样和量化处理，变为数字信号；
[0017] (2)解扩模块对步骤（1)中的数字信号进行下变频、数字滤波、伪码捕获和跟踪， 完成信号解扩，同时得到前向信号伪码多普勒；
[0018] (3)解调模块对步骤（2)中解扩后的信号进行FFT频率估计，运用FLL鉴频和PLL 鉴相的方法进行载波同步，完成信号解调，同时得到前向信号频率多普勒；
[0019] (4)位同步模块对步骤（3)中解调后的信号进行比特定时同步，并进行幅度量化， 完成信号的位同步；
[0020] (5)译码模块对步骤（4)中位同步之后的信号进行信道译码、帧同步和解扰后，送 加密模块进行解密后恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备。
[0021] 所述返向处理模块从接口模块接收图像数据，并从控制模块接收飞行状态信息和 遥测信息，完成对图像信息、飞行状态信息和遥测信息的发射处理环节，生成中频信号输出 给外部射频前端；具体为 ：
[0022] 返向处理模块包括图像预处理模块、图像压缩模块、信道编码模块、扩频调制模块 和数/模转换模块，信号处理的具体过程如下：
[0023] (1)返向处理模块接收来自控制模块的控制命令，并从控制模块接收飞行状态信 息和遥测信息，设定返向信息速率和和返向信号处理相关参数；所述相关参数包括返向处 理模块中每个子模块的频率控制字；
[0024] (2)图像预处理模块接收来自接口模块的图像数据，提取图像数据的亮度和灰度 信息；
[0025] (3)图像压缩模块根据步骤⑵中提取的图像数据的亮度和灰度信息进行压缩编 码；
[0026] (4)信道编码模块将步骤（3)中压缩编码后的图像数据与步骤（1)中接收的遥测 信息按照约定帧格式进行打包和组帧，送加密模块进行加密处理后返回至返向处理模块， 进行数据加扰，然后进行级联信道编码；
[0027] (5)扩频调制模块根据设定的伪码对步骤（4)中信道编码后的信号采用直接序列 扩频通信体制进行扩频处理，运用根升余弦滤波器对扩频处理后的信号成型滤波，然后进 行PSK调制；
[0028] (6)数/模转换模块对步骤（5)中的调制信号进行数/模转换，生成中频模拟信 号，并将生成的中频信号输出给外部射频前端。
[0029] 所述步骤（1)中的返向信息速率为20kbps和100kbps。
[0030] 所述步骤（5)中的PSK调制利用前向处理模块中计算得到的前向信号频率多普勒 和前向信号伪码多普勒对返向信号进行预补偿。
[0031] 所述步骤（3)中图像压缩模块根据步骤（2)中提取的图像数据的亮度和灰度信息 进行压缩编码；在压缩编码过程中根据码率要求自适应调节压缩倍数。
[0032] 所述加密模块的传送方式包括明文传送和密文传送，并且密钥根据不同的要求进 行装订更换。
[0033] 所述模拟视频接口支持PAL和NTSC两种制式的模拟图像。
[0034] 所述步骤（4)中的约定帧格式具体为：
[0035] 帧总长度为1792比特，帧中内容依次为：帧同步字16比特、密钥同步字32比特、 状态域8比特、链路帧计数8比特、状态字长度8比特、状态字1为280比特、状态字2为 480比特、图像帧计数8比特、压缩图像944比特和标示8比特；
[0036] 其中帧同步字用于完成帧同步功能，为固定内容1110101110010000,密钥同步字 用于在解密时进行密钥识别，状态域用于填充前向链路的伪码同步和载波同步状态，链路 帧计数用于对返向信息帧进行循环计数〇?255,状态字长度用于指示返向信息帧中包含 的飞行状态信息和遥测信息的长度，状态字1为飞行状态信息内容，状态字2为遥测信息内 容，图像帧计数用于对每幅图像压缩后的数据进行计数，压缩图像为图像压缩后的数据，标 示用于表示返向信息帧中是否包含飞行状态信息和遥测信息。
[0037] 本发明与现有技术相比的有益效果是：
[0038] (1)本发明对于伪码捕获采用序列匹配滤波的并行处理方法，相关值计算采用部 分相关和非相干累加，能够极大缩短捕获时间，对大动态条件下的频率偏移和复杂信道环 境下的干扰不敏感；
[0039] (2)本发明对于载波同步采用FFT校频、二阶FLL鉴频和三阶DLL鉴相相结合的算 法对接收信号进行捕获和跟踪；并利用前向接收计算得到的频率多普勒和伪码多普勒对返 向信号在发射前进行预补偿，能够适应飞行器高达十几马赫的速度和三十个g的加速度；
[0040] (3)本发明采用直接序列扩展频谱的通信体制，降低了发射信号的功率谱密度，使 信号隐藏于热噪声噪底以下，不易被侦测发现；同时利用扩展频谱得到的扩频增益，可以使 系统具有一定的干扰容限，对于无意干扰和人为干扰都具有一定的抵抗能力，而不影响系 统的误码率；
[0041] (4)本发明采用专门的加密模块，利用和时间关联的复杂加密处理算法，且在执行 测控任务时采用"一次一密"的方法装订任务密钥，提高了系统的安全性能，直扩通信体制 和数据加密等方式结合，使系统具有低误码率、低时延、高可靠性、抗干扰的优点；
[0042] (5)本发明中返向信息传输速率可以根据地面测控系统发送的上行控制指令进行 切换，支持20kbps和100kbps两种速率模式，在低码率模式时，可以将发射链路的功率放大 器输出功率降低7dB，从而显著降低系统的电源功率耗费；
[0043] (6)本发明的接口模块对外具有LVDS数字图像接口，支持标准的LVDS格式的数 字图像数据输入；同时支持PAL制式和NTSC制式的模拟图像；接口模块上同时具备相应支 持LVDS信号接收和模拟图像模拟数字转换的专用处理芯片；通过控制模块可以控制选择 输入数据格式，使得数据处理器既支持模拟图像源，又可支持数字图像源；
[0044] (7)本发明内部各信号处理器的程序加载和烧录下载控制信号通过专用控制电路 连接至接口模块，由接口模块统一进行管理；在设备加电情况下，通过串行485总线将程序 二进制文件数据输入至接口模块，由接口模块按格式对数据进行分发，完成嵌入式软件的 在线升级功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0045] 图1为本发明系统结构图；
[0046] 图2为前向信息处理流程图；
[0047] 图3为返向信息处理流程图；
[0048] 图4为返向信息帧格式图。
【具体实施方式】
[0049] 下面结合附图对本发明一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统的技术 方案进行详细描述。
[0050] 数据处理器用于完成"飞行器-卫星-地面系统"及"地面系统-卫星-飞行器" 双向数据传输的基带信号处理和数据处理过程；数据处理器实时收集自身状态信息，传送 给外部遥测系统，在进行飞行试验时可以根据状态信息进行数据分析和故障排查；同时数 据处理器将前向链路状态如信噪比和频偏多普勒值等通过返向链路传送至地面系统，可以 监测前向链路的工作状态和信号质量。
[0051] 数据处理器内部在结构上采用子母板插拔的结构形式，母板固定于机箱底部，各 模块子板通过机箱左右侧壁上相应插槽插入机箱，插入后子板与母板上相应接插件实现电 气连接，然后通过各子板上锁紧机构将其锁紧于机箱内相应插槽。考虑到数据处理器外部 输入信号的种类和特点，机箱外部接插件的信号首先通过线缆引到母板上，再通过母板将 信号分别转接到相应的处理模块。该方法在保证可靠性的同时，具有连接可靠、安装简单、 使用维护方便等特点。另外，对设备内的电源模块布置于机箱靠近侧壁的位置，其DC-DC模 块散热片紧贴机箱侧壁外壳以利于热量的散发。
[0052] 如图1所示为本发明的系统结构图，由图1可知，本发明提出的一种用于高速飞行 器天基测控的数据处理器系统，包括电源模块、控制模块、接口模块、加密模块、前向处理模 块和返向处理模块；
[0053] 数据处理器各模块的主要功能如下：
[0054] (1)电源模块
[0055] 电源模块与其他模块均连接，完成一次输入电源（+28VDC±3V)的电压变换与电 气隔离，为其他模块提供稳定的二次电源（+5VDC±0. 2V);
[0056] (2)接 口模块
[0057] 接口模块包括LVDS接口、模拟视频接口、串行异步通信接口和软件在线升级管理 总线接口，接口模块的所有接口均采取电气隔离设计；
[0058] 其中LVDS接口为数字图像接口，支持标准的LVDS格式的数字图像数据输入；模拟 视频接口同时支持PAL制式和NTSC制式的模拟图像；接口模块上同时具备相应支持LVDS 信号接收和模拟图像模拟数字转换的专用处理芯片；通过控制模块可以控制选择输入数据 格式，使得数据处理器既支持模拟图像源，又可支持数字图像源；
[0059] 串行异步通信接口用于外部飞行器和数据处理器指令信息、状态信息和遥测信息 的接收与发送；
[0060] 软件在线升级管理总线接口为串行485总线，用于接收嵌入式软件数据，接口模 块对系统内部各信号处理器的程序烧录控制信号进行统一管理，在设备加电的情况下，可 以将程序二进制文件数据输入至接口模块，由接口模块按格式对数据进行分发，完成嵌入 式软件的在线升级功能；
[0061] (3)控制模块
[0062] 控制模块通过接口模块的串行异步通信接口与外部飞行器连接，接收来自外部飞 行器控制计算机的控制指令，对控制指令进行解析后发送到加密模块、前向处理模块和返 向处理模块，以控制数据处理器的工作过程；
[0063] 控制模块同时接收外部飞行器控制计算机发送的飞行状态信息和遥测系统发送 的遥测信息，并将飞行状态信息和遥测信息发送给返向处理模块，由返向处理模块进行组 中贞等处理；
[0064] 控制模块根据接收到的飞行器姿态和位置等信息，包括经度、纬度、高度和航向 等，实时解算出飞行器和中继卫星之间的位置相对关系，选择相应的指向天线和波束，产生 对天线的控制指令并输出给射频前端，使飞行器的天线阵面和中继卫星之间相互可见，保 持链路连通，实现飞行过程全覆盖；
[0065] 控制模块同时与加密模块、前向处理模块和返向处理模块连接，监控各模块的工 作状态，并将各模块的工作状态通过接口模块输出；
[0066] (4)加密模块
[0067] 加密模块与前向处理模块和返向处理模块连接，对返向数据流和前向数据流分别 进行加密和解密；加密算法和时间关联，且在执行测控任务时采用"一次一密"的方法装订 任务密钥，提高了系统的安全性能；系统采用的直扩通信体制和数据加密相结合，具有低误 码率、低时延、高可靠性、抗干扰的优点；
[0068] (5)前向处理模块
[0069] 前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号 的接收处理环节，首先采用序列匹配滤波并行处理方法进行伪码捕获，其中的相关值计算 采用部分相关和非相干累加，运用非相干延迟锁定环进行伪码跟踪，完成解扩过程；然后利 用FFT校频、二阶FLL鉴频和三阶DLL鉴相相结合的算法对接收信号进行载波捕获和跟踪， 通过变换环路带宽，使数据处理器可以适应飞行器十几马赫的速度和三十个g的加速度， 完成解调过程；然后经过位同步和级联信道译码，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部 设备；在解扩和解调环节，提取出前向信号的伪码多普勒和频率多普勒，输出给控制模块； [0070] (6)返向处理模块
[0071] 返向处理模块从接口模块接收图像数据进行图像压缩，并从控制模块接收飞行状 态信息和遥测信息，对压缩后的图像信息、飞行状态信息和遥测信息进行组帧、信道编码、 扩频调制和数/模转换等发射处理环节，生成中频信号输出给外部射频前端，最终传送给 地面系统；
[0072] 其中在扩频环节，采用直接序列扩展频谱的方式，降低了发射信号的功率谱密度， 使信号隐藏于热噪声噪底以下，不易被侦测发现；利用扩展频谱得到的扩频增益，可以使系 统具有一定的干扰容限，对于无意干扰和人为干扰都具有一定的抵抗能力，而不影响系统 的误码率；同时利用直接序列扩展频谱多址接入，支持多个用户，可以同时对多个飞行器进 行测控；
[0073] 其中在调制环节，根据来自控制模块的频率多普勒和伪码多普勒信息对返向信号 进行预补偿；
[0074] 前向信息处理过程如附图2,前向信息处理的具体步骤如下：
[0075] (1)首先接收来自射频前端的中频模拟信号，经过抗混叠滤波和自适应增益控制 AGC，经变压器转换后进行采样和量化处理，变为数字信号。具体为中心频率140MHz的模拟 信号，利用110MHz时钟进行采样，得到位宽12比特的数据；
[0076] (2)对步骤⑴量化后的数字信号进行下变频、数字滤波、伪码捕获和跟踪，完成 信号解扩。具体为对输入12比特数据进行下变频滤波后，得到同相之路I和正交支路Q两 路位宽10比特的数据，运用匹配滤波方法得到位宽16比特的相关值；本地伪码和I/Q信号 分别做二进制加法运算，输出位宽6比特的数据；
[0077] (3)对步骤（2)解扩后的信号进行FFT频率估计，运用FLL鉴频和PLL鉴相器相结 合的方式进行载波同步，完成解调功能。具体为对信号进行数据消调制，进行长度1024的 FFT运算，估计出信号频率偏移值32比特；运用阶数为2的锁频环路和阶数为3的锁相环 路，输出相位偏移值32比特；两路偏移值输出给下变频模块进行处理；
[0078] (4)对步骤（3)解调后的信号进行比特定时同步，并进行幅度软值量化。具体为 对I/Q两路6比特位宽的数据，进行加扣脉冲处理，得到最佳采样位置，得到8比特位宽的 幅度值，按照分布概率量化为3比特；
[0079] (5)对步骤⑷量化后的数据进行信道译码，进行帧同步和解扰，去掉信道附加信 息，送加密模块进行解密后恢复出前向数据，按照规定协议输出。具体为进行约束长度为7、 码率1/2的卷积码的Viterbi译码，通过扰码生成多项式进行数据相乘解扰，去掉4个字节 的帧同步字，输出52字节有效数据；
[0080] (6)在步骤⑴和⑵中估计前向接收信号的载噪比和多普勒频偏数值，输出给控 制模块。具体为载噪比和频偏值分别取值8比特，填充至数据协议格式中。
[0081] 返向信息处理过程如附图3,返向信息处理的具体步骤如下：
[0082] (1)根据控制命令设定返向信息速率，计算相关参数。具体为根据设定的两档信息 速率20kbps和100kbps，计算相应频率控制字，量化为31比特参数；
[0083] (2)接收来自接口模块的视频信号，进行预处理后根据图像格式进行压缩编码； 具体为图像压缩倍数根据信息速率进行控制，一般压缩倍数在10?16倍；
[0084] (3)接收来自控制模块的飞行状态信息和遥测信息。具体为飞行状态信息和遥测 信息每包25字节，帧频20Hz ;
[0085] (4)对步骤（2)和步骤（3)的压缩后图像数据、飞行状态信息和遥测信息内容按 照约定帧格式进行打包和组帧。帧格式如附图4所示，具体为：帧总长度为1792比特，帧中 内容依次为：帧同步字16比特、密钥同步字32比特、状态域8比特、链路帧计数8比特、状 态字长度8比特、状态字1为280比特、状态字2为480比特、图像帧计数8比特、压缩图像 944比特、标示8比特，其中帧同步字用于完成帧同步功能，为固定内容1110101110010000， 密钥同步字用于在解密时进行密钥识别，状态域用于填充前向链路的伪码同步和载波同步 状态，链路帧计数用于对返向信息帧进行循环计数〇?255,状态字长度用于指示返向信息 中贞中包含的飞行状态信息和遥测信息的长度，状态字1为飞行状态信息内容，状态字2为遥 测信息内容，图像帧计数用于对每幅图像压缩后的数据进行计数，压缩图像为图像压缩后 的数据，标示用于表示返向信息帧中是否包含飞行状态信息和遥测信息；
[0086] (5)对步骤（4)组帧后的数据由加密模块进行加密处理后输出至返向处理模块， 进行数据加扰，加密不改变信号格式；加扰采用伪随机码作为扰码和数据比特进行二进制 异或的方法；
[0087] (6)对步骤（5)进行级联信道编码，然后根据设定的伪码进行扩频处理。具体为进 行R-S编码和卷积（2, 1，7)编码的级联，编码后数据速率变为信息速率的2倍，扩频采用码 长1023的Gold序列；
[0088] (7)对步骤（6)扩频后的数据运用根升余弦滤波器进行成型滤波。具体为滚降系 数选定0. 35,成型后输出数据位宽16比特；
[0089] (8)对步骤（7)滤波后的数据进行PSK调制，根据来自控制模块的频率多普勒和伪 码多普勒信息对返向信号载波进行预补偿校正，输出数字信号经数模转换器后生成模拟信 号。具体为和载波相乘，输出数据截取14比特，输出给DAC后，变成幅度lVp-p的140MHz 信号。
【权利要求】
1. 一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在于包括：电源模块、接 口模块、控制模块、加密模块、前向处理模块和返向处理模块； 其中电源模块与其他模块均连接，完成一次输入电源的电压变换与电气隔离，为其他 模块提供二次电源； 接口模块包括LVDS接口、模拟视频接口、串行异步通信接口和软件在线升级管理总线 接口，其中LVDS接口为数字图像接口，模拟视频接口为模拟图像接口，LVDS接口和模拟视 频接口用于接收外部设备的图像数据，串行异步通信接口用于外部飞行器和数据处理器指 令信息、状态信息和遥测信息的接收与发送，软件在线升级管理总线接口用于接收嵌入式 软件数据，接口模块的所有接口均采取电气隔离设计； 控制模块通过接口模块的串行异步通信接口与外部飞行器连接，接收来自外部飞行器 控制计算机的控制指令，对控制指令进行解析后发送到加密模块、前向处理模块和返向处 理模块；同时接收外部飞行器控制计算机发送的飞行状态信息和遥测系统发送的遥测信 息，并将飞行状态信息和遥测信息发送给返向处理模块；同时对飞行器飞行状态信息进行 实时解算，产生天线控制命令，并将天线控制命令传送给外部射频前端；所述飞行状态信息 包括外部飞行器的姿态、飞行速度和位置信息； 控制模块同时与加密模块、前向处理模块和返向处理模块连接，监控各模块的工作状 态，并将各模块的工作状态通过接口模块输出； 加密模块与前向处理模块和返向处理模块连接，对返向数据流和前向数据流分别进行 加密和解密，并完成密钥管理功能； 前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号的接 收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备； 返向处理模块从接口模块接收图像数据，并从控制模块接收飞行状态信息和遥测信 息，完成对图像信息、飞行状态信息和遥测信息的发射处理环节，生成中频信号输出给外部 射频前端，最终传送给地面系统。
2. 根据权利要求1所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号 的接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；具体为： 前向处理模块包括模/数转换模块、解扩模块、解调模块、位同步模块和译码模块，信 号处理的具体过程如下： (1) 模/数转换模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频模拟信号，进行采样 和量化处理，变为数字信号； (2) 解扩模块对步骤（1)中的数字信号进行下变频、数字滤波、伪码捕获和跟踪，完成 信号解扩，同时得到前向信号伪码多普勒； (3) 解调模块对步骤（2)中解扩后的信号进行FFT频率估计，运用FLL鉴频和PLL鉴相 的方法进行载波同步，完成信号解调，同时得到前向信号频率多普勒； (4) 位同步模块对步骤（3)中解调后的信号进行比特定时同步，并进行幅度量化，完成 信号的位同步； (5) 译码模块对步骤（4)中位同步之后的信号进行信道译码、帧同步和解扰后，送加密 模块进行解密后恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备。
3. 根据权利要求1所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述返向处理模块从接口模块接收图像数据，并从控制模块接收飞行状态信息和遥测 信息，完成对图像信息、飞行状态信息和遥测信息的发射处理环节，生成中频信号输出给外 部射频前端；具体为： 返向处理模块包括图像预处理模块、图像压缩模块、信道编码模块、扩频调制模块和数 /模转换模块，信号处理的具体过程如下： (1) 返向处理模块接收来自控制模块的控制命令，并从控制模块接收飞行状态信息和 遥测信息，设定返向信息速率和和返向信号处理相关参数；所述相关参数包括返向处理模 块中每个子模块的频率控制字； (2) 图像预处理模块接收来自接口模块的图像数据，提取图像数据的亮度和灰度信 息； (3) 图像压缩模块根据步骤（2)中提取的图像数据的亮度和灰度信息进行压缩编码； (4) 信道编码模块将步骤（3)中压缩编码后的图像数据与步骤（1)中接收的遥测信息 按照约定帧格式进行打包和组帧，送加密模块进行加密处理后返回至返向处理模块，进行 数据加扰，然后进行级联信道编码； (5) 扩频调制模块根据设定的伪码对步骤（4)中信道编码后的信号采用直接序列扩频 通信体制进行扩频处理，运用根升余弦滤波器对扩频处理后的信号成型滤波，然后进行PSK 调制； (6) 数/模转换模块对步骤（5)中的调制信号进行数/模转换，生成中频模拟信号，并 将生成的中频信号输出给外部射频前端。
4. 根据权利要求3所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述步骤（1)中的返向信息速率为20kbps和100kbps。
5. 根据权利要求3所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述步骤（5)中的PSK调制利用前向处理模块中计算得到的前向信号频率多普勒和前 向信号伪码多普勒对返向信号进行预补偿。
6. 根据权利要求3所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述步骤（3)中图像压缩模块根据步骤（2)中提取的图像数据的亮度和灰度信息进行 压缩编码；在压缩编码过程中根据码率要求自适应调节压缩倍数。
7. 根据权利要求1所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述加密模块的传送方式包括明文传送和密文传送，并且密钥根据不同的要求进行装 订更换。
8. 根据权利要求1所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述模拟视频接口支持PAL和NTSC两种制式的模拟图像。
9. 根据权利要求3所述的一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，其特征在 于：所述步骤（4)中的约定帧格式具体为： 帧总长度为1792比特，帧中内容依次为：帧同步字16比特、密钥同步字32比特、状态 域8比特、链路帧计数8比特、状态字长度8比特、状态字1为280比特、状态字2为480比 特、图像帧计数8比特、压缩图像944比特和标示8比特； 其中帧同步字用于完成帧同步功能，为固定内容1110101110010000,密钥同步字用于 在解密时进行密钥识别，状态域用于填充前向链路的伪码同步和载波同步状态，链路帧计 数用于对返向信息帧进行循环计数0?255,状态字长度用于指示返向信息帧中包含的飞 行状态信息和遥测信息的长度，状态字1为飞行状态信息内容，状态字2为遥测信息内容， 图像帧计数用于对每幅图像压缩后的数据进行计数，压缩图像为图像压缩后的数据，标示 用于表示返向信息帧中是否包含飞行状态信息和遥测信息。
【文档编号】H04B7/185GK104158582SQ201410318176
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】王书省, 贺占权, 张少甫, 曹旸, 肖长春 申请人:航天恒星科技有限公司