一种双晶振切换测控应答机及其切换方法与流程

本发明涉及航天测控通信技术领域，特别涉及一种双晶振切换测控应答机及其切换方法。

背景技术：

测控应答机是卫星测控通信分系统的重要组成部分，是星地联络的主要通道，主要用于地面对卫星的跟踪及轨道测量，以及传输遥控、遥测等信息的任务。测控应答机通常有相干与非相干两种工作模式。应答机锁定上行信号时为相干模式，即收、发信号之间相位相干，两者通过同一个频率源，即应答机内部的压控晶振进行转发。在相干模式下应答机可以完成测速、测距的功能。应答机未锁定上行信号时为非相干模式。在非相干模式下，应答机的下行信号来自温补晶振，因此收、发相位不相干。此时，应答机发送一个相位稳定的载波作为地面站的跟踪信标。在非相干模式下，应答机不具备测速、测距功能，仅相当于一个具有稳定信标的遥测发射机。

由于测控应答机内部有压控晶振与温补晶振两个晶振，两个晶振之间会出现互相干扰的情况，常常表现为两个晶振的频率差拍信号调制在下行载波上，形成发射频谱的带外杂波。

技术实现要素：

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出了一种双晶振切换测控应答机及其切换方法。该测控应答机通过对切换开关、隔离开关、稳压器的控制，在使用其中一个晶振信号作为发射激励时关闭另一个晶振信号。在相干模式下，关闭温补晶振的供电电源，压控晶振提供激励；在非相干模式下，压控晶振与温补晶振均工作，但来自压控晶振的激励信号被切断，仅温补晶振提供激励。两路晶振信号之间的切换通过锁相环锁定指示电压来控制。采用该双晶振切换测控应答机及其切换方法，可以保证两路晶振信号之间的高度隔离。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种双晶振切换测控应答机，包括：接收前端、鉴相器、环路滤波器、压控晶振、移相器、乘法器、比较器、隔离开关、切换开关、温补晶振、稳压器、发射前端；

其中：

所述接收前端的输出端分为两路，一路与所述鉴相器主输入端相连，一路与所述乘法器主输入端相连；

所述鉴相器输出端与所述环路滤波器输入端相连；

所述环路滤波器输出端与所述压控晶振控制端相连；

所述压控晶振输出端分为三路，一路与所述隔离开关输入端相连，一路与所述鉴相器参考输入端相连，一路与所述移相器输入端相连；

所述移相器输出端与所述乘法器参考输入端相连；

所述乘法器输出端与所述比较器输入端相连；

所述比较器输出端分为三路，分别与所述隔离开关的控制端、所述切换开关的控制端与所述稳压器的使能端相连；

所述隔离开关输出端与所述切换开关第一输入端相连；

所述稳压器输出端与所述温补晶振供电端相连，所述温补晶振输出端与所述切换开关第二输入端相连；

所述切换开关输出端与所述发射前端输入端相连。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种双晶振切换测控应答机的切换方法，基于如权利要求1所述的一种双晶振切换测控应答机，包括以下步骤：

s1：接收前端将测控应答机接收到的上行信号由射频段下变频获得中频接收信号，并将信号放大到预设的电平；

s2：鉴相器、环路滤波器、压控晶振形成一个锁相环路，对所述接收前端输出的中频接收信号进行锁定和频率跟踪，并产生信号输入所述隔离开关作为第一发射激励信号和输入所述移相器作为移相器输入信号；

s3：移相器将所述移相器输入信号进行90°移相后输入乘法器作为乘法器参考信号，乘法器接收所述中频接收信号后向比较器输出一锁相环状态电压，比较器将所述锁相环状态电压转换为锁定指示电压后输出至所述隔离开关、稳压器、切换开关；

s4：隔离开关在锁定指示电压的控制下，选择断开或连通压控晶振传输给发射前端的所述第一发射激励信号，

切换开关在锁定指示电压的控制下，选择将来自压控晶振的第一发射激励信号或来自温补晶振的第二发射激励信号传输至所述发射前端，

稳压器在锁定指示电压的控制下，选择断开或接通温补晶振的供电，所述温补晶振在所述稳压器供电情况下输出第二发射激励信号；

s5：发射前端将来自压控晶振的第一发射激励信号或来自温补晶振的第二发射激励信号上变频获得射频发射信号，放大后输出。

作为一种优化方案，所述步骤s2进一步包括：

s11，鉴相器将压控晶振输出信号作为鉴相器参考信号和中频接收信号进行相位比较，产生比较电压；

s12，环路滤波器通过积分和放大，将比较电压转变为用于控制压控晶振输出频率的控制电压，当锁相环路为锁定状态时，压控晶振输出相位与中频接收信号相干的信号，作为第一发射激励信号、鉴相器参考信号和移相器输入信号。

作为一种优化方案，所述步骤s3进一步包括：

s31：当测控应答机工作于相干模式时，锁相环锁定，乘法器两路输入信号相位相干，乘法器输出电压高于比较器参考电压，比较器输出的锁定指示电压为高电平；

s32：当测控应答机工作于非相干模式时，锁相环失锁，乘法器两路输入信号相位不相干，乘法器输出电压低于比较器参考电压，比较器输出的锁定指示电压为低电平。

作为一种优化方案，所述步骤s4进一步包括：

当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为高电平，隔离开关在锁定指示电压的控制下，选择连通压控晶振传输给发射前端的所述第一发射激励信号，

当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为低电平，隔离开关在锁定指示电压的控制下，选择断开压控晶振传输给发射前端的所述第一发射激励信号。

作为一种优化方案，所述步骤s4进一步包括：

当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为高电平，切换开关在锁定指示电压的控制下，选择将来自压控晶振的第一发射激励信号传输至所述发射前端。

当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为低电平，切换开关在锁定指示电压的控制下，选择将来自温补晶振的第二发射激励信号传输至所述发射前端。

作为一种优化方案，所述步骤s4进一步包括：

当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为高电平，稳压器在锁定指示电压的控制下，选择断开温补晶振的供电；

当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为低电平，稳压器在锁定指示电压的控制下，选择接通温补晶振的供电。

相较于现有技术，本发明具有以下优点：

(1)在相干模式下，温补晶振不工作，不会干扰压控晶振产生的发射激励信号。

(2)在非相干模式下，来自压控晶振的激励信号通过隔离开关和切换开关关断，而仅由温补晶振提供激励。压控晶振的输出信号与温补晶振的输出信号之间能保持高度隔离，确保压控晶振的输出信号不会干扰温补晶振产生的发射激励信号。

(3)由于在非相干模式下，压控晶振仍在工作，因此测控应答机能随时捕获、锁定上行信号，切换为相干模式。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明：

图1为本发明的双晶振切换测控应答机的结构示意图；

图2为本发明的双晶振切换测控应答机的切换方法的流程图。

标号说明：1-接收前端、2-鉴相器、3-环路滤波器、4-压控晶振、5-移相器、6-乘法器、7-比较器、8-隔离开关、9-切换开关、10-温补晶振、11-稳压器、12-发射前端。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

为更好地说明本发明，兹以两个优选实施例，并配合图1对本发明作详细说明具体如下。

实施例1：

结合图1，本实施例详细描述本发明的双晶振切换测控应答机。

如图1所示，本发明提供的双晶振切换测控应答机，其包括：接收前端1、鉴相器2、环路滤波器3、压控晶振4、移相器5、乘法器6、比较器7、隔离开关8、切换开关9、温补晶振10、稳压器11、发射前端12。其中：

接收前端1的输出端分为两路，一路与鉴相器2的主输入端相连，一路与乘法器6的主输入端相连。接收前端1用于将测控应答机接收到的上行信号由射频段(2ghz)下变频到中频段(9mhz)，并将信号放大到0dbm，以便后续电路对信号作进一步处理。

鉴相器2的输出端与环路滤波器3的输入端相连。环路滤波器3的输出端与压控晶振4的控制端相连。压控晶振4的输出端分为三路，一路与隔离开关8的输入端相连，一路与鉴相器2的参考输入端相连，一路与移相器5的输入端相连。

鉴相器2用于将压控晶振4的输出信号和中频接收信号进行相位比较，产生反映两路信号相位差的比较电压。环路滤波器3通过积分和放大，将比较电压转变为可以控制压控晶振4输出频率的控制电压。鉴相器2、环路滤波器3、压控晶振4组成一个锁相环路，用于对接收前端输出的中频接收信号进行锁定和频率跟踪，并产生发射激励信号和乘法器6的参考信号。鉴相器2的鉴相特性为余弦型，因此当环路锁定后，压控晶振4的输出信号与接收前端1的输出信号为90°正交。

移相器5的输出端与乘法器6的参考输入端相连。乘法器6的输出端与比较器7的输入端相连。比较器7的输出端分为三路，分别与隔离开关8的控制端、切换开关9的控制端和稳压器11的使能端相连。

移相器5用于将压控晶振4输出的信号进行90°移相后作为乘法器6的参考信号。乘法器6输出与环路锁定状态相关的电压。比较器7将乘法器6输出的电压转换为锁定指示电压vs。当测控应答机工作于相干模式时，锁相环锁定，乘法器两路输入信号相位相同，乘法器输出电压高于比较器参考电压vr，比较器输出的锁定指示电压vs为高电平+5v。当测控应答机工作于非相干模式时，锁相环失锁，乘法器两路输入信号相位不相干，乘法器输出电压低于比较器参考电压vr，比较器输出的锁定指示电压vs为低电平0v。

隔离开关8的输出端与切换开关9的输入端1相连。隔离开关8在锁定指示电压vs的控制下，关闭或连通压控晶振4输送给发射前端12的第一发射激励信号。当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压vs为高电平+5v，压控晶振10输出发射激励信号给发射前端12；当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压vs为低电平0v，压控晶振4输出的第一发射激励信号被关断。

切换开关9的输出端与发射前端12的输入端相连。切换开关9在锁定指示电压vs的控制下，决定输给发射前端12的发射激励信号是来自压控晶振4还是温补晶振10。当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为+5v，压控晶振4输出的信号将送往发射前端；当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为0v，温补晶振10输出的信号将送往发射前端12。

稳压器11的输出端与温补晶振10的供电端相连，温补晶振10的输出端与切换开关9的输入端2相连。稳压器11的使能端为低电平有效，在锁定指示电压vs的控制下，关闭或接通温补晶振10的供电电压vcc。当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压vs为+5v，稳压器无输出，温补晶振10供电断开，不工作，无信号输出；当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压vs为0v，稳压器11将供电电压vcc输送至温补晶振10的供电端，温补晶振10的输出信号作为发射激励信号。

发射前端12将来自压控晶振4或温补晶振10的发射激励信号上变频至射频段(2ghz)，放大至30dbm后输出。

本实施例的测控应答机，通过锁相环锁定指示电压vs来控制两路晶振信号之间的切换。在相干模式下，压控晶振4提供激励，同时温补晶振10不工作，不会干扰压控晶振4产生的发射激励信号；在非相干模式下，压控晶振4与温补晶振10同时工作，但来自压控晶振4的激励信号被隔离开关8和切换开关9切断，而仅由温补晶振10提供激励。此时发射频谱中来自压控晶振4的频率差拍信号比来自温补晶振10的主信号低70db以上，保证了两路晶振信号之间的高度隔离以及发射频谱的纯净。

实施例2：

结合图2，本实施例详细描述本发明的测控应答机双晶振切换的方法，其包括以下步骤：

s1：接收前端用于将测控应答机接收到的上行信号由射频段下变频到中频段，并将信号放大到适当的电平，以便后续电路对信号作进一步处理。

s2：鉴相器、环路滤波器、压控晶振组成一个锁相环路，用于对接收前端输出的中频接收信号进行锁定和频率跟踪，并产生发射激励信号和乘法器的参考信号。

较佳地，所述步骤s1进一步包括：

s11：鉴相器用于将压控晶振输出信号和中频接收信号进行相位比较，产生反映两路信号相位差的比较电压。

s12：环路滤波器通过积分和放大，将比较电压转变为可以控制压控晶振输出频率的控制电压。

s13：当锁相环锁定时，压控晶振输出相位与中频接收信号相干的信号，作为发射激励信号、鉴相器参考信号和移相器输入信号。

锁相环有锁定和失锁两种状态。两种状态的控制来源是鉴相器主输入端的中频信号。压控晶振有一个工作频率范围，当鉴相器输入的中频信号频率在此工作范围内时，压控晶振的输出频率便会自动同步中频信号的频率(相位相干)，这一过程称为“锁定”、“跟踪”。当鉴相器输入的中频信号频率在压控晶振工作频率范围外时，压控晶振处于自由振荡状态，其输出的频率与中频信号频率无关(相位不相干)，这一状态称为“失锁”。

s3：移相器用于将压控晶振输出的信号进行90°移相后作为乘法器参考信号。乘法器输出与环路锁定状态相关的电压。比较器将乘法器输出的电压转换为锁定指示电压。

较佳地，所述步骤s3进一步包括：

s31：当测控应答机工作于相干模式时，锁相环锁定，乘法器两路输入信号相位相干，乘法器输出电压高于比较器参考电压，比较器输出的锁定指示电压为高电平。

s32：当测控应答机工作于非相干模式时，锁相环失锁，乘法器两路输入信号相位不相干，乘法器输出电压低于比较器参考电压，比较器输出的锁定指示电压为低电平。

s4：隔离开关在锁定指示电压的控制下，关闭或连通压控晶振输送给发射前端的发射激励信号。

较佳地，所述步骤s4进一步包括：

s41：当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为高电平，压控晶振输出发射激励信号给发射前端。

s42：当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为低电平，压控晶振输出的发射激励信号被关断。

s5：切换开关在锁定指示电压的控制下，决定输给发射前端的发射激励信号来自压控晶振还是温补晶振。

较佳地，所述步骤s5进一步包括：

s51：当测控应答机工作于相干模式时，锁定指示电压为高电平，压控晶振输出的信号将送往发射前端。

s52：当测控应答机工作于非相干模式时，锁定指示电压为低电平，温补晶振输出的信号将送往发射前端。

s6：稳压器在锁定指示电压的控制下，关闭或接通温补晶振的供电。

较佳地，所述步骤s6进一步包括：

s61：当测控应答机工作于相干模式时，稳压器无输出，温补晶振供电断开，不工作，无信号输出。

s62：当测控应答机工作于非相干模式时，稳压器将供电电压输送至温补晶振供电端，温补晶振输出信号作为发射激励信号。

s7：发射前端将来自压控晶振或温补晶振的发射激励信号上变频至射频段，放大后输出。

此处公开的仅为本发明的优选实施例，本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，并不是对本发明的限定。任何本领域技术人员在说明书范围内所做的修改和变化，均应落在本发明所保护的范围内。