一种高可靠通用化应答机中频处理机的制作方法

本发明属于航天测控通信技术领域，尤其涉及一种高可靠通用化应答机中频处理机。

背景技术

应答机在航天测控中起了异常重要的纽带作用，其用于接收地面上行遥控信号和测距信号，完成解调、解扩、测距、测速功能；完成调制、放大、转发下行遥测信号和下行测量信号。应答机产品通常包含中频处理机、射频收发组件、二次电源等主要模块。其中，中频处理机主要完成通道信号处理、接收信号a/d转换、发射信号d/a转换、伪码和载波的捕获等功能。

由于中频处理机在应答机产品中起着至关重要的作用，中频处理机的可靠性需要得到很好保证。又由于应答机产品种类繁多，性能指标要求不一，传统的中频处理机不具有通用性，各产品往往需配备专用的中频处理机，且各型号类似产品间通用性较差，导致应答机中频处理机研制过程中存在资源浪费、过程繁杂、效率低等诸多问题。

传统的应答机中频处理机往往功能单一，在可靠性和通用化方面均有所欠缺。而在应答机中频处理机的设计中，保障高可靠性至关重要，实现设计的通用化也是十分必要的。

技术实现要素：

为了解决如何实现应答机中频处理机的高可靠与通用化，本发明提出了一种高可靠通用化应答机中频处理机。

本发明所采用的技术方案是：

一种高可靠通用化应答机中频处理机，包括sram型fpga、反熔丝fpga、a/d转换电路、d/a转换电路和接口电路，所述sram型fpga用于对地测控、中继测控的快速捕获和通道信号处理；所述反熔丝fpga用于完成所述sram型fpga工作状态的监控和关键参数的实时刷新处理；所述a/d转换电路用于对来自射频收发模块的中频信号进行a/d转换，将产生的数字信号发送给所述sram型fpga；所述d/a转换电路用于对来自所述sram型fpga的数字信号进行d/a转换，将产生的中频信号发送给射频收发模块；所述接口电路用于和综合电子模块之间进行遥控、遥测信号的发送与接收。

较佳的，所述sram型fpga包括主控电路、通道信号处理电路和fft快捕电路，所述通道信号处理电路包括上行测量通道处理电路和遥控通道处理电路；所述fft快捕电路用于采用快捕方式来实现伪码和载波的捕获；所述上行测量通道处理电路用于对一路上行测量信号进行剥离、跟踪与锁定，并在下行测量帧的帧同步下降沿对一路上行测量信号进行采样，获取一路上行测量信号的状态；所述遥控通道处理电路用于对遥控信号进行剥离、跟踪与锁定，以及完成数据解调，并将解调数据传给星上遥控单元；所述主控电路用于读取由所述通道信号处理电路在下行测量帧同步时刻采样得到的一路上行测量信号的状态，将该状态信息扩频处给发射机。

较佳的，所述主控电路以基准时钟为参考，产生系统10khz时钟提供给所述fft快捕电路和所述通道信号处理电路。

较佳的，应答机中频处理机还包括prom，所述prom用于存储处理所述sram型fpga的配置信息。

较佳的，所述sram型fpga、反熔丝fpga、a/d转换电路和所述d/a转换电路的主要芯片均采用宇航级的芯片。

较佳的，应答机中频处理机采用通用化硬件平台设计。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明公开的高可靠通用化应答机中频处理机，针对空间单粒子翻转，其采用反熔丝fpga对sram型fpga内部配置信息实时刷新，从而在不间断sram型fpga工作的前提下，纠正sram型fpga内部发生的单粒子翻转，确保了应答机中频处理机在宇航环境下运行的高可靠性；

本发明公开的高可靠通用化应答机中频处理机，其sram型fpga、反熔丝fpga、a/d转换、d/a转换等主要芯片均采用质量等级为宇航级的芯片，具有很好的抗辐照和抗单粒子翻转性能，此外，电阻、电容、电感等其他元器件也均选用宇航级，确保了应答机中频处理机在宇航环境下运行的高可靠性；

本发明公开的高可靠通用化应答机中频处理机，采用通用化硬件平台设计，同时具备对地测控和中继测控功能，通过更改不同的参数配置，修改本振频率值，即可对应答机接收与发射信号频点进行相应更改，满足不同型号卫星的需求，从而实现了应答机中频处理机的通用化。

附图说明

图1为本发明一实施例的应答机中频处理机的结构图；

图2为本发明一实施例的应答机中频处理机实时刷新电路图；

图3为本发明一实施例的应答机中频处理机实时刷新流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施方式进行详细的阐述。

图1为一种高可靠通用化应答机中频处理机，包括sram型fpga、反熔丝fpga、a/d转换电路、d/a转换电路和接口电路，sram型fpga用于对地测控、中继测控的快速捕获和通道信号处理。反熔丝fpga用于完成sram型fpga工作状态的监控和关键参数的实时刷新处理。a/d转换电路用于对来自射频收发模块的中频信号进行a/d转换，将产生的数字信号发送给sram型fpga。a/d转换电路采用单通道、低功耗、高性能的14位coms模数转换电路及数字校准技术，保证器件的高速度和高动态特性。d/a转换电路用于对来自sram型fpga的数字信号进行d/a转换，将产生的中频信号发送给射频收发模块。接口电路用于和综合电子模块之间进行遥控、遥测信号的发送与接收。

sram型fpga包括主控电路、通道信号处理电路和fft快捕电路。

fft快捕电路用于采用快捕方式来实现伪码和载波的捕获。该方法具有更短的平均捕获时间，适合在对捕获时间要求比较严格的环境下使用。对一路测距通道，需要在所有频点上进行信号搜索及检测，判断是否有信号存在。若没有信号存在，则频率步进，重新进行检测；若检测出有信号存在，就把捕获的码相位预测值、多普勒频率预测值和捕获状态置入对应的通道处理电路。遥控信号的快捕过程与一路测距信号快捕过程类似，不同之处是考虑到遥控信号数据率较高并且与伪码速率不相关。快捕电路在实现捕获的基础上，还将实时监测通道处理电路的频率跟踪锁定状态。若发现某一跟踪通道未实现频率锁定，则读取相应跟踪通道的频率预测值重新进行频率搜索。此外，快捕电路对完成捕获的参考通道信号信噪比和一路上行测量信号的信噪比进行计算并输出给主控电路。

通道信号处理电路包括上行测量通道处理电路和遥控通道处理电路，其主要功能包括：1)对一路上行测量信号进行载波剥离、码剥离、载波跟踪与锁定、伪码跟踪与锁定，并在下行测量帧的帧同步下降沿对一路上行测量信号的跟踪锁定状态和通道处理结果进行采样，获取一路上行测量信号的环路锁定状态、载波多普勒频率、数据位计数、伪码周期数、伪码相位、伪码chip相位、载波的整数周、载波相位以及一路上行测量信号的信噪比。2)对遥控信号进行载波剥离、码剥离、载波跟踪与锁定、伪码跟踪与锁定、数据位跟踪和锁定，载波环、码环、位同步环同时工作；提取数据位同步脉冲，完成数据解调，并将解调数据连同位同步脉冲、遥控pn码锁定指示一起传给星上遥控单元。

主控电路读取由通道信号处理电路在下行测量帧同步时刻采样得到的一路上行测量信号的环路锁定状态、载波多普勒频率、数据位计数、伪码周期数、伪码相位、伪码chip相位、载波的整数周、载波相位，将上述信息按一定格式组帧后形成下行测量帧，扩频后输出给发射机；接收星上输入的遥测信息，扩频后输出给发射机。同时，主控电路以基准时钟为参考，产生系统10khz时钟提供给快捕电路和通道信号处理电路。此外，通过同步串口将各通道中间状态值、上行测量帧数据和下行测量帧数据输出给测控台。

图2为本发明的应答机中频处理机实时刷新电路图，实时刷新采用actel公司的反熔丝fpga芯片a54sx32a-cq84b实现。上电后，反熔丝fpga根据接收到的遥控指令要求，从外置prom中读取配置信息，写入到sram型fpga内部配置存储器，实现对sram型fpga的实时刷新。此外，反熔丝fpga还会输出复位信号，控制sram型fpga的配置加载。在工作过程中，反熔丝fpga根据需要输出遥测信号。

图3为本发明的应答机中频处理机实时刷新流程图，具体如下：

1)复位：包括上电复位、oc门指令复位和看门狗异常复位。

2)sram型fpga加载：反熔丝fpga从prom中读取配置信息，写入sram型fpga，完成配置的标志是done信号为高电平。

3)oc门指令解析：将oc门允许刷新指令解析为刷新状态信号。接收到oc门禁止刷新指令时，该信号为低电平；当接收到oc门允许刷新指令时，该信号为高电平。

4)启动刷新条件：

a.sram型fpga输出done信号为高电平，加载成功；否则，加载失败，再次加载；

b.刷新状态信号为高电平。

5)写入刷新指令：反熔丝fpga向sram型fpga写入刷新指令；

6)写入刷新数据：反熔丝fpga将从prom中读取的配置信息写入sram型fpga，从而实现刷新。

sram型fpga型号规格为xqr4vsx55，配置信息为22828800bit，配置时钟频率为10mhz，因此，一次刷新时间约为0.3s。实时刷新不会引起的sram型fpga的功能中断。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。