一种用于星载测控设备的基带处理方法与流程

本发明涉及卫星通信领域，尤其涉及一种用于星载测控设备的基带处理方法。

背景技术：

在星载测控设备的基带处理中，通常需要处理多种信号，既有对上行信号的接收解调，也有对下行信号的调制发送，而在基带处理中这些方法通常是孤立的，缺乏相互之间的关联和协作。

因此，需要提供一种能够对多种信号进行处理的基带处理方法。

技术实现要素：

本发明主要解决的技术问题是提供一种用于星载测控设备的基带处理方法，解决星载测控设备基带处理中功能单一、信号关联度不高的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是提供一种用于星载测控设备的基带处理方法，包括：处理上行低频信号，对接收的所述上行低频信号经过采样后，对所述上行低频信号进行载波捕获和载波跟踪，测量所述上行低频信号的载波的多普勒频移，将所述上行低频信号下变频为基带信号；转发测距信号，从所述基带信号中分离出测距信号，再将所述测距信号转发调制到第一基频载波，得到测距基频调制信号；解调遥控信号，从所述基带信号中分离出遥控信号，再将所述遥控信号进行解调得到遥控数据输出；调制遥测信号，将来自星载控制器的遥测数据调制到第二基频载波，得到遥测基频调制信号；调制下行低频信号，将所述测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制到下行低频载波，然后进行数模转换为下行低频信号。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在对上行低频信号的载波捕获中，包括对输入的上行低频信号进行采样后再进行正交下变频，以及进行抽取滤波处理后得到复基带信号，然后对所述复基带信号做fft计算，再对fft计算结果计算对应的幅度值，接着对所述幅度值进行平均处理，得到的最大幅度峰值对应的fft索引序号即为对应的频偏估计值。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在对上行低频信号的载波跟踪中，首先是利用所述频偏估计值来修正载波跟踪中的正交载波信号，并利用所述正交载波信号对采样后的所述上行低频信号进行下变频，然后经过低通滤波后得到基带信号，其中一路基带信号输出，另一路基带信号再经过环路滤波后对所述正交载波信号进行实时修正。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在所述转发测距信号中，包括对所述基带信号进行低通滤波后得到所述测距信号，然后再将所述测距信号转发调制到第一基频载波，得到所述测距基频调制信号。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在所述解调遥控信号中，包括对输入的基带信号进行正交下变频获得遥控信号，再经过低通滤波后，对所述遥控信号中的捕获序列进行fft能量检测，确定所述遥控信号的起始时刻，由costas环进行同步捕获和跟踪后，再对遥控信号中的每一个数据进行判决后输出遥控数据。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在所述调制遥测信号中，所述遥测数据先进行bpsk调制后，与所述第二基频载波相乘后得到遥测基频调制信号。

在本发明用于星载测控设备的基带处理方法另一实施例中，在所述调制下行低频信号中，所述下行低频载波由dds发生器产生，并且所述dds发生器产生的所述下行低频载波的频率值受控等于参考值或者等于参考值与载波频偏估计值的修正值之和或差。

本发明的有益效果是：本发明公开了一种用于星载测控设备的基带处理方法。该基带处理方法包括：处理上行低频信号、转发测距信号、解调遥控信号、调制遥测信号和调制下行低频信号，其中通过处理上行低频信号将其下变频为基带信号，并测量上行低频信号的载波的多普勒频移，在转发测距信号中分离出测距信号，并生成测距基频调制信号，在解调遥控信号中分离出遥控信号，解调得到遥控数据，在调制遥测信号中将遥测数据调制成遥测基频调制信号，然后在调制下行低频信号中将测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制到下行低频载波，然后进行数模转换为下行低频信号。通过该处理方法可以实现上行信号与下行信号处理的有效衔接，多种信号处理时能够相互协作，有利于提高信号频谱利用率以及信号接收能力。

附图说明

图1是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组成框图；

图2是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例中的上行低频信号频谱示意图；

图3是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例中的测距基频调制信号和遥测基频调制信号频谱示意图；

图4是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例中的下行低频信号频谱示意图；

图5是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例中的载波捕获和跟踪模块组成图；

图6是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组中的载波捕获电路组成图；

图7是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组中的载波跟踪电路组成图；

图8是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组中的测距转发模块组成图；

图9是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组中的遥控解调模块组成图；

图10是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组中的遥测调制模块组成图；

图11是根据用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的受控nco模块组成图；

图12是根据本发明用于星载测控设备的基带处理方法一实施例流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1显示了用于星载测控设备的基带处理单元一实施例的组成框图。在图1中，该基带处理单元10包括载波捕获和跟踪模块11、测距转发模块12、遥控解调模块13、受控nco模块14、遥测调制模块15、下行调制模块16和接口模块17；来自上行通道电路的上行低频信号经过ad转换器21采样后输入到所述载波捕获和跟踪模块11，对所述上行低频信号的载波进行捕获和跟踪，测量所述上行低频信号的载波的多普勒频移，将所述上行低频信号下变频为基带信号；所述测距转发模块12接收所述载波捕获和跟踪模块11输出的基带信号，从所述基带信号中得到测距信号，再将所述测距信号转发调制到第一基频载波，得到测距基频调制信号；所述受控nco模块14基于所述载波捕获和跟踪模块11测量的所述多普勒频移产生下行低频载波，然后输入到所述下行调制模块16；所述遥控解调模块13接收从所述载波捕获和跟踪模块11输出的基带信号，进一步从中解调出遥控信号并输入到所述接口模块17；所述遥测调制模块15从所述接口模块17接收遥测数据，将所述遥测数据调制到第二基频载波，得到遥测基频调制信号；所述下行调制模块16利用所述受控nco模块14输入的下行低频载波，将所述测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制到所述下行低频载波，然后输出到da转换器22转换为下行低频信号；所述接口模块17则接收来自星载控制器23的监控信号，对所述基带处理单元10进行监控，以及输入来自星载控制器23的所述遥测数据，还把所述遥控数据输出到所述星载控制器23。

在图1的基础上，图2显示了上行低频信号的信号频谱，横坐标f表示频率，纵坐标p表示功率谱密度，其中包括了上行低频载波的频率为f0，还包括测距信号的频谱p1和遥控信号的频谱p2。经过上述载波捕获和跟踪模块11进一步将上行低频载波f0去除，而得到基带信号，再从基带信号中分离出测距信号和遥控信号，由于这两个信号占有不同的频段，因此可以通过滤波的方式进行分离。可见这种上行低频信号中包含两种信号成分，一个是用于测距一个是用于遥控，调制到同一个上行载波上，接收时再进行频谱分离而可以实现两种功能。

进一步的，图3显示了经过低频调制的测距信号和遥测信号的频谱，在测距转发模块中将测距信号从基带中分离后，由于仅作转发因此又将该测距信号先转发调制到一个低频率的第一基频载波f1，得到测距基频调制信号，该信号的频谱如图3中p3所示。另外，遥测调制模块将遥测数据调制到第二基频载波f2，得到遥测基频调制信号,该信号的频谱如图3中p4所示。

图4显示了受控nco模块14产生有下行低频载波的频率为2f0，下行调制模块将该载波对测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制，得到了以下行低频载波为中心频率的调制信号，这个调制信号包含了这两个信号的频谱，由于基频载波不同，因此这两个信号经过下行低频载波调制后，频谱成分仍然是相互隔离的，因此不会造成干扰，同时还通过同一个下行载波进行调制发送。这样，在同一个下行载波上就调制有两种信号进行向下发送，同样有利于提高频谱的利用率。

还有一点需要说明的就是下行低频载波的频率2f0是标称值，如果从所述上行低频信号的载波测量得到多普勒频移fd，则还需要利用该多普勒频移fd对下行低频载波的频率2f0进行修正，即2f0±kfd，k为修正系数。这里的修正系数k与卫星的运动速度、通信频率和通信仰角有关，下式即为多普勒频移fd的计算式：

fc为通信频率，v是卫星与地面设备的相对运动速度，φ是通信仰角，c是光速。对上行信号的频偏进行准确估值后再去修正下行信号的频偏，有利于地面设备接收，降低对地面设备的接收精度要求。

优选的，如图5所示，所述载波捕获和跟踪模块11包括载波捕获电路111和载波跟踪环路112，所述载波捕获电路111对ad转换器21输入的上行低频信号进行载波捕获得到准确的载波频偏估计值，即多普勒频移，并将所述载波频偏估计值输入到所述载波跟踪环路112，载波跟踪环路112进一步对输入的所述上行低频信号进行下变频而得到基带信号。另外，该载波频偏估计值还输入到受控nco模块中。

优选的，如图6所示，所述载波捕获电路111包括依次连接的第一正交下变频器111a、抽取滤波器111b、fft计算器111c、幅值计算器111d和频偏估算111e器，所述ad转换器21对输入的上行低频信号进行采样后，由所述第一正交下变频器111a进行正交下变频，以及由所述抽取滤波器111b抽取滤波处理后得到复基带信号，然后由所述fft计算器111c对所述复基带信号做fft计算，幅值计算器111d则进一步对fft计算结果计算对应的幅度值，频偏估算器111e对所述幅度值进行平均处理，得到的最大幅度峰值对应的fft索引序号即为对应的频偏估计值，再将所述频偏估计值输入到所述载波跟踪环路。所述载波捕获电路111中的本地载波发生器111f产生两路正交的本地载波，这两路正交载波信号分别表示为和这两路正交载波的频率是根据标称值而产生的，实际接收的上行低频信号的载波频率通常会与该标称值有偏差，这也正是该载波捕获电路需要进行频偏估计要估算的频偏值。

接收的上行低频信号的信噪比直接影响载波捕获的性能，为了保证对较低信噪比信号的准确捕获，需要减小接收到的上行低频波信号的带宽，降低引入的带外噪声的影响，但同时需要兼顾接收信号的动态范围，基于此，这里利用上述fft方案实现对接收信号的并行捕获，实现载波频率偏差的初始估计。

进一步的，如图7所示，所述载波跟踪环路包括第二本地nco112a、第二正交下变频器112b、低通滤波器112c和环路滤波器112d，所述第二本地nco接收所述载波捕获电路输出的频偏估计值来修正所述第二本地nco输出的正交载波信号，并输入到所述第二正交下变频器112b对采样后的所述上行低频信号进行下变频，然后经过所述低通滤波器112c得到基带信号，一路基带信号输出，另一路再由所述环路滤波器112d滤波后输入到所述第二本地nco对产生的所述正交载波信号进行实时修正。

该载波跟踪环路对输入的上行低频信号首先进行正交下变频，变频后的复基带信号包含了靠近零频的基带载波分量(差频分量)以及靠近2f0的和频分量，之后分别对iq路的复基带信号进行低通滤波，滤波后的信号中只有基带载波分量。上行低频信号采用pm调制方式，滤波后的基带载波信号中包含明显的单音分量，可以直接取样q路的载波就可以获得正弦的鉴相特性，但正弦特性鉴相器构成的环路有延滞(hung-up)现象，会使捕获时间变长。故而，我们需要利用上载波捕获电路的载波多普勒频偏预估计，辅助第二本地nco的载波锁相环入锁。经过频偏预估计辅助后，进入环路滤波器的载波频差会非常小，即该频差会直接落在第二本地nco的锁相环的快捕带内，使锁相环可以迅速地完成频率捕获与相位捕获。从而，有效地避免了延滞现象。

进一步的，如图8所示，所述测距转发模块包括基带低通滤波器121和测距信号调制器122，所述载波跟踪环路输出的基带信号输入到所述基带低通滤波器121，进一步低通滤波得到所述测距信号，然后经过所述测距信号调制器122将所述测距信号转发调制到所述第一基频载波，得到所述测距基频调制信号输出至下行调制模块。这里可以结合图2和图3说明，就是图2中测距信号经过下变频后得到载波接近零中频的基带信号，通过基带低通滤波器121得到从该基带信号中得到测距信号，然后通过测距信号调制器122将测距信号进一步调制到第一基频载波f1，得到测距基频调制信号，该信号对应的频谱如图3中的p3所示。

进一步的，如图9所示，所述遥控解调模块进一步包括遥控下变频器131、遥控低通滤波器132、遥控fft检测器133、costas环134和判决器135，来自所述载波跟踪环路输出的基带信号输入到所述遥控下变频器131，经过正交下变频获得遥控信号，再经过遥控低通滤波器132滤波后，由遥控fft检测器133对所述遥控信号中的捕获序列进行fft能量检测，确定所述遥控信号的起始时刻，再由所述costas环134进行同步捕获和跟踪，判决器135则对遥控信号中的每一个数据进行判决后输出遥控数据比特流。

遥控信号的解调针对突发传输体制，物理层传输结构包含128比特的捕获序列，例如101010…交替，后跟随若干个遥控传输数据单元。这里将基带信号通过正交下变频转换到基带iq之后，首先利用1010…捕获序列通过fft能量检测确定遥控工作期的开始，启动costas环的进行同步捕获和跟踪。

这里，用r(i)表示对基带信号下采样后符号速率采样数据流，位定时估计首先计算定时测度为：

而后寻找最大定时测度位置作为突发帧的起始位置，即：

位定时确定后，利用已知的同步头序列消除接收信号中同步头部分的调制信息，即：

r(i)＝r(dopt+i)·pn^*(i)i∈[0,n-1]

进一步估计载波频偏估计值：

该频偏估计的范围是码速率的1/2，得到频偏估计值后，再对同步头部分做载波频偏估计值校正(相位旋转)，即：

而后计算在帧起始位置处的载波初始相位：

频偏和相位估计结束之后，即可对帧中指令数据部分进行载波校正(相位旋转)和相位解调。

进一步的，如图10所示，所述遥测调制模块包括bpsk调制器151、遥测nco152、乘法器153，来自接口模块的遥测数据通过所述bpsk调制器151调制后与遥测nco152输出的第二基频载波通过乘法器153相乘后得到遥测基频调制信号。

如图11所示，所述受控nco模块包括切换开关141和dds发生器142，所述切换开关141的控制端1411与所述接口模块电连接，所述切换开关141的信号输入端1412与所述频偏估算器电连接，所述切换开关的信号输出端1413与所述dds发生器142电连接，当所述切换开关141受控输入来自所述频偏估计器的载波估计值时，所述dds发生器142产生的下行低频载波的频率等于参考值2f0与载波频偏估计值fd的修正值kfd之和或差，当所述切换开关141受控关闭来自所述频偏估计器的载波频偏估计值时，所述dds发生器142产生的下行低频载波的频率等于参考值2f0。由此可见，载波捕获和跟踪模块对上行信号的载波频偏估计值可用于对下行信号载波频偏估计值的校正，从而提高整个系统的载频捕获和跟踪的可靠性。

基于同一构思，本发明还提供了一种用于星载测控设备的基带处理方法的实施例，如图12所示，该基带处理方法包括：

步骤s101：处理上行低频信号，对接收的所述上行低频信号经过采样后，对所述上行低频信号的载波进行捕获和跟踪，测量所述上行低频信号的载波的多普勒频移，将所述上行低频信号下变频为基带信号；

步骤s102：转发测距信号，从所述基带信号中分离出测距信号，再将所述测距信号转发调制到第一基频载波，得到测距基频调制信号；

步骤s103：解调遥控信号，从所述基带信号中分离出遥控信号，再将所述遥控信号进行解调得到遥控数据输出；

步骤s104：调制遥测信号，将来自星载控制器的遥测数据调制到第二基频载波，得到遥测基频调制信号；

步骤s105：调制下行低频信号，将所述测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制到下行低频载波，然后进行数模转换为下行低频信号。

基于同一构思，对于步骤s101可以参考前述对图1至图7实施例的说明。其中，在处理上行低频信号中，进一步包括对上行低频信号的载波捕获和载波跟踪。

优选的，在对上行低频信号的载波捕获中，对输入的上行低频信号进行采样后再进行正交下变频，以及进行抽取滤波处理后得到复基带信号，然后对所述复基带信号做fft计算，再对fft计算结果计算对应的幅度值，接着对所述幅度值进行平均处理，得到的最大幅度峰值对应的fft索引序号即为对应的频偏估计值。可以参考对图6所示实施例的说明，这里不再赘述。

优选的，在对上行低频信号的载波跟踪中，首先是利用所述频偏估计值来修正载波跟踪中的正交载波信号，并利用所述正交载波信号对采样后的所述上行低频信号进行下变频，然后经过低通滤波后得到基带信号，其中一路基带信号输出，另一路基带信号再经过环路滤波后对所述正交载波信号进行实时修正。可以参考对图7所示实施例的说明，这里不再赘述。

优选的，对于步骤s102转发测距信号中，包括对所述基带信号进行低通滤波后得到所述测距信号，然后再将所述测距信号转发调制到第一基频载波，得到所述测距基频调制信号。可以参考对图8所示实施例的说明，这里不再赘述。

优选的，对于步骤s103解调遥控信号中，包括对输入的基带信号进行正交下变频获得遥控信号，再经过低通滤波后，对所述遥控信号中的捕获序列进行fft能量检测，确定所述遥控信号的起始时刻，由costas环进行同步捕获和跟踪后，再对遥控信号中的每一个数据进行判决后输出遥控数据。可以参考对图9所示实施例的说明，这里不再赘述。

优选的，在步骤s104调制遥测信号中，所述遥测数据先进行bpsk调制后，与所述第二基频载波相乘后得到遥测基频调制信号。可以参考对图10所示实施例的说明，这里不再赘述。

优选的，在步骤s105调制下行低频信号中，所述下行低频载波由dds发生器产生，并且所述dds发生器产生的所述下行低频载波的频率值受控等于参考值或者等于参考值与载波频偏估计值的修正值之和或差。可以参考对图11所示实施例的说明，这里不再赘述。

由此可见，本发明公开了一种用于星载测控设备的基带处理方法。该基带处理方法包括：处理上行低频信号、转发测距信号、解调遥控信号、调制遥测信号和调制下行低频信号，其中通过处理上行低频信号将其下变频为基带信号，并测量上行低频信号的载波的多普勒频移，在转发测距信号中分离出测距信号，并生成测距基频调制信号，在解调遥控信号中分离出遥控信号，解调得到遥控数据，在调制遥测信号中将遥测数据调制成遥测基频调制信号，然后在调制下行低频信号中将测距基频调制信号和遥测基频调制信号分别调制到下行低频载波，然后进行数模转换为下行低频信号。通过该处理方法可以实现上行信号与下行信号处理的有效衔接，多种信号处理时能够相互协作，有利于提高信号频谱利用率以及信号接收能力。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。