一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，它涉及卫星测控领域。它解决了利用实际的遥控信号产生装置在小卫星地面测试时测试效率低和程控不够方便灵活且价格昂贵的问题，本发明的遥控信号模拟器包括LVDS接口电路、FPGA控制逻辑单元、隔离电路和信号驱动电路，LVDS接口电路包括LVDS接收电路和LVDS发送电路，信号驱动电路包括OC信号驱动电路和PWM信号驱动电路；本发明的遥控信号模拟方法为FPGA控制逻辑单元中的OC信号产生状态机包括四个状态，PWM信号产生状态机包括六个状态。本发明适用于小卫星地面测试。
1.一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，其特征在于它包括LVDS接口电路(1)、FPGA控制逻辑单元(2)、隔离电路(3)和信号驱动电路(4)，LVDS接口电路(1)包括LVDS接收电路(1-1)和LVDS发送电路(1-2)，信号驱动电路(4)包括OC信号驱动电路(4-1)和PWM信号驱动电路(4-2)，LVDS接收电路(1-1)的信号输出端连接FPGA控制逻辑单元(2)的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元(2)的OC_OUT信号输出端通过隔离电路(3)连接到OC信号驱动电路(4-1)的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元(2)的PWM_OUT信号输出端通过隔离电路(3)连接到PWM信号驱动电路(4-2)的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元(2)的串行数据输出端连接LVDS发送电路(1-2)的信号输入端；FPGA控制逻辑单元(2)包括串/并转换模块(2-1)、分频模块(2-2)、并/串转换模块(2-3)、命令处理模块(2-4)、OC信号产生状态机(2-5)和PWM信号产生状态机(2-6)，串/并转换模块(2-1)的并行数据信号输出端连接命令处理模块(2-4)的并行数据信号输入端，所述命令处理模块(2-4)的发送使能信号输出端连接并/串转换模块(2-3)的发送使能信号输入端，所述命令处理模块(2-4)的PWM信号控制端连接PWM信号产生状态机(2-6)的受控端，所述命令处理模块(2-4)的OC信号控制端连接OC信号产生状态机(2-5)的受控端，分频模块(2-2)的时钟信号输出端连接OC信号产生状态机(2-5)的时钟信号输入端；串/并转换模块(2-1)的请求自检信号输出端连接命令处理模块(2-4)的接收自检信号输入端，所述命令处理模块(2-4)的应答自检信号输出端连接串/并转换模块(2-1)的接收应答自检信号输入端；
外部LVDS信号经LVDS接收电路(1-1)输入到FPGA控制逻辑单元(2)，所述FPGA控制逻辑单元(2)对接收到的信号进行命令分解及处理，将命令分解的结果输出至LVDS发送电路(1-2)，使所述LVDS发送电路(1-2)发出LVDS信号，FPGA控制逻辑单元(2)还将命令分解的结果经隔离电路(3)输出至信号驱动电路(4)，使信号驱动电路(4)输出遥控信号；
FPGA控制逻辑单元(2)进行命令分解及处理的过程具体为：串/并转换模块(2-1)接收LVDS接收电路(1-1)发送的LVDS信号，并将所述LVDS信号进行串/并转换后获得并行数据发送给命令处理模块(2-4)，所述命令处理模块(2-4)将所述并行数据进行命令分解，当命令分解的结果为设置OC信号的脉宽参数时，命令处理模块(2-4)设置OC信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入OC信号产生状态机(2-5)的OC信号脉宽OC_PW信号寄存器；
当命令分解的结果为输出OC输出使能信号时，命令处理模块(2-4)设置OC使能信号OC_OUT_EN为1，使OC信号产生状态机(2-5)输出OC输出信号OC_OUT；
当命令分解的结果为设置PWM信号的脉宽参数时，命令处理模块(2-4)设置PWM信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入PWM信号产生状态机(2-6)的PWM信号脉宽PWM_PM信号寄存器；
当命令分解的结果为设置PWM信号的周期参数时，命令处理模块(2-4)设置PWM信号的周期参数并将所述周期参数送入PWM信号产生状态机(2-6)的PWM信号周期PWM_CYCLE信号寄存器；
当命令分解的结果为输出使能PWM信号时，命令处理模块(2-4)设置使能PWM信号PWM_EN为1，使PWM信号产生状态机(2-60输出PWM_OUT信号；
当命令分解的结果为停止输出PWM信号时，命令处理模块(2-4)输出PWM停止输出信号PWM_STOP为1的脉冲信号至PWM信号产生状态机(2-6)，使PWM信号产生状态机(2-6)停止输出PWM_OUT信号。
2.根据权利要求1所述的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，其特征在于OC信号驱动电路(4-1)包括第1级驱动电路(4-11)、三极管(4-12)和信号保护电路(4-13)，所述第1级驱动电路(4-11)的信号输出端连接三极管(4-12)的基极，所述三极管(4-12)的集电极连接信号保护电路(4-13)的信号输入端，所述三极管(4-12)的发射极接电源地。
3.根据权利要求2所述的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，其特征在于OC信号驱动电路(4-1)还包括电阻(4-14)，所述电阻(4-14)串联在第1级驱动电路(4-11)的信号输出端和三极管(4-12)的基极之间。
4.根据权利要求1所述的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，其特征在于：
串/并转换模块(2-1)，用于将来自LVDS接收电路(1-1)的时钟信号RCLK_TTL和数据信号RXD_TTL由串行数据转换为宽度为8的并行数据，并发送给命令处理模块(2-4)；
分频模块(2-2)，用于对系统的高速公共时钟信号进行分频，还用于将分频后获得的时钟信号发送给OC信号产生状态机(2-5)；
并/串转换模块(2-3)，用于在接收到命令处理模块(2-4)的发送的使能信号START_TR有效时，将并/串转换模块(2-3)内预先存储的宽度为8的并行数据转换为串行数据TXD_TTL，并将所述串行数据TXD_TTL发送给LVDS发送电路(1-2)；
命令处理模块(2-4)，用于将串/并转换模块(2-1)送来的并行数据进行命令分解，产生控制信号并输出给OC信号产生状态机(2-5)和PWM信号产生状态机(2-6)；OC信号产生状态机(2-5)包括四个状态：空闲状态、检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态、计数器加1且输出置1状态和数值判别状态；
初始时，OC信号产生状态机(2-5)处于空闲状态，计数器Count清0，OC输出信号OC_OUT置0；
在空闲状态，检测命令处理处理模块(2-4)输出的OC使能信号OC_OUT_EN，当检测到OC使能信号OC_OUT_EN的上升沿时，进入检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态；
在检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态，检测分频模块(2-2)输出的OC时钟信号OC_CLK，当检测到OC时钟信号OC_CLK的上升沿时，进入计数器加1且输出置1状态；
在计数器加1且输出置1状态，计数器Count加1，且将OC输出信号OC_OUT置1，进入数值判别状态；
在数值判别状态，对比计数器Count的数值与OC信号脉宽OC_PW值，当计数器Count的数值小于OC信号脉宽OC_PW值时，进入检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态，否则转换到初始的空闲状态；PWM信号产生状态机(2-6)包括六个状态：空闲状态、第一数值判别状态、计数器加1且输出置1状态、第二数值判别状态、计数器加1且输出置0状态和检测停止输出信号上升沿状态，初始时，PWM信号产生状态机(2-6)处于空闲状态，计数器Count清0，PWM输出信号PWM_OUT置0；
在空闲状态，检测命令处理处理模块(2-4)输出的PWM使能信号PWM_EN的上升沿，当检测到PWM使能信号PWM_EN的上升沿时，进入第一数值判别状态；
在第一数值判别状态，对比计数器Count的数值与PWM信号脉宽PWM_PW值，当计数器Count的数值小于PWM信号脉宽PWM_PW值时，进入计数器加1且输出置1状态，当计数器Count的数值大于或等于PWM信号脉宽PWM_PW值时，进入第二数值判别状态；
在计数器加1且输出置1状态，计数器Count加1，PWM输出信号PWM_OUT置1，然后返回第一数值判别状态；
在第二数值判别状态，对比计数器Count的数值与PWM信号周期PWM_CYCLE值，当计数器Count的数值小于PWM信号周期PWM_CYCLE值时，进入计数器加1且输出置0状态，当计数器Count值大于或等于PWM信号周期PWM_CYCLE值时，进入检测停止输出信号上升沿状态；
在计数器加1且输出置0状态，计数器Count加1，PWM输出信号PWM_OUT置0，然后返回第二数值判别状态；
在检测停止输出信号上升沿状态，检测PWM停止输出信号PWM_STOP的上升沿，当检测到PWM停止输出信号PWM_STOP的上升沿时，返回空闲状态，否则进入第一数值判别状态。
一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器
技术领域
[0001] 本发明涉及卫星测控领域，具体涉及一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器。
背景技术
[0002] 遥控信号产生装置是小卫星测试中一个重要组成设备，其性能的好坏，直接影响小卫星测试设备性能的优劣和测试结果的准确性。目前，在小卫星测试时，利用实际的遥控信号产生装置对小卫星进行正常测试，但其测试效率低且程控不够方便灵活，同时实际的遥控信号产生装置价格昂贵。故研制出一个能够产生模拟卫星的地面遥控信号的遥控信号模拟器倍受关注，遥控信号模拟器的作用是在没有实际遥控信号产生装置时，模拟产生小卫星控制所需的遥控信号。
[0003] 在小卫星测试时，遥控信号模拟器的应用有许多优势，例如：①对于没有实际的遥控信号产生装置时，可以对小卫星进行正常测试，能够提高测试效率；②遥控信号模拟器输出信号的时刻，信号持续时间可程控，能够具有较强的灵活性；③代替价格昂贵的实际的遥控信号产生装置，能够具有较强的经济效益。
发明内容
[0004] 为了解决利用实际的遥控信号产生装置在小卫星地面测试时测试效率低和程控不够方便灵活且价格昂贵的问题，本发明提供了一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器。
[0005] 本发明的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，它包括LVDS接口电路、FPGA控制逻辑单元、隔离电路和信号驱动电路，LVDS接口电路包括LVDS接收电路和LVDS发送电路，信号驱动电路包括OC信号驱动电路和PWM信号驱动电路，LVDS接收电路的信号输出端连接FPGA控制逻辑单元的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元的OC_OUT信号输出端通过隔离电路连接到OC信号驱动电路的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元的PWM_OUT信号输出端通过隔离电路连接到PWM信号驱动电路的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元的串行数据输出端连接LVDS发送电路的信号输入端。
[0006] 本发明的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟方法，所述方法的过程为：
[0007] 外部LVDS信号经LVDS接收电路输入到FPGA控制逻辑单元，所述FPGA控制逻辑单元对接收到的信号进行命令分解及处理，将命令分解的结果输出至LVDS发送电路，使所述LVDS发送电路发出LVDS信号，FPGA控制逻辑单元还将命令分解的结果经隔离电路输出至信号驱动电路，使信号驱动电路输出遥控信号，FPGA控制逻辑单元进行命令分解及处理的过程具体为：串/并转换模块接收LVDS接收电路发送的LVDS信号，并将所述LVDS信号进行串/并转换后获得并行数据发送给命令处理模块，所述命令处理模块将所述并行数据进行命令分解，当命令分解的结果为设置OC信号的脉宽参数时，命令处理模块设置OC信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入OC信号产生状态机的OC信号脉宽OC_PW信号寄存器；当命令分解的结果为输出OC输出使能信号时，命令处理模块设置OC使能信号OC_OUT_EN为1，使OC信号产生状态机输出OC输出信号OC_OUT；当命令分解的结果为设置PWM信号的脉宽参数时，命令处理模块设置PWM信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入PWM信号产生状态机的PWM信号脉宽PWM_PM信号寄存器；当命令分解的结果为设置PWM信号的周期参数时，命令处理模块设置PWM信号的周期参数并将所述周期参数送入PWM信号产生状态机的PWM信号周期PWM_CYCLE信号寄存器；当命令分解的结果为输出使能PWM信号时，命令处理模块设置使能PWM信号PWM_EN为1，使PWM信号产生状态机输出PWM_OUT信号；当命令分解的结果为停止输出PWM信号时，命令处理模块输出PWM停止输出信号PWM_STOP为1的脉冲信号至PWM信号产生状态机，使PWM信号产生状态机停止输出PWM_OUT信号。
[0008] 本发明的有益效果：本发明的FPGA控制逻辑单元使输出的遥控信号可程控，使将本发明用于小卫星地面测试时具有较强的灵活性，本发明可以代替价格昂贵的实际的遥控信号产生装置输出用于小卫星地面测试的遥控信号，不但提高了测试效率，还降低了测试过程中的经济成本。
附图说明
[0009] 图1是本发明的遥控信号模拟器的系统示意图，图2是本发明的OC信号驱动电路4-1的电路示意图，图3是本发明的FPGA控制逻辑单元2的原理结构示意图，图4是本发明的OC信号产生状态机2-5的状态迁移图，图5是本发明的PWM信号产生状态机2-6的状态迁移图。
具体实施方式
[0010] 具体实施方式一：根据说明书附图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器，它包括LVDS接口电路1、FPGA控制逻辑单元2、隔离电路3和信号驱动电路4，LVDS接口电路1包括LVDS接收电路1-1和LVDS发送电路1-2，信号驱动电路4包括OC信号驱动电路4-1和PWM信号驱动电路4-2，
[0011] LVDS接收电路1-1的信号输出端连接FPGA控制逻辑单元2的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元2的OC_OUT信号输出端通过隔离电路3连接到OC信号驱动电路4-1的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元2的PWM_OUT信号输出端通过隔离电路3连接到PWM信号驱动电路4-2的信号输入端，所述FPGA控制逻辑单元2的串行数据输出端连接LVDS发送电路1-2的信号输入端，所述LVDS发送电路1-2的信号输出端为LVDS信号输出端，所述OC信号驱动电路4-1的信号输出端为OC输出信号端，PWM信号驱动电路4-2的信号输出端为PWM信号输出端。
[0012] 具体实施方式二：根据说明书附图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，具体实施方式一中所述的OC信号驱动电路4-1包括第1级驱动电路4-11、三极管4-12和信号保护电路4-13，第1级驱动电路4-11的信号输入端为OC信号驱动电路4-1的信号输入端，所述第1级驱动电路4-11的信号输出端连接三极管4-12的基极，所述三极管4-12的集电极连接信号保护电路4-13的信号输入端，所述三极管4-12的发射极接电源地，信号保护电路4-13的信号输出端为OC输出信号端。
[0013] 具体实施方式三：根据说明书附图2具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二的进一步说明，具体实施方式二中所述的OC信号驱动电路4-1还包括电阻4-14，所述电阻4-14串联在第1级驱动电路4-11的信号输出端和三极管4-12的基极之间。
[0014] 本实施方式中，增加电阻4-14使通过三极管基极的电流满足三极管的要求。
[0015] 具体实施方式四：根据说明书附图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，具体实施方式一中所述的FPGA控制逻辑单元2包括串/并转换模块2-1、分频模块2-2、并/串转换模块2-3、命令处理模块2-4、OC信号产生状态机2-5和PWM信号产生状态机2-6，
[0016] 串/并转换模块2-1的串行数据信号输入端为FPGA控制逻辑单元2的信号输入端，所述串/并转换模块2-1的并行数据信号输出端连接命令处理模块2-4的并行数据信号输入端，所述命令处理模块2-4的发送使能信号输出端连接并/串转换模块2-3的发送使能信号输入端，所述命令处理模块2-4的PWM信号控制端连接PWM信号产生状态机2-6的受控端，所述命令处理模块2-4的OC信号控制端连接OC信号产生状态机2-5的受控端，分频模块2-2的时钟信号输出端连接OC信号产生状态机2-5的时钟信号输入端，OC信号产生状态机2-5的信号输出端为OC_OUT信号输出端，PWM信号产生状态机2-6的信号输出端为PWM_OUT信号输出端，并/串转换模块2-3的信号输出端为FPGA控制逻辑单元2的串行数据输出端；串/并转换模块2-1的请求自检信号输出端连接命令处理模块2-4的接收自检信号输入端，所述命令处理模块2-4的应答自检信号输出端连接串/并转换模块2-1的接收应答自检信号输入端，分频模块2-2的信号输入端为系统的公共时钟信号输入端。
[0017] 具体实施方式五：根据说明书附图3具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，具体实施方式四中所述的串/并转换模块2-1，用于将来自LVDS接收电路1-1的时钟信号RCLK_TTL和数据信号RXD_TTL由串行数据转换为宽度为8的并行数据，并发送给命令处理模块2-4；分频模块2-2，用于对系统的高速公共时钟信号进行分频，还用于将分频后获得的时钟信号发送给OC信号产生状态机2-5；并/串转换模块2-3，用于在接收到命令处理模块2-4的发送的使能信号START_TR有效时，将并/串转换模块2-3内预先存储的宽度为8的并行数据转换为串行数据TXD_TTL，并将所述串行数据TXD_TTL发送给LVDS发送电路1-2；命令处理模块2-4，用于将串/并转换模块2-1送来的并行数据进行命令分解，产生控制信号并输出给OC信号产生状态机2-5和PWM信号产生状态机
2-6。
[0018] 本实施方式中，串/并转换模块2-1、分频模块2-2、并/串转换模块2-3、命令处理模块2-4和PWM信号产生状态机2-6还接收外部输入的整个系统的公共时钟信号。
[0019] 本实施方式中，所述分频模块2-2是将系统的公共时钟信号分频，进而获得满足OC信号产生状态机2-5性能要求的低速时钟信号。
[0020] 具体实施方式六：本实施方式是基于具体实施方式一所述的一种用于小卫星地面测试的遥控信号模拟器的遥控信号模拟方法，所述方法的过程为：外部LVDS信号经LVDS接收电路1-1输入到FPGA控制逻辑单元2，所述FPGA控制逻辑单元2对接收到的信号进行命令分解及处理，将命令分解的结果输出至LVDS发送电路1-2，使所述LVDS发送电路1-2发出LVDS信号，FPGA控制逻辑单元2还将命令分解的结果经隔离电路3输出至信号驱动电路4，使信号驱动电路4输出遥控信号，FPGA控制逻辑单元2进行命令分解及处理的过程具体为：串/并转换模块2-1接收LVDS接收电路1-1发送的LVDS信号，并将所述LVDS信号进行串/并转换后获得并行数据发送给命令处理模块2-4，所述命令处理模块2-4将所述并行数据进行命令分解，当命令分解的结果为设置OC信号的脉宽参数时，命令处理模块2-4设置OC信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入OC信号产生状态机2-5的OC信号脉宽OC_PW信号寄存器；当命令分解的结果为输出OC输出使能信号时，命令处理模块2-4设置OC使能信号OC_OUT_EN为1，使OC信号产生状态机2-5输出OC输出信号OC_OUT；当命令分解的结果为设置PWM信号的脉宽参数时，命令处理模块2-4设置PWM信号的脉宽参数并将所述脉宽参数送入PWM信号产生状态机2-6的PWM信号脉宽PWM_PM信号寄存器；当命令分解的结果为设置PWM信号的周期参数时，命令处理模块2-4设置PWM信号的周期参数并将所述周期参数送入PWM信号产生状态机2-6的PWM信号周期PWM_CYCLE信号寄存器；
当命令分解的结果为输出使能PWM信号时，命令处理模块2-4设置使能PWM信号PWM_EN为
1，使PWM信号产生状态机2-6输出PWM_OUT信号；当命令分解的结果为停止输出PWM信号时，命令处理模块2-4输出PWM停止输出信号PWM_STOP为1的脉冲信号至PWM信号产生状态机2-6，使PWM信号产生状态机2-6停止输出PWM_OUT信号。
[0021] 具体实施方式七：根据说明书附图4具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六的进一步说明，具体实施方式六中所述的OC信号产生状态机2-5包括四个状态：空闲状态、检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态、计数器加1且输出置1状态和数值判别状态；
[0022] 初始时，OC信号产生状态机2-5处于空闲状态，计数器Count清0，OC输出信号OC_OUT置0；
[0023] 在空闲状态，检测命令处理处理模块2-4输出的OC使能信号OC_OUT_EN，当检测到OC使能信号OC_OUT_EN的上升沿时，进入检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态；
[0024] 在检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态，检测分频模块2-2输出的OC时钟信号OC_CLK，当检测到OC时钟信号OC_CLK的上升沿时，进入计数器加1且输出置1状态；
[0025] 在计数器加1且输出置1状态，计数器Count加1，且将OC输出信号OC_OUT置1，进入数值判别状态；
[0026] 在数值判别状态，对比计数器Count中的数值与OC信号脉宽OC_PW值，当计数器Count中的数值小于OC信号脉宽OC_PW值时，进入检测OC时钟信号OC_CLK上升沿状态，否则转换到初始的空闲状态。
[0027] 具体实施方式八：根据说明书附图5具体说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式六的进一步说明，具体实施方式六中所述的PWM信号产生状态机2-6包括六个状态：空闲状态、第一数值判别状态、计数器加1且输出置1状态、第二数值判别状态、计数器加1且输出置0状态和检测停止输出信号上升沿状态，
[0028] 初始时，PWM信号产生状态机2-6处于空闲状态，计数器Count清0，PWM输出信号PWM_OUT置0；
[0029] 在空闲状态，检测命令处理处理模块2-4输出的PWM使能信号PWM_EN的上升沿，当检测到PWM使能信号PWM_EN的上升沿时，进入第一数值判别状态；
[0030] 在第一数值判别状态，对比计数器Count中的数值与PWM信号脉宽PWM_PW值，当计数器Count中的数值小于PWM信号脉宽PWM_PW值时，进入计数器加1且输出置1状态，当计数器Count中的数值大于或等于PWM信号脉宽PWM_PW值时，进入第二数值判别状态；
[0031] 在计数器加1且输出置1状态，计数器Count加1，PWM输出信号PWM_OUT置1，然后返回第一数值判别状态；
[0032] 在第二数值判别状态，对比计数器Count中的数值与PWM信号周期PWM_CYCLE值，当计数器Count中的数值小于PWM信号周期PWM_CYCLE值时，进入计数器加1且输出置0状态，当计数器Count值大于或等于PWM信号周期PWM_CYCLE值时，进入检测停止输出信号上升沿状态；
[0033] 在计数器加1且输出置0状态，计数器Count加1，PWM输出信号PWM_OUT置0，然后返回第二数值判别状态；
[0034] 在检测停止输出信号上升沿状态，检测PWM停止输出信号PWM_STOP的上升沿，当检测到PWM停止输出信号PWM_STOP的上升沿时，返回空闲状态，否则进入第一数值判别状态。
