一种货架式星载应答机

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一种货架式星载应答机
申请号	CN201810307538.5	申请日	2018-04-08	公开(公告)号	CN108199766B	公开(公告)日	2021-11-26
申请人	上海航天测控通信研究所;			发明人	郝占炯; 何舟;
摘要	本发明公开了一种货架式星载应答机，包括：射频收发模块，用于对地、对中继射频信号的接收与发射；中频处理模块，用于接收信号的A/D转换、参考信号的D/A转换、伪码和载波的捕获跟踪、通道信号处理；二次电源模块，用于电源滤波、电压转换和应答机开关执行；双工器，用于对地测控射频接收信号和射频发射信号滤波处理；中继接收滤波器，用于对中继测控射频接收信号预选滤波。本发明的货架式星载应答机采用统一的硬件平台，通过更改不同的软件设置，更换不同频点的双工器和中继接收滤波器，可达到通用化设计，去型号化批量生产和货架式供货的目的。
权利要求	1.一种货架式星载应答机，其特征在于，包括：射频收发模块，用于对地、对中继射频信号的接收与发射；中频处理模块，包括基带处理FPGA、第一A/D转换电路、第二A/D转换电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路，所述第一A/D转换电路和所述第二A/D转换电路分别用于对来自所述射频收发模块的对地、对中继中频信号进行A/D转换，并将产生的对地、对中继数字信号发送给所述基带处理FPGA，所述第一D/A转换电路和所述第二D/A转换电路分别用于对来自所述基带处理FPGA的对地、对中继数字信号进行D/A转换，并将产生的对地、对中继中频信号发送给所述射频收发模块，所述基带处理FPGA用于伪码和载波的捕获跟踪、通道信号处理；二次电源模块，用于电源滤波、电压转换和应答机开关执行；双工器，置于所述货架式星载应答机盒体外，具有收发合一功能，用于对地测控射频接收信号和射频发射信号滤波处理；中继接收滤波器，置于所述货架式星载应答机盒体外，用于对中继测控射频接收信号预选滤波；对地测控通道和中继测控通道，所述对地测控通道和所述中继测控通道均设置于所述射频收发模块和所述中频处理模块内，用于所述射频收发模块、所述中频处理模块与外部实现信息交互；其中，所述射频收发模块包括与所述中频处理模块相连接的对地通信射频通道和中继通信射频通道；其中，所述射频收发模块、中频处理模块和所述二次电源模块均为通用硬件模块，所述双工器和所述中继接收滤波器外挂于应答机盒体上，基于不同型号卫星不同的频点，更换所述双工器和所述中继接收滤波器。 2.根据权利要求1所述的一种货架式星载应答机，其特征在于，所述中继通信射频通道中：中继接收滤波器、第一低噪放模块、第一射频滤波器、第一下变频模块、第一中频滤波器、第一放大/AGC模块、第一放大模块、第二中频滤波器、所述中频处理模块、第一参考滤波器、第二放大模块、第一本振模块、第一功分器、第三放大模块、第一发射调制模块和第一发射滤波器依次连接，并且所述第一功分器与所述第一下变频模块连接，所述中频处理模块与第一基带滤波器连接，所述第一基带滤波器与所述第一发射调制模块连接。 3.根据权利要求1所述的一种货架式星载应答机，其特征在于，所述对地通信射频通道中：双工器、第二低噪放模块、第二射频滤波器、第二下变频模块、第三中频滤波器、第二放大/AGC模块、第四放大模块、第四中频滤波器、所述中频处理模块、第二参考滤波器、第五放大模块、第二本振模块、第二功分器、第六放大模块、第二发射调制模块、第二发射滤波器和功放模块依次连接，并且所述第二功分器与所述第二下变频模块连接，所述功放模块与所述双工器连接，第二基带滤波器分别与所述中频处理模块和所述第二发射调制模块连接，第三基带滤波器分别与所述中频处理模块和所述第二发射调制模块连接。 4.根据权利要求1所述的一种货架式星载应答机，其特征在于，所述中频处理模块包括所述基带处理FPGA、监控FPGA、所述第一A/D转换电路、所述第二A/D转换电路、所述第一D/A转换电路、所述第二D/A转换电路和接口电路，所述基带处理FPGA用于对地测控、中继测控的快速捕获和通道信号处理；所述监控FPGA用于完成所述基带处理FPGA工作状态的监控和关键参数的实时刷新处理；所述第一A/D转换电路用于对来自所述射频收发模块的对地中频信号进行A/D转换，并将产生的第一数字信号发送给所述基带处理FPGA；所述第二A/D转换电路用于对来自所述射频收发模块的对中继中频信号进行A/D转换，并将产生的第二数字信号发送给所述基带处理FPGA；所述第一D/A转换电路用于对来自所述基带处理FPGA的第一数字信号进行D/A转换，并将产生的对地中频信号发送给所述射频收发模块；所述第二D/A转换电路用于对来自所述基带处理FPGA的第二数字信号进行D/A转换，并将产生的对中继中频信号发送给所述射频收发模块；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。
说明书全文	一种货架式星载应答机技术领域 [0001] 本发明属于航天测控通信技术领域，尤其涉及一种货架式星载应答机。背景技术 [0002] 应答机在航天测控中起了异常重要的纽带作用，接收地面上行(中继前向)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。 [0003] 以往针对不同卫星型号任务的需求，需定制不同的应答机，不但各项成本非常高，而且研制周期流程也很长。由于应答机属于传统的宇航产品，接收、发射等各项功能比较固定，因此完全可以设计统一的硬件平台，对应答机进行批量生产，通过更改不同的软件配置、做简单的硬件配置修改，即可满足不同型号卫星的需求。发明内容 [0004] 为了解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种货架式星载应答机。 [0005] 本发明所采用的技术方案是： [0006] 一种货架式星载应答机，包括： [0007] 射频收发模块，用于对地、对中继射频信号的接收与发射； [0008] 中频处理模块，用于接收信号的A/D转换、参考信号的D/A转换、伪码和载波的捕获跟踪、通道信号处理； [0009] 二次电源模块，用于电源滤波、电压转换和应答机开关执行； [0010] 双工器，用于对地测控射频接收信号和射频发射信号滤波处理； [0011] 中继接收滤波器，用于对中继测控射频接收信号预选滤波。 [0012] 较佳的，所述射频收发模块包括中继通信射频通道和对地通信射频通道，所述中继通信射频通道和所述对地通信射频通道均与所述中频处理模块连接。 [0013] 较佳的，所述中继通信射频通道中：中继接收滤波器、第一低噪放模块、第一射频滤波器、第一下变频模块、第一中频滤波器、第一放大/AGC模块、第一放大模块、第二中频滤波器、所述中频处理模块、第一参考滤波器、第二放大模块、第一本振模块、第一功分器、第三放大模块、第一发射调制模块和第一发射滤波器依次连接，并且所述第一功分器与所述第一下变频模块连接，所述中频处理模块与第一基带滤波器连接，所述第一基带滤波器与所述第一发射调制模块连接。 [0014] 较佳的，所述对地通信射频通道中：双工器、第二低噪放模块、第二射频滤波器、第二下变频模块、第三中频滤波器、第二放大/AGC模块、第四放大模块、第四中频滤波器、所述中频处理模块、第二参考滤波器、第五放大模块、第二本振模块、第二功分器、第六放大模块、第二发射调制模块、第二发射滤波器和功放模块依次连接，并且所述第二功分器与所述第二下变频模块连接，所述功放模块与所述双工器连接，第二基带滤波器分别与所述中频处理模块和所述第二发射调制模块连接，第三基带滤波器分别与所述中频处理模块和所述第二发射调制模块连接。 [0015] 较佳的，所述中频处理模块包括基带处理FPGA、监控FPGA、A/D转换电路、D/A转换电路和接口电路，所述基带处理FPGA用于对地测控、中继测控的快速捕获和通道信号处理；所述监控FPGA用于完成所述基带处理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基带处理FPGA；所述D/A转换电路用于对来自所述基带处理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。 [0016] 较佳的，所述射频收发模块、中频处理模块和所述二次电源模块均为通用硬件模块。 [0017] 较佳的，所述双工器和所述中继接收滤波器外挂于应答机盒体上。 [0018] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0019] 本发明提出的货架式星载应答机具有通用化、一体化、小型化、轻型化的特点，采用双接收通道、双发射通道、共用数字基带的形式，实现对地测控和中继测控功能； [0020] 针对不同型号卫星的需求，本发明的货架式星载应答机采用统一的硬件平台，通过更改不同的软件配置，更换具有不同滤波频点的双工器和中继接收滤波器，即可达到通用化的设计目的； [0021] 本发明的设计方法可以应用于宇航型号同类单机产品的设计开发，不但可以有效缩短应答机产品设计开发周期，并且可以降低应答机产品的设计开发成本。 [0022] 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 [0023] 图1为本发明一实施例的货架式星载应答机组成框图； [0024] 图2为本发明一实施例的射频收发模块频率流程图； [0025] 图3为本发明一实施例的中频处理模块组成框图； [0026] 图4为本发明一实施例的二次电源模块组成框图； [0027] 图5为本发明一实施例的双工器外形尺寸图； [0028] 图6为本发明一实施例的中继接收滤波器外形尺寸图。具体实施方式 [0029] 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。 [0030] 如图1所示，一种货架式星载应答机，包括： [0031] 射频收发模块，用于对地、对中继射频信号的接收与发射； [0032] 中频处理模块，用于接收信号的A/D转换、参考信号的D/A转换、伪码和载波的捕获跟踪、通道信号处理； [0033] 二次电源模块，用于电源滤波、电压转换和应答机开关执行； [0034] 双工器，用于对地测控射频接收信号和射频发射信号滤波处理； [0035] 中继接收滤波器，用于对中继测控射频接收信号预选滤波。 [0036] 如图2所示，射频收发模块采用超外差变频设计，包括中继通信射频通道和对地通信射频通道，中继通信射频通道和对地通信射频通道均与中频处理模块连接。 [0037] 中继通信射频通道中：中继接收滤波器、第一低噪放模块、第一射频滤波器、第一下变频模块、第一中频滤波器、第一放大/AGC模块、第一放大模块、第二中频滤波器、中频处理模块、第一参考滤波器、第二放大模块、第一本振模块、第一功分器、第三放大模块、第一发射调制模块和第一发射滤波器依次连接，并且第一功分器与第一下变频模块连接，中频处理模块与第一基带滤波器连接，第一基带滤波器与第一发射调制模块连接。 [0038] 对地通信射频通道中：双工器、第二低噪放模块、第二射频滤波器、第二下变频模块、第三中频滤波器、第二放大/AGC模块、第四放大模块、第四中频滤波器、中频处理模块、第二参考滤波器、第五放大模块、第二本振模块、第二功分器、第六放大模块、第二发射调制模块、第二发射滤波器和功放模块依次连接，并且第二功分器与第二下变频模块连接，功放模块与双工器连接，第二基带滤波器分别与中频处理模块和第二发射调制模块连接，第三基带滤波器分别与中频处理模块和第二发射调制模块连接。 [0039] 其中本振参考信号f0和f‘0 由中频处理模块产生，锁相频率合成器对本振参考信号进行倍频，产生接收支路和发射支路的本振频率。 [0040] 此货架式星载应答机使用同一个温补晶振作为唯一的频率基准，输出至中频处理模块，为稳定的正弦信号，作为FPGA芯片、ADC和DDS处理器的工作时钟。设置配置参数，经2 路DAC处理器输出2路本振参考频率f0和f‘0 ，f0至对地射频模块作为上行，下行的频率基准进行锁相倍频处理，f‘0 至中继射频模块作为前向，反向的频率基准进行锁相倍频处理。 [0041] 如图3所示，中频处理模块包括基带处理FPGA、监控FPGA、A/D转换电路、D/A转换电路和接口电路，基带处理FPGA用于对地测控、中继测控的快速捕获和通道信号处理；监控 FPGA用于完成基带处理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基带处理FPGA； D/A转换电路用于对来自基带处理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。 [0042] 如图4所示，二次电源模块包括保险丝、EMI滤波器、继电器开关和DC/DC转换模块，主要完成电源滤波、电压转换和应答机开关执行等功能。 [0043] 如图5所示，为本发明货架式应答机双工器的外形尺寸图，双工器置于应答机腔体外，具有收发合一功能，完成对应答机射频收发模块对地测控射频接收信号和对地测控射频发射信号滤波处理的功能。 [0044] 如图6所示，为本发明货架式星载应答机中继接收滤波器的外形尺寸图，中继接收滤波器同样置于应答机腔体外，实现对应答机射频收发模块中继测控射频接收信号预选滤波的功能。 [0045] 双工器和中继接收滤波器外挂于应答机盒体上，可根据各种型号卫星不同的频点要求进行更换，使其具有相应的滤波频点以满足不同型号卫星的需要。 [0046] 本发明的货架式星载应答机的工作原理如下： [0047] 应答机工作时，一次电源经二次电源模块产生射频收发模块、中频处理模块所需的各种工作电源。同时，作为指令接口，二次电源模块接收指令并完成相应的电接口转换。 [0048] 设备加电后，射频收发模块中的温补晶振输出至中频处理模块，为其提供高稳参考时钟作为基带处理芯片和ADC的工作时钟。中频处理模块通过DDS产生基准频率至射频收发模块，经锁相倍频后，产生接收支路本振信号和发射支路载波信号。 [0049] 接收天线接收上行遥控信号和上行测距信号(对地)，经高频馈线传送到射频通道接收支路，经滤波、放大和下变频处理，输出模拟中频信号到中频处理模块。 [0050] 在射频收发模块提供的采样时钟控制下，中频处理模块的ADC模块采集模拟中频接收信号，输出数字中频信号至基带处理芯片。然后对包含遥控和上行测距信号(对地)进行载波和伪码的捕获和跟踪。在完成遥控信号载波、伪码、数据位的跟踪和锁定后，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通过差分RS422标准接口传给综合电子。利用下行测距帧同步脉冲的下降沿对上行测距信号的跟踪锁定状态和通道处理结果进行采样，获取上行测距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、载波相位以及上行测距信号的信噪比。将上述信息按一定格式组帧后形成下行测距帧，扩频后输出给射频通道发射支路。接收综合电子分系统输入的遥测信息，扩频后输出给射频通道发射支路。 [0051] 射频通道发射支路接收中频处理模块提供的基带测距扩频信号和基带遥测扩频信号，对本振支路产生的本振信号进行BPSK调制，直接上变频至射频，调制信号经滤波放大后送至发射天线。 [0052] 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。