一种星载UCB应答机

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一种星载UCB应答机
申请号	CN202311742459.4	申请日	2023-12-18	公开(公告)号	CN117856812A	公开(公告)日	2024-04-09
申请人	西安空间无线电技术研究所;			发明人	乔健; 赵慧敏; 袁军; 薛丽; 牛刚; 李丹; 文龙; 王璇; 杨鑫; 刘浩瞳; 许婷;
摘要	本发明一种星载UCB应答机，包括接收单元、测距信号处理单元和发射单元；应答机接收信号时，卫星上行测控信号输入至接收单元，接收单元解调输出测距信号后发送给测距信号处理单元，测距信号处理单元对接收的测距信号进行相位温度补偿和幅度调整后，发送至发射单元再进行调制放大后输出卫星下行测控信号。本发明UCB应答机接收单元通道前端采用两级低噪声放大器和两级前置衰减器交替组合，使得应答机噪声系数和增益可调，接收灵敏度满足用户多种需求。
权利要求	1.一种星载UCB应答机，其特征在于包括：接收单元、测距信号处理单元和发射单元；应答机接收信号时，卫星上行测控信号输入至接收单元，接收单元解调输出测距信号后发送给测距信号处理单元，测距信号处理单元对接收的测距信号进行相位温度补偿和幅度调整后，发送至发射单元再进行调制放大后输出卫星下行测控信号。 2.根据权利要求1所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的接收单元包括第一低噪声放大器、第一前置衰减器、第二低噪声放大器、第二前置衰减器、第一下变频器、中频放大器、第二下变频器、接收本振模块、VCO模块和解调模块；卫星上行测控信号输入第一低噪声放大器进行放大，得到放大后的信号，此信号输入第一前置衰减器进行衰减后再输入第二低噪声放大器进行放大，放大的信号输入前置第二衰减器进行再次衰减，输出的衰减信号通过第一下变频器进行下变频后输出中频信号，中频信号发送至中频放大器进行放大滤波，输出的中频信号发送至第二下变频器进行再次下变频处理，再次下变频后的信号进入解调模块进行解调，解调模块解调输出卫星遥控副载波信号、测距信号、AGC控制信号和频率误差信号；解调模块解调输出的测距信号发送到测距信号处理单元，解调模块输出AGC控制信号给中频放大器进行中频放大幅度控制；解调模块输出频率误差信号给VCO模块对VCO模块输出的晶振信号进行频率控制；VCO模块输出晶振信号给接收本振模块，接收本振模块产生两路本振信号分别输出给第一下变频器和第二下变频器。 3.根据权利要求1所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的测距信号处理单元包括测距信号相位温度补偿电路和测距信号幅度调整电路；测距信号相位温度补偿电路接收从接收单元输出的测距信号后，进行测距信号相位温度补偿，将温度补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路进行幅度调整，然后将幅度调整后的测距信号发送至发射单元。 4.根据权利要求3所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的测距信号相位温度补偿电路包括预置温度控压转换电路和测距信号相位调整电路；从接收单元输出的测距信号输入到测距信号相位调整电路，预置温度控压转换电路产生随环境温度变化下的相位控制电压，将相位控制电压发送给测距信号相位调整电路，测距信号相位调整电路根据输入的相位控制电压对输入的测距信号进行测距信号相位温度补偿，将补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路。 5.根据权利要求4所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的预置温度控压转换电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；电阻R1的一端作为电源输入端，电阻R2、电阻R3的公共一端作为偏置电压1输入端连接至电阻R1的另一端，电阻R2、电阻R3的公共另一端和电阻R4的一端连接在一起作为补偿控制电压输出端连接至测距信号相位调整电路，电阻R4的另一端接地。 6.根据权利要求4所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的测距信号相位调整电路包括电感L1、电容C1、电容C2、电阻R5和二极管V1；电感L1一端连接到预置温度控压转换电路作为补偿控制电压输入端，电感L1另一端连接到二极管V1负极端提供控制电压，电容C1一端连接到接收单元作为测距信号输入端，电容C1另一端也连接到二极管V1负极端提供测距信号，电阻R5的一端作为直流偏置连接到二极管V1正极端，电容C2一端作为补偿后测距信号端也连接到二极管V1的正极端，电容C2另一端作为测距信号输出端连接至测距信号幅度调整电路。 7.根据权利要求1所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的发射单元包括发射晶振模块、发射本振模块、调制模块、低通滤波器、带通滤波器和发射信号放大器；发射晶振模块产生晶振信号给发射本振模块，发射本振模块产生卫星下行测控信号的载波，输出到调制模块；同时，卫星遥测副载波信号和从测距信号处理单元输入的测距信号也发送至调制模块，调制模块将卫星遥测副载波信号和测距信号调制在卫星下行测控信号的载波上，调制方式为频率调制，得到卫星下行测控信号，卫星下行测控信号输入低通滤波器经过低通滤波输出给带通滤波器，卫星下行测控信号在带通滤波器进行带通滤波后发送给发射信号放大器，发射信号放大电路对滤波后的卫星下行测控信号进行功率放大后输出。 8.根据权利要求1‑7任一所述的一种星载UCB应答机，其特征在于：所述的发射信号放大电路采用输出功率可调节电路。
说明书全文	一种星载UCB应答机技术领域 [0001] 本发明属于航天测控领域，涉及一种卫星应答机。背景技术 [0002] 该任务来源于高轨卫星系列UCB应答机的研制。测控分系统是卫星的关键系统，应答机是卫星测控系统的核心单机。UCB应答机是采用统一C频段载波侧音测控体制的应答机，是经典产品，应用于多型号卫星。 [0003] 当前，不同卫星型号对应答机的接收灵敏度和发射功率也提出了不同的要求，为此需要应答机进行更新设计，满足不同的用户需求。应答机的主要功能之一是测距，距离零值是测距的指标，物理意义是指由于测距信号在应答机中相位延迟导致的测试误差，需要从测试值中扣除计算实际的星地距离。目前应答机距离零值随温度变化较大，也需要更新设计。发明内容 [0004] 本发明的解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种星载UCB应答机，应答机测距采用统一侧音测距体制，灵敏度满足用户各种需求。 [0005] 本发明的技术方案是：一种星载UCB应答机，包括：接收单元、测距信号处理单元和发射单元；应答机接收信号时，卫星上行测控信号输入至接收单元，接收单元解调输出测距信号后发送给测距信号处理单元，测距信号处理单元对接收的测距信号进行相位温度补偿和幅度调整后，发送至发射单元再进行调制放大后输出卫星下行测控信号。 [0006] 所述的接收单元包括第一低噪声放大器、第一前置衰减器、第二低噪声放大器、第二前置衰减器、第一下变频器、中频放大器、第二下变频器、接收本振模块、VCO模块和解调模块；卫星上行测控信号输入第一低噪声放大器进行放大，得到放大后的信号，此信号输入第一前置衰减器进行衰减后再输入第二低噪声放大器进行放大，放大的信号输入前置第二衰减器进行再次衰减，输出的衰减信号通过第一下变频器进行下变频后输出中频信号，中频信号发送至中频放大器进行放大滤波，输出的中频信号发送至第二下变频器进行再次下变频处理，再次下变频后的信号进入解调模块进行解调，解调模块解调输出卫星遥控副载波信号、测距信号、AGC控制信号和频率误差信号；解调模块解调输出的测距信号发送到测距信号处理单元，解调模块输出AGC控制信号给中频放大器进行中频放大幅度控制；解调模块输出频率误差信号给VCO模块对VCO模块输出的晶振信号进行频率控制；VCO模块输出晶振信号给接收本振模块，接收本振模块产生两路本振信号分别输出给第一下变频器和第二下变频器。 [0007] 所述的测距信号处理单元包括测距信号相位温度补偿电路和测距信号幅度调整电路；测距信号相位温度补偿电路接收从接收单元输出的测距信号后，进行测距信号相位温度补偿，将温度补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路进行幅度调整，然后将幅度调整后的测距信号发送至发射单元。 [0008] 所述的测距信号相位温度补偿电路包括预置温度控压转换电路和测距信号相位调整电路；从接收单元输出的测距信号输入到测距信号相位调整电路，预置温度控压转换电路产生随环境温度变化下的相位控制电压，将相位控制电压发送给测距信号相位调整电路，测距信号相位调整电路根据输入的相位控制电压对输入的测距信号进行测距信号相位温度补偿，将补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路。 [0009] 所述的预置温度控压转换电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；电阻R1的一端作为电源输入端，电阻R2、电阻R3的公共一端作为偏置电压1输入端连接至电阻R1的另一端，电阻R2、电阻R3的公共另一端和电阻R4的一端连接在一起作为补偿控制电压输出端连接至测距信号相位调整电路，电阻R4的另一端接地。 [0010] 所述的测距信号相位调整电路包括电感L1、电容C1、电容C2、电阻R5和二极管V1；电感L1一端连接到预置温度控压转换电路作为补偿控制电压输入端，电感L1另一端连接到二极管V1负极端提供控制电压，电容C1一端连接到接收单元作为测距信号输入端，电容C1另一端也连接到二极管V1负极端提供测距信号，电阻R5的一端作为直流偏置连接到二极管V1正极端，电容C2一端作为补偿后测距信号端也连接到二极管V1的正极端，电容C2另一端作为测距信号输出端连接至测距信号幅度调整电路。 [0011] 所述的发射单元包括发射晶振模块、发射本振模块、调制模块、低通滤波器、带通滤波器和发射信号放大器；发射晶振模块产生晶振信号给发射本振模块，发射本振模块产生卫星下行测控信号的载波，输出到调制模块；同时，卫星遥测副载波信号和从测距信号处理单元输入的测距信号也发送至调制模块，调制模块将卫星遥测副载波信号和测距信号调制在卫星下行测控信号的载波上，调制方式为频率调制，得到卫星下行测控信号，卫星下行测控信号输入低通滤波器经过低通滤波输出给带通滤波器，卫星下行测控信号在带通滤波器进行带通滤波后发送给发射信号放大器，发射信号放大电路对滤波后的卫星下行测控信号进行功率放大后输出。 [0012] 所述的发射信号放大电路采用输出功率可调节电路。 [0013] 本发明与现有技术相比的有益效果是： [0014] 1)UCB应答机接收单元通道前端采用两级低噪声放大器和两级前置衰减器交替组合，使得应答机噪声系数和增益可调，接收灵敏度满足用户多种需求； [0015] 2)UCB应答机设计了测距信号相位温度补偿电路和测距信号调整电路使UCB应答机具备零值温度误差补偿功能。应答机接收解调输出的测距信号在这部分电路进行测距信号相位温度补偿，并进行幅度调整，减小应答机距离零值随温度变化波动。 [0016] 3)UCB应答机发射单元通过设计输出信号放大电路，调整供电电源电压使得输出功率连续可调，通过调整供电电源电压，输出功率可调保证输出测控信号电平满足要求。附图说明 [0017] 图1为星载UCB应答机设计方案图 [0018] 图2应答机测距信号相位温度补偿电路原理图 [0019] 图3测距信号处理相位温度补偿工作原理图 [0020] 图4发射信号放大电路原理图；具体实施方式 [0021] 一种星载UCB应答机，包括：接收单元、测距信号处理单元和发射单元；应答机接收信号时，卫星上行测控信号输入至接收单元，接收单元解调输出测距信号后发送给测距信号处理单元，测距信号处理单元对接收的测距信号进行相位温度补偿和幅度调整后，发送至发射单元再进行调制放大后输出卫星下行测控信号。 [0022] 所述的接收单元包括第一低噪声放大器、第一前置衰减器、第二低噪声放大器、第二前置衰减器、第一下变频器、中频放大器、第二下变频器、接收本振模块、VCO模块和解调模块；卫星上行测控信号输入第一低噪声放大器进行放大，得到放大后的信号，此信号输入第一前置衰减器进行衰减后再输入第二低噪声放大器进行放大，放大的信号输入前置第二衰减器进行再次衰减，输出的衰减信号通过第一下变频器进行下变频后输出中频信号，中频信号发送至中频放大器进行放大滤波，输出的中频信号发送至第二下变频器进行再次下变频处理，再次下变频后的信号进入解调模块进行解调，解调模块解调输出卫星遥控副载波信号、测距信号、AGC控制信号和频率误差信号；解调模块解调输出的测距信号发送到测距信号处理单元，解调模块输出AGC控制信号给中频放大器进行中频放大幅度控制；解调模块输出频率误差信号给VCO模块对VCO模块输出的晶振信号进行频率控制；VCO模块输出晶振信号给接收本振模块，接收本振模块产生两路本振信号分别输出给第一下变频器和第二下变频器。 [0023] 所述的测距信号处理单元包括测距信号相位温度补偿电路和测距信号幅度调整电路；测距信号相位温度补偿电路接收从接收单元输出的测距信号后，进行测距信号相位温度补偿，将温度补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路进行幅度调整，然后将幅度调整后的测距信号发送至发射单元。 [0024] 所述的测距信号相位温度补偿电路包括预置温度控压转换电路和测距信号相位调整电路；从接收单元输出的测距信号输入到测距信号相位调整电路，预置温度控压转换电路产生随环境温度变化下的相位控制电压，将相位控制电压发送给测距信号相位调整电路，测距信号相位调整电路根据输入的相位控制电压对输入的测距信号进行测距信号相位温度补偿，将补偿后的测距信号发送给测距信号幅度调整电路。 [0025] 所述的预置温度控压转换电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；电阻R1的一端作为电源输入端，电阻R2、电阻R3的公共一端作为偏置电压1输入端连接至电阻R1的另一端，电阻R2、电阻R3的公共另一端和电阻R4的一端连接在一起作为补偿控制电压输出端连接至测距信号相位调整电路，电阻R4的另一端接地。 [0026] 所述的测距信号相位调整电路包括电感L1、电容C1、电容C2、电阻R5和二极管V1；电感L1一端连接到预置温度控压转换电路作为补偿控制电压输入端，电感L1另一端连接到二极管V1负极端提供控制电压，电容C1一端连接到接收单元作为测距信号输入端，电容C1另一端也连接到二极管V1负极端提供测距信号，电阻R5的一端作为直流偏置连接到二极管V1正极端，电容C2一端作为补偿后测距信号端也连接到二极管V1的正极端，电容C2另一端作为测距信号输出端连接至测距信号幅度调整电路。 [0027] 所述的发射单元包括发射晶振模块、发射本振模块、调制模块、低通滤波器、带通滤波器和发射信号放大器；发射晶振模块产生晶振信号给发射本振模块，发射本振模块产生卫星下行测控信号的载波，输出到调制模块；同时，卫星遥测副载波信号和从测距信号处理单元输入的测距信号也发送至调制模块，调制模块将卫星遥测副载波信号和测距信号调制在卫星下行测控信号的载波上，调制方式为频率调制，得到卫星下行测控信号，卫星下行测控信号输入低通滤波器经过低通滤波输出给带通滤波器，卫星下行测控信号在带通滤波器进行带通滤波后发送给发射信号放大器，发射信号放大电路对滤波后的卫星下行测控信号进行功率放大后输出。 [0028] 下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。 [0029] 1、应答机整体方案 [0030] 星载模块化UCB应答机采用统一C频段侧音测距体制，卫星上行测控信号采用频率调制方式，卫星下行测控信号采用相位调制方式，具备接收解调并调制测距信号，接收解调卫星遥控信号，调制发送卫星下行遥测信号的功能。卫星遥控信号和卫星遥测信号是已调制遥控遥测信号副载波，格式为PSK信号。 [0031] 应答机包括接收单元、测距信号处理单元和发射单元三部分组成。 [0032] 整体组成框图如图1所示。 [0033] 2、应答机接收单元设计 [0034] 接收单元采用两次变频接收机方案，包括两级低噪声放大器，两级前置衰减器，下变频器1，中频放大器，下变频器2，接收本振模块，VCO模块和解调模块组成。 [0035] 接收单元输入信号：卫星上行测控信号，工作频段载波为国际标准C上行测控频段，5.8GHz‑6.6GHz，调制信号为测距信号和卫星遥控副载波信号，调制方式为频率调制。 [0036] 接收单元工作原理：卫星上行测控信号输入两级低噪声放大器模块，两级前置衰减器，进入下变频器1，把频率变到100MHz‑150MHz左右，变频至中频放大器进行放大滤波，输出的中频信号发送至下变频器2进行再次下变频处理，把频率变到25MHz左右，再次下变频后的信号进入解调模块进行解调，解调模块解调输出卫星遥控副载波信号、测距信号、AGC控制信号和频率误差信号，其中，解调模块解调输出卫星遥控副载波给卫星其它设备进行处理，解调模块解调输出的测距信号发送到测距信号处理单元，解调模块输出AGC控制信号给中频放大器1进行中频放大幅度控制，解调模块输出频率误差信号给VCO模块对VCO模块输出的晶振信号进行频率控制，VCO模块输出晶振信号给接收本振模块，接收本振模块产生两路本振信号分别输出给下变频器1、下变频器2。 [0037] 接收单元通道灵敏度设计：接收单元通道采用采用两级低噪声放大器和两级前置衰减器交替组合，使得噪声系数和增益可调，衰减器衰减值从12dB到2dB之间。应答机噪声系数决定了应答机解调遥控副载波信号信噪谱密度比，决定了应答机的灵敏度。使用中可以根据用户需求进行调整。表1是前置衰减和应答机灵敏度经验值对照表。 [0038] 表1前置衰减和应答机灵敏度对照表 [0039] [0040] 3、应答机测距信号处理单元设计 [0041] 测距信号处理单元包括测距信号相位温度补偿电路和测距信号幅度调整电路组成。 [0042] 应答机接收解调输出的测距信号在这部分电路进行测距信号相位温度补偿，并进行幅度调整，减小应答机距离零值随温度变化波动。 [0043] 测距信号处理相位温度补偿工作原理：测距信号相位温度补偿电路工作原理如图3所示，包括测距信号相位调整电路和预置温度控压转换电路两部分组成，测距信号输入测距信号相位调整电路，预置温度控压转换电路根据应答机零值温度误差数据给出随环境温度变化下的控制电压。控制电压控制测距信号相位调整电路的传输相位偏移。当测距信号经过测距信号相位调整电路时，测距信号的相位经过了温度误差修正。后级的测距信号幅度调整电路对输出的测距信号进行放大、限幅和滤波。保证输出测距信号相位和幅度保持稳定。 [0044] 测距信号相位温度补偿电路的设计： [0045] 应答机测距信号相位温度补偿电路原理图如附图2所示。左侧是预置温度控压转换电路，右侧是测距信号相位调整电路。 [0046] 预置温度控压转换电路包括热敏电阻R3，常规电阻R1、R2和R4。预置温度控压转换电路根据应答机零值温度误差数据给出随环境温度变化下的控制电压。 [0047] 电阻R1的一端作为电源输入端，电阻R2、电阻R3的公共一端作为偏置电压1输入端连接至电阻R1的另一端，电阻R2、电阻R3的公共另一端和电阻R4的一端连接在一起作为补偿控制电压输出端连接至测距信号相位调整电路，电阻R4的另一端接地。 [0048] 根据对应答机测距距离零值随温度变化的数据分析，预置温度控压转换电路提供的补偿控制电压/温度关系为二次曲线就可以满足补偿要求。 [0049] 考虑可考性和满足使用要求，预置温度控压转换电路温补网络采用典型的四电阻网络。 [0050] 图中热敏电阻R3的温度系数都是负的。R3为中阻值热敏电阻，阻值是100KΩ到300kΩ之间。R4为低阻值热敏电阻，阻值在2kΩ到9kΩ之间。 [0051] 测距信号相位调整电路包括变容二极管V1，电感L1，电阻R5和隔直电容C1、C2。二极管V1为电调变容二极管，等效电容和偏置电压为单调变化关系。二极管V1和电阻R5构成移相网络。L1为高频扼流圈，提供二极管的直流偏置。当测距信号经过移相网络时，进行相位调整达到相位温度误差修正的功能。 [0052] 电感L1一端连接到预置温度控压转换电路作为补偿控制电压输入端，电感L1另一端连接到二极管V1负极端提供控制电压，电容C1一端接收单元作为测距信号输入端，电容C1另一端也连接到二极管V1负极端提供测距信号，电阻R5的一端作为直流偏置连接到二极管V1正极端，电容C2一端作为补偿后测距信号端也连接到二极管V1的正极端，电容C2另一端作为测距信号输出端连接至测距信号幅度调整电路。 [0053] 相位补偿机理：对应答机测距通路来看，某一确定温度下，距离零值和测距信号的相位延迟成正比。当距离零值随温度发生变化时，可以等效为测距信号的相位延迟发生变化。 [0054] 根据应答机零值温度变化曲线预先设置预置温度控压转换电路温补网络参数，使补偿控制电压/温度关系符合补偿二次曲线。随着环境温度的变化，控压转换电路输出补偿控制电压改变测距信号相位调制电路的二极管V1的直流偏置，使变容二极管V1的电容发生改变，进而改变通过测距相位调整电路的测距信号相位。此时温度补偿网络使测距信号相位延迟向相反方向补偿变化，即可使应答机距离零值维持稳定。 [0055] 4、应答机发射单元设计 [0056] 发射单元采用锁倍模块加载波直接调制方案，包括发射晶振模块，发射本振模块，调制模块，低通滤波器，带通滤波器，发射信号放大器组成。 [0057] 发射通道输出信号：卫星下行测控信号，工作频段载波为国际标准C下行测控频段3.6GHz‑4.3GHz，调制信号为测距信号和卫星遥测副载波信号，调制方式为相位调制。 [0058] 发射通道工作原理：发射晶振模块产生晶振信号给发射本振，发射本振产生C频段射频信号，输出到调制模块作为下行测控载波。测距信号和卫星遥测副载波输入调制模块，调制在国际标准C下行测控频段，调制方式为频率相位调制。已调制测控信号经过低通和带通滤波器，输入发射信号放大电路进行功率放大。 [0059] 发射信号放大电路说明见图4，采用输出功率可调节电路，通过调整供电电源电压，输出功率可调保证输出测控信号电平满足要求。 [0060] 表2供电电压和应答机输出功率对照表 [0061] [0062] [0063] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。