【摘要】：航天測控是航天技術(shù)的重要組成部分,對航天器的遙控、遙測、測距、數(shù)傳等多項任務展開研究,保障地面測控站與飛行器間的正常通信。航天測控體制是測控過程的制度體系,規(guī)范化測控體制是保障系統(tǒng)兼容的前提,以統(tǒng)一S波段(Unified S-Band,USB)體制的研究作為重點。綜合基帶系統(tǒng)是基于航天測控體制對遙控信號進行調(diào)制,對遙測信號進行解調(diào),同時實現(xiàn)測距、測速等要求的設備。隨著航天任務的增加以及對地面測控設備相關(guān)技術(shù)指標要求的提高,現(xiàn)有設備存在的功能單一,架構(gòu)復雜,開發(fā)難度大等問題更加突出。綜上,設計一個基于S波段、架構(gòu)簡單、分模塊、功能參數(shù)可調(diào)整的綜合基帶系統(tǒng)成為研究重點,使得系統(tǒng)集遙控、遙測功能相統(tǒng)一、整體性能提高。本文的研究內(nèi)容包括:(1)結(jié)合課題要求和現(xiàn)有設備存在的問題,搭建了基于“FPGA+射頻板卡”與PC上位機相結(jié)合的系統(tǒng),FPGA作為核心算法芯片,實現(xiàn)了綜合基帶系統(tǒng)的主體功能。(2)完成了發(fā)送端的研究與設計,包括數(shù)據(jù)預處理、主載波調(diào)制及輸出環(huán)節(jié)。關(guān)鍵技術(shù)集中于多路副載波與測距側(cè)音信號統(tǒng)一調(diào)制到主載波實現(xiàn)相位調(diào)制的環(huán)節(jié)。隨著衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)量的增大,以及課題對高速傳輸?shù)男枨?將現(xiàn)有設備的主載波頻率由70MHz改進為500MHz。由于載頻的提高,串行的處理方案不再適用,所以通過FPGA采用多路并行處理,高、低頻信號分解的方法實現(xiàn)載波調(diào)制,提高了主載波頻率,減小了中頻到射頻的頻率差,降低了變頻的實現(xiàn)難度。(3)完成了接收端的研究與設計,包括輸入環(huán)節(jié)、同步與解調(diào)。關(guān)鍵技術(shù)集中于遙測信號的帶通采樣、載波同步環(huán)節(jié)。遙測信號的主載波頻率高,當選取最高頻率的兩倍作為采樣頻率時,對模數(shù)轉(zhuǎn)換器的配置及FPGA的處理時鐘要求很高,所以引入帶通欠采樣方案,通過頻譜搬移的方法設計最佳采樣頻率,降低了主載波頻率及后續(xù)FPGA設計的復雜度。由于衛(wèi)星通信環(huán)境復雜、傳輸距離遠及多普勒頻移等影響,接收到的主載波頻率存在一定的頻率偏差,在傳統(tǒng)科斯塔斯環(huán)的基礎上結(jié)合FFT頻偏估計算法,實現(xiàn)了對主載波中心頻率的捕獲及載波同步。(4)設計了系統(tǒng)自檢,通過發(fā)送端與接收端自環(huán),實現(xiàn)系統(tǒng)的綜合測試。經(jīng)過軟件仿真與硬件實測,結(jié)合PC上位機的狀態(tài)指示,實現(xiàn)了綜合基帶系統(tǒng)的設計,驗證了設計方案的正確性與可靠性,在原設備基礎上對指標進行了改善,集遙控、遙測功能相統(tǒng)一,降低了設備復雜度,為地面測控站提供了測試平臺,為軟、硬件協(xié)同設計提供了研究方案,為高速信號的調(diào)制、解調(diào)提供了研發(fā)經(jīng)驗。
【圖文】：

圖 3-7 DDS 的 IP 核參數(shù)設定圖副載波，將碼速率為 2000 bps 的遙控指令調(diào)制到頻率為號 0 時，保證載波不變，，當發(fā)送符號 1 時，載波波形取K 副載波調(diào)制的 VHDL 硬件代碼實現(xiàn)如下所示：_2M)begin --低頻系統(tǒng)時鐘下'1' and clk_2M'event thenl) bpsk<=cosine_pi;bpsk<=cosine;; bpsk_tzxs PORT MAP(

圖 3-8 BPSK 仿真波形線框所示，base 基帶信號在“0”、“1”間跳變，當基帶信變，當基帶信號為“1”時，對載波信號進行 180 度移相，bpsk 信號為 BPSK 副載波調(diào)制后波形。經(jīng)仿真實現(xiàn)了。生成中測距指測量航天飛行器與地面測控站之間的空間距離碼測距或者兩者組合測距等方式[29]。側(cè)音測距指利用側(cè)地面測控站的距離，側(cè)音指某一單頻的正弦信號，當頻 s(t)=Asin(2πft)。當已知從 A 地到 B 地的平均速度 v 和之間的距離 x 為： =
【學位授予單位】：河北大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TN791;V556

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