软件测控应答机的初步研究

论文摘要

微小卫星是现代航天技术中的重要研究领域。编队飞行微小卫星是指多颗微小卫星构成并保持一定的队形在轨道上飞行,通过星间互相协同工作来完成复杂航天任务。对于编队飞行微小卫星来说,测控涉及到两个方面问题,一是星地间测控定轨,二是编队内卫星相对定位。如何在有限的体积及功耗下实现星地测距定轨、星间相对位置测量等功能,是需要考虑的一个重要问题。软件无线电是解决这个问题的一个有效方案。 软件无线电是近几年随着微电子技术的进步而迅速发展起来的新技术。它是把以往采用以硬件为核心、以特定应用为目的的无线电实现方法过渡到在某一个计算平台上用软件来完成无线电任务的设计思想。 将软件无线电技术引入卫星测控应答机,通过适当考虑,可将对地统一载波测控体制的应答机和星间伪码测距应答机的硬件结构做成完全相同,只要改变(重构)内部运行软件,就可分别实现这两种功能。因此编队飞行微小卫星只要携带一个这样的测控应答机,运行不同软件就可在需要时分别实现对地测控应答和星间相对位置测量的功能。本文正是基于以上的分析来展开的,主要工作包括: 1、分析了两种调制解调方式:相位调制与解调和BPSK调制与解调原理,分析两者之间的异同点,提出一个通用的硬件平台。该硬件平台包括模拟部分和数字部分。模拟部分由射频接收和发射两部分组成。 2、在信号的接收部分,相干载波的提取占很重要的地位,在信号的发射部分有载波跟踪转发用以测速。在本文中采用嵌套长环结构,采用载波跟踪环和锁相频率合成器组成的环路来进行载波跟踪和合成,提取出相干载波,与接收到的信号进行下变频混频。本文提出了分别针对调相信号和BPSK数字调制信号的下行相干载波提取方案。 3、本文利用到软件无线电的思想,基带部分的处理是在软件部分完成的,包括锁相环的环路滤波器,测距信号的信号分离与转发等。利用数字电路来完成基带部分的工作,可以提高系统的灵活性,对不同的接收信号采用不同的环路滤

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 微小卫星发展现状及展望
• 1.1.1 微小卫星特点和应用领域
• 1.1.2 微小卫星国内外发展状况
• 1.2 软件无线电
• 1.2.1 软件无线电的概念
• 1.2.2 软件无线电的技术难点
• 1.3 基于软件无线电的测控应答机
• 1.3.1 编队飞行微小卫星
• 1.3.2 一体化测控应答机
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 软件测控应答机系统设计
• 2.1 系统结构介绍
• 2.2 锁相环与科斯塔斯环
• 2.2.1 锁相环原理
• 2.2.2 压控振荡器VCO
• 2.2.3 环路滤波器
• 2.2.4 锁相环线性相位模型
• 2.2.5 环路的锁定状态和跟踪状态
• 2.2.6 科斯塔斯环
• 2.3 锁相频率合成器
• 2.4 嵌套环路结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 硬件平台设计
• 3.1 系统介绍
• 3.2 FPGA
• 3.2.1 FPGA通路
• 3.2.2 FPGA外围电路
• 3.3 DSP
• 3.3 AD与 DA转换电路
• 3.4 数字信号转换
• 3.5 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 侧音测距
• 4.2 载波跟踪提取环路
• 4.3 FIR滤波器的基本结构
• 4.3.1 数字滤波器的一般设计方法
• 4.3.2 IIR与FIR数字滤波器的比较和选择
• 4.3.3 FIR滤波器的基本结构
• 4.4 FIR滤波器的MATLAB设计
• 4.5 FIR滤波器的DSP设计
• 4.5.1 FIR滤波器DSP设计原理
• 4.5.2 FIR滤波器DSP实现
• 4.6 本章小结
• 第五章 软件测控应答机系统
• 5.1 接收机
• 5.1.1 接收机的环路结构
• 5.1.2 I/Q解调器
• 5.1.3 BPSK信号的接收
• 5.1.4 调相信号解调
• 5.2 发射机
• 5.2.1 载波转发
• 5.2.2 调制器芯片
• 5.2.3 QPSK调制
• 5.2.4 相位调制
• 5.2.5 侧音测距
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结
• 参考文献
• 附录
• 致谢