皮卫星通信系统中基带解调处理的研究

论文摘要

随着高新技术的发展和需求的推动,微纳卫星以体积小、功耗低、开发周期短,可编队组网,以更低的成本完成很多复杂的空间科学实验的优势,将在科研、国防和商用等领域发挥重要作用。皮卫星技术处于微纳技术发展的前沿,应用前景十分广阔。微电子、微电子机械等技术发展带动小卫星关键技术的发展的同时,也开始引起了卫星设计理念的转变,微纳卫星出现了一体化、模块化和软件化的设计趋势。航天航空装备“软件化”、进而有效实现智能化将是航天航空技术发展的一个重要方向。 本文以皮卫星研制为背景,在星上搭建一个开放型的以简单硬件为核心的数字基带平台基础上,对皮卫星的遥测遥控指令解调系统进行了研究,通过分析讨论基带解调整套处理方案,摸索在皮卫星上搭建完善数字基带平台、实现基带处理的开发思路和方法,为卫星软件化提供思路;以达到尽可能地用可升级的、可重配置的应用软件来实现各种功能的最终目的。 本论文的主要工作和特色可概括如下: 1.针对解调理论进行研究,在对系统用MATLAB进行建模仿真基础上,分析我们选择的解调方案可能存在的问题,详细讨论了系统实际应用的可行性,并给出仿真结果。 2.描述系统软、硬件的实现;由于DSP串口在系统实现中起重要作用,本文特别针对系统实现中容易带来困扰的其工作模式选择问题进行深入分析和讨论,对不同应用进行不同的模式选择;最后给出整个系统的CCS验证结果。 3.为了更好的评估数字解调器性能,从实际条件和需求出发,搭建了数字基带解调系统误码率检测平台。这样的构筑、检验过程将有助于对数字解调系统更好的理解和完善,描述了一种系统构建的整体思路。同时,搭建的平台也在系统联调的误码测试中发挥重要作用。 4.综合各阶段研究结果,对单板和系统从功能、误码率到可靠性方面,进行全面测试,详尽完整地给出并分析了各阶段测试结果。 按设定方案,基带解调部分已在一块9×4.5cm的电路板上实现,综合测试结果表明,系统能实现在一定信噪比下对指令数据连续实时解调,并能达到预定的误码率要求,整板功耗小于0.4w,软件程序所占的静态DSP资源利用率为14.3%,硬件和软件都留有很大的扩展空间,为以后的升级和卫星更多部分的软件化打下坚实基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微小卫星设计趋势及特点
• 1.2.1 一体化、模块化设计思想
• 1.2.2 软件无线电和DSP技术应用
• 1.3 国内外微小卫星实例
• 1.4 论文背景及皮卫星系统介绍
• 1.5 本论文的工作
• 第二章 解调系统理论分析
• 2.1 解调方案选择
• 2.1.1 相干解调
• 2.1.2 差分相干解调
• 2.2 影响差分相干解调性能的主要因素
• 2.2.1 中心频率漂移
• 2.2.2 非整周期延迟
• 2.2.3 位同步定时不准
• 2.2.4 信道噪声
• 2.3 误码率仿真
• 2.3.1 仿真模型的建立
• 2.3.2 误码率仿真结果
• 2.4 本章小结
• 第三章 基带解调系统实现
• 3.1 基带解调系统结构
• 3.2 基带解调硬件实现
• 3.2.1 DSP电路
• 3.2.2 AD采样转换电路
• 3.2.3 Flash存储电路
• 3.2.4 其他电路
• 3.3 基带解调软件实现
• 3.3.1 程序总体流程
• 3.3.2 滤波器的实现
• 3.3.3 位同步的实现
• 3.4 基带解调CCS环境调试验证
• 3.5 本章小结
• 第四章 误码率测试系统
• 4.1 误码率测试系统的总体结构
• 4.2 噪声源的产生
• 4.3 解调信号的产生
• 4.3.1 随机的调制码元产生
• 4.3.2 衰减器电路
• 4.4 信噪合成单元
• 4.4.1 加法器单元
• 4.4.2 放大器单元
• 4.5 解调接收单元
• 4.6 误码分析单元
• 4.7 误码率系统实测
• 4.8 本章小结
• 第五章 数字解调器综合测试
• 5.1 单板检测结果
• 5.1.1 单板功能测试
• 5.1.2 单板误码率测试
• 5.2 系统联调检测结果
• 5.2.1 系统联调功能测试
• 5.2.2 与射频联调误码率测试
• 5.3 可靠性试验
• 5.3.1 高、低温试验
• 5.3.2 粒子辐照试验
• 5.3.3 振动试验
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 本论文的总结
• 6.2 一些展望
• 参考文献
• 读硕期间发表的论文
• 致谢
• 个人简历
• 附件一 中国科学院上海微系统与信息技术研究所学位论文独创性声明及使用授权声明文本
• 学位论文独创性声明
• 学位论文使用授权声明