專利名稱：一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，屬于衛(wèi)星測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國(guó)目前已經(jīng)開展研制更新的探測(cè)器，用于對(duì)更遙遠(yuǎn)的天體進(jìn)行探測(cè)，包括金星、火星、木星等。月球到地球的最遠(yuǎn)距離約40萬(wàn)公里，而火星到地球的最遠(yuǎn)距離約4億公里，距離拓展了 1000倍。如此遙遠(yuǎn)的距離，對(duì)星上應(yīng)答機(jī)的靈敏度提出了更高的要求。根據(jù)預(yù)算，星上應(yīng)答機(jī)的靈敏度需要優(yōu)于_150dBm。而目前已經(jīng)飛行的月球衛(wèi)星CE-1/2上應(yīng)答機(jī)的接收靈敏度只達(dá)到了 _125dBm
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，包括接收通道部分、數(shù)字處理部分、發(fā)射通道部分和頻率綜合器；接收通道部分包括下混頻器A、濾波器和下混頻器B ;上行射頻信號(hào)和從頻率綜合器中倍頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)I經(jīng)過(guò)下混頻器A的混合形成低頻信號(hào)，低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾，經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾的信號(hào)和從頻率綜合器中移頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)2經(jīng)過(guò)下混頻器B的混合，形成中頻信號(hào)輸入給數(shù)字處理部分；數(shù)字處理部分包括模擬數(shù)字變換器A/D、數(shù)字頻率合成器DDSl、數(shù)字頻率合成器DDS2和FPGA ;模擬數(shù)字變換器A/D接收從接收通道部分傳遞過(guò)來(lái)的中頻信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，將中頻信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)輸送給FPGA，F(xiàn)PGA對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行多普勒跟蹤鎖定和解調(diào)，提取多普勒成分，控制數(shù)字頻率合成器DDSl和DDS2，分別生成多普勒參考信號(hào)I和多普勒參考信號(hào)2并分別輸送給移頻鎖相A和移頻鎖相B ;多普勒參考信號(hào)I與上行射頻信號(hào)中的多普勒頻率成分相干，完成相干載波捕獲與跟蹤；FPGA通過(guò)數(shù)字計(jì)算產(chǎn)生多普勒參考信號(hào)2 ;當(dāng)多普勒參考信號(hào)2的頻率成分與多普勒參考信號(hào)I相干時(shí)，并且滿足預(yù)定的比例k，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的收發(fā)相干功能；當(dāng)多普勒參考信號(hào)2與多普勒參考信號(hào)I不相干時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的收發(fā)非相干功能；發(fā)射通道部分包括調(diào)制器；調(diào)制器接收從頻率綜合器發(fā)送出的本振信號(hào)3，對(duì)本振信號(hào)3用基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，輸出下行射頻信號(hào)；本振信號(hào)3是倍頻鎖相B發(fā)出的高頻時(shí)鐘信號(hào)和移頻鎖相B發(fā)出的下行多普勒參考信號(hào)經(jīng)過(guò)上混頻器進(jìn)行混頻后形成的射頻信號(hào);頻率綜合器包括倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D、移頻鎖相A、移頻鎖相B、時(shí)鐘源選擇器和上混頻器；時(shí)鐘源選擇器選擇內(nèi)部溫補(bǔ)晶振TCXO時(shí)鐘和外部超高穩(wěn)時(shí)鐘中的一個(gè)，將選擇到的時(shí)鐘作為頻率綜合器的時(shí)鐘基準(zhǔn)；倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D分別將時(shí)鐘基準(zhǔn)倍頻形成高頻時(shí)鐘信號(hào)；倍頻鎖相C將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相A，移頻鎖相A將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)I進(jìn)行移頻，形成本振信號(hào)2 ;倍頻鎖相D將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相B，移頻鎖相B將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)2進(jìn)行移頻，形成下行多普勒參考信號(hào)。有益效果本發(fā)明數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)相干轉(zhuǎn)發(fā)功能和非相干轉(zhuǎn)發(fā)功能，具有“軟件切換”的特性，增強(qiáng)了靈活性；利用數(shù)字頻率綜合技術(shù)，產(chǎn)生所需要的工作頻點(diǎn)，可以根據(jù)任務(wù)需求實(shí)現(xiàn)不同的射頻頻點(diǎn)，拓展了功能；提高了發(fā)射機(jī)頻譜純度和穩(wěn)定性；可以直接切換到外部高穩(wěn)時(shí)鐘源，無(wú)需經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生相噪損失，射頻相噪特性更好；成本低。


圖I為本發(fā)明的衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)的組成示意圖；
圖2為倍頻鎖相A的組成示意圖；圖3為倍頻鎖相C的組成示意圖；圖4為移頻鎖相A的組成示意圖；圖5為倍頻鎖相B的組成示意圖；圖6為倍頻鎖相D的組成示意圖；圖7為移頻鎖相B的組成示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例以X頻段收發(fā)應(yīng)答機(jī)為例，系統(tǒng)要求的轉(zhuǎn)發(fā)比K =下行射頻信號(hào)的頻率/上行射頻信號(hào)的頻率=880/749 ;設(shè)計(jì)上行射頻信號(hào)的頻率為7115. 5MHz，則要求下行射頻信號(hào)的頻率為8360MHz，其中8360/7115. 5 = K。在相干模式下，如果應(yīng)答機(jī)接收到的上行射頻信號(hào)的頻率存在一定的多普勒頻偏fd = 74. 9KHz，則上行射頻信號(hào)的頻率變?yōu)?115. 5MHz+fd =7115. 5749MHz，那么應(yīng)答機(jī)發(fā)射的下行射頻信號(hào)的頻率應(yīng)當(dāng)隨之變?yōu)?360. 088MHz，始終保持下行射頻信號(hào)的頻率/上行射頻信號(hào)的頻率=K。而在非相干模式下，應(yīng)答機(jī)發(fā)射的下行頻率應(yīng)當(dāng)始終保持為8360MHz。衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，如圖I所示，包括接收通道部分、數(shù)字處理部分、發(fā)射通道部分和頻率綜合器；內(nèi)部時(shí)鐘源設(shè)計(jì)TCXO頻率設(shè)計(jì)為IOOMHz，外部超高穩(wěn)時(shí)鐘源頻率為IOMHz。當(dāng)參考時(shí)鐘選擇器選擇TCXO作為時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí)，得到以下設(shè)計(jì)參數(shù)。倍頻鎖相A輸出的本振信號(hào)I的頻率設(shè)計(jì)為7000MHz，倍頻鎖相A的組成示意圖如圖2所示；倍頻鎖相A的工作過(guò)程為倍頻鎖相A的輸入時(shí)鐘來(lái)自頻率源選擇器，頻率為IOOMHz ;輸入時(shí)鐘經(jīng)過(guò)軟件控制的10分頻器，頻率降到IOMHz ;壓控振蕩器(VCO)的初始輸出信號(hào)頻率在7000MHz，經(jīng)過(guò)700分頻器，頻率降到IOMHz ;這兩路IOMHz信號(hào)進(jìn)入鑒相器
(H))，生成鑒相誤差信號(hào)，經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器(Loop Filter)進(jìn)行低通濾波，濾波后的誤差信號(hào)用于調(diào)節(jié)VCO的輸出頻率；經(jīng)過(guò)這個(gè)倍頻鎖相A電路，使得VCO的輸出頻率與IOOMHz時(shí)鐘保持鎖定，即得到7000MHz的本振信號(hào)I ;
倍頻鎖相C的組成示意圖如圖3所示；輸出時(shí)鐘頻率為90MHz，其工作過(guò)程同倍頻鎖相A。移頻鎖相A的組成示意圖如圖4所示；移頻鎖相A的工作過(guò)程為來(lái)自倍頻鎖相C的頻率為90MHz，來(lái)自DDSl的頻率為10M+fd ；VC0的初始輸出頻率在100MHz，與來(lái)自倍頻鎖相C的90MHz時(shí)鐘進(jìn)行下混頻后，形成IOMHz的低頻信號(hào)。該低頻信號(hào)與來(lái)自于DDSl的10M+fd信號(hào)進(jìn)入鑒相器(H))，鑒相生成的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器(Loop Filter)進(jìn)行低通濾波，濾波后的誤差信號(hào)用于調(diào)節(jié)VCO的輸出頻率。經(jīng)過(guò)移頻鎖相A電路，使得VCO的輸出頻率等于倍頻鎖相C與DDSl的輸出頻率之和，即得到本振信號(hào)2的頻率=DDSl的頻率+倍頻鎖相C的頻率=100M+fd ；接收通道部分包括下混頻器A、濾波器和下混頻器B ;上行射頻信號(hào)和從頻率綜合器中倍頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)I經(jīng)過(guò)下混頻器A的混合形成低頻信號(hào)，低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾，經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾的信號(hào)和從頻率綜合器中移頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)2經(jīng)過(guò)下混頻器B的混合，形成中頻信號(hào)輸入給數(shù)字處理部分；數(shù)字處理部分包括模擬數(shù)字變換器A/D、數(shù)字頻率合成器DDSl、數(shù)字頻率合成器DDS2和FPGA ;模擬數(shù)字變換器A/D接收從接收通道部分傳遞過(guò)來(lái)的中頻信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行·A/D采樣，將中頻信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)輸送給FPGA，F(xiàn)PGA對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行多普勒跟蹤鎖定和解調(diào)，提取多普勒成分，控制數(shù)字頻率合成器DDSl和DDS2，分別生成多普勒參考信號(hào)I和多普勒參考信號(hào)2并分別輸送給移頻鎖相A和移頻鎖相B ;多普勒參考信號(hào)I與已接收到的上行射頻信號(hào)中的多普勒頻率成分相干，完成相干載波捕獲與跟蹤；FPGA通過(guò)數(shù)字計(jì)算產(chǎn)生多普勒參考信號(hào)2 ；多普勒參考信號(hào)I的頻率為lOMHz+fd。其中fd = 74. 9KHz，則多普勒參考信號(hào)I的實(shí)際頻率為10. 0749MHzo在相干模式下，多普勒參考信號(hào)2的頻率為10MHz+fd*K，其中K = 880/749，則多普勒參考信號(hào)2的實(shí)際頻率為10. 088MHz。而在非相干模式下，多普勒參考信號(hào)2的輸出頻率固定為IOMHz。發(fā)射通道部分包括調(diào)制器；調(diào)制器接收從頻率綜合器發(fā)送出的本振信號(hào)3，對(duì)本振信號(hào)3用基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，輸出下行射頻信號(hào)；本振信號(hào)3是倍頻鎖相B發(fā)出的高頻時(shí)鐘信號(hào)和移頻鎖相B發(fā)出的下行多普勒參考信號(hào)經(jīng)過(guò)上混頻器進(jìn)行混頻后形成的射頻信號(hào);頻率綜合器包括倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D、移頻鎖相A、移頻鎖相B、時(shí)鐘源選擇器和上混頻器；時(shí)鐘源選擇器選擇內(nèi)部溫補(bǔ)晶振TCXO時(shí)鐘和外部超高穩(wěn)時(shí)鐘中的一個(gè)，將選擇到的時(shí)鐘作為頻率綜合器的時(shí)鐘基準(zhǔn)；倍頻信號(hào)將時(shí)鐘基準(zhǔn)倍頻形成高頻時(shí)鐘信號(hào)；倍頻鎖相C將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相A，移頻鎖相A將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)I進(jìn)行移頻，形成本振信號(hào)2 ;倍頻鎖相D將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相B，移頻鎖相B將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)2進(jìn)行移頻，形成下行多普勒參考信號(hào)；倍頻鎖相B的輸出高倍時(shí)鐘頻率設(shè)計(jì)為8000MHz，倍頻鎖相B的組成示意圖如圖5所示；其工作過(guò)程同倍頻鎖相A ；倍頻鎖相D的輸出高倍時(shí)鐘頻率設(shè)計(jì)為350MHz，倍頻鎖相D的組成示意圖如圖6所示；其工作過(guò)程同倍頻鎖相A ；移頻鎖相B的輸入頻率為來(lái)自倍頻鎖相D的350MHz和來(lái)自DDS2的多普勒參考信號(hào)2，移頻鎖相B的組成示意圖如圖7所示；其工作過(guò)程同移頻鎖相A ；而本振信號(hào)3的頻率為8000MHz與360MHz+fd*K的混頻結(jié)果，因此本振3的頻率為8360MHz+fd*K。在相干模式下，如果fd = 74. 9KHz，則本振信號(hào)3的頻率為8360. 088MHz。在非相干模式下，由于DDS2輸出的頻率固定為10MHz，因此本振信號(hào)3的頻率為8360MHz。當(dāng)頻率綜合器選擇IOOMHz的TCXO作為時(shí)鐘基準(zhǔn)時(shí)，倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D，的工作參數(shù)。根據(jù)需要，通過(guò)軟件控制，星上應(yīng)答機(jī)可以隨時(shí)將時(shí)鐘源切換到外部IOMHz源，同時(shí)各個(gè)倍頻鎖相通過(guò)軟件指令，將其內(nèi)部的10分頻器改為直通(不分頻)。這樣各個(gè)倍頻鎖相的輸出頻率不變，但整體頻率都與輸入的外部IOMHz高穩(wěn)源 保持鎖相同步。
權(quán)利要求
1.一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，其特征在于包括接收通道部分、數(shù)字處理部分、發(fā)射通道部分和頻率綜合器； 接收通道部分包括下混頻器A、濾波器和下混頻器B ;上行射頻信號(hào)和從頻率綜合器中倍頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)I經(jīng)過(guò)下混頻器A的混合形成低頻信號(hào)，低頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾，經(jīng)過(guò)濾波器過(guò)濾的信號(hào)和從頻率綜合器中移頻鎖相A發(fā)出的本振信號(hào)2經(jīng)過(guò)下混頻器B的混合，形成中頻信號(hào)輸入給數(shù)字處理部分； 數(shù)字處理部分包括模擬數(shù)字變換器A/D、數(shù)字頻率合成器DDSl、數(shù)字頻率合成器DDS2和FPGA ;模擬數(shù)字變換器A/D接收從接收通道部分傳遞過(guò)來(lái)的中頻信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，將中頻信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，然后將數(shù)字信號(hào)輸送給FPGA，F(xiàn)PGA對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行多普勒跟蹤鎖定和解調(diào)，提取多普勒成分，控制數(shù)字頻率合成器DDSl和DDS2，分別生成多普勒參考信號(hào)I和多普勒參考信號(hào)2并分別輸送給移頻鎖相A和移頻鎖相B ;多普勒參考信號(hào)I與上行射頻信號(hào)中的多普勒頻率成分相干，完成相干載波捕獲與跟蹤；FPGA通過(guò) 數(shù)字計(jì)算產(chǎn)生多普勒參考信號(hào)2 ;當(dāng)多普勒參考信號(hào)2的頻率成分與多普勒參考信號(hào)I相干時(shí)，并且滿足預(yù)定的比例k，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的收發(fā)相干功能；當(dāng)多普勒參考信號(hào)2與多普勒參考信號(hào)I不相干時(shí)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的收發(fā)非相干功能； 發(fā)射通道部分包括調(diào)制器；調(diào)制器接收從頻率綜合器發(fā)送出的本振信號(hào)3，對(duì)本振信號(hào)3用基帶數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，輸出下行射頻信號(hào)；本振信號(hào)3是倍頻鎖相B發(fā)出的高頻時(shí)鐘信號(hào)和移頻鎖相B發(fā)出的下行多普勒參考信號(hào)經(jīng)過(guò)上混頻器進(jìn)行混頻后形成的射頻信號(hào)；頻率綜合器包括倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D、移頻鎖相A、移頻鎖相B、時(shí)鐘源選擇器和上混頻器；時(shí)鐘源選擇器選擇內(nèi)部溫補(bǔ)晶振TCXO時(shí)鐘和外部超高穩(wěn)時(shí)鐘中的一個(gè)，將選擇到的時(shí)鐘作為頻率綜合器的時(shí)鐘基準(zhǔn)；倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D分別將時(shí)鐘基準(zhǔn)倍頻形成高頻時(shí)鐘信號(hào)；倍頻鎖相C將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相A，移頻鎖相A將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)I進(jìn)行移頻，形成本振信號(hào)2 ;倍頻鎖相D將形成的高頻時(shí)鐘信號(hào)發(fā)送給移頻鎖相B，移頻鎖相B將接收到的高頻時(shí)鐘信號(hào)和多普勒參考信號(hào)2進(jìn)行移頻，形成下行多普勒參考信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，其特征在于倍頻鎖相A包括分頻器A、分頻器B、鑒相器、壓控振蕩器和環(huán)路濾波器；倍頻鎖相A的輸入時(shí)鐘經(jīng)過(guò)分頻器A后得到頻率為A的信號(hào)；壓控振蕩器的初始輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)分頻器B后得到頻率為B的信號(hào)，頻率為A的信號(hào)和頻率為B的信號(hào)經(jīng)過(guò)鑒相器后生成鑒相誤差信號(hào)，該誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器進(jìn)行低通濾波，濾波后的誤差信號(hào)用于調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，該輸出頻率與輸入時(shí)鐘保持鎖定，得到本振信號(hào)I。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，其特征在于移頻鎖相A包括鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器和下混頻器；壓控振蕩器的初始輸出頻率與來(lái)自倍頻鎖相C的時(shí)鐘進(jìn)行下混頻后形成低頻信號(hào)；該低頻信號(hào)與來(lái)自DDSl的信號(hào)一起進(jìn)入鑒相器；鑒相生成的誤差信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器進(jìn)行低通濾波，濾波后的誤差信號(hào)用于調(diào)節(jié)壓控振蕩器的輸出頻率，即本振信號(hào)2 ;本振信號(hào)2的頻率等于倍頻鎖相C與DDSl的輸出頻率之和。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星應(yīng)答機(jī)，屬于衛(wèi)星測(cè)量控制技術(shù)領(lǐng)域。包括接收通道部分、數(shù)字處理部分、發(fā)射通道部分和頻率綜合器；接收通道部分包括下混頻器A、濾波器和下混頻器B；數(shù)字處理部分包括模擬數(shù)字變換器A/D、數(shù)字頻率合成器DDS1、數(shù)字頻率合成器DDS2和FPGA；發(fā)射通道部分包括調(diào)制器；頻率綜合器包括倍頻鎖相A、倍頻鎖相B、倍頻鎖相C、倍頻鎖相D、移頻鎖相A、移頻鎖相B、時(shí)鐘源選擇器和上混頻器。本發(fā)明數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)相干轉(zhuǎn)發(fā)功能和非相干轉(zhuǎn)發(fā)功能；提高了發(fā)射機(jī)頻譜純度和穩(wěn)定性；可以直接切換到外部高穩(wěn)時(shí)鐘源，無(wú)需經(jīng)過(guò)頻率轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生相噪損失，射頻相噪特性更好；成本低。
文檔編號(hào)H04B7/185GK102752038SQ20121022283
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者任經(jīng)緯, 吉欣, 張廷新, 張謹(jǐn), 朱舸, 翟盛華 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所