專利名稱：一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及星載通信發(fā)射機設(shè)計，特別涉及一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計。
背景技術(shù)：
考慮到衛(wèi)星工作環(huán)境的特殊性，其通信調(diào)制方式通常選用模擬調(diào)相或數(shù)字調(diào)相。兩種方式均為調(diào)相，前者一般用于遙測參數(shù)、側(cè)音等模擬信號的調(diào)制，統(tǒng)稱為遙測調(diào)制，后者主要用于數(shù)傳數(shù)據(jù)的調(diào)制，稱為數(shù)傳調(diào)制。當衛(wèi)星發(fā)射遙測時其發(fā)射機稱為遙測發(fā)射機，發(fā)射數(shù)傳時其發(fā)射機稱為數(shù)傳發(fā)射機。通常情況下，遙測發(fā)射機屬于測控分系統(tǒng)，作用是轉(zhuǎn)發(fā)測距信號以及系統(tǒng)的一些遙測參數(shù)，便于地面站對衛(wèi)星的實時跟蹤和控制，而數(shù)傳發(fā)射機屬于數(shù)傳分系統(tǒng)，作用是將衛(wèi)星上有效載荷產(chǎn)生的一些重要數(shù)據(jù)發(fā)射至地面站，供設(shè)計人員使用，由于數(shù)據(jù)量大多比較龐大，一般選用高碼速率的數(shù)字調(diào)相方式。隨著航天技術(shù)不斷發(fā)展，考慮到發(fā)射和運行成本，大多數(shù)衛(wèi)星已將測控分系統(tǒng)與數(shù)傳分系統(tǒng)合為一個分系統(tǒng)，統(tǒng)稱為測控數(shù)傳分系統(tǒng)，最主要的目的是簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低重量和功耗，從而降低成本。在測控數(shù)傳分系統(tǒng)中，基于傳統(tǒng)設(shè)計理念以及調(diào)制方式的不同，遙測發(fā)射機和數(shù)傳發(fā)射機在功能上是分開，要么是獨立的兩臺單機，要么是一臺單機里面獨立的兩個部套或者是一個部套里面獨立的兩個部分，本質(zhì)上與原來的工作方式?jīng)]有任何不同，也不會為衛(wèi)星的體積功耗帶來可觀的改善。為實現(xiàn)真正意義上的測控數(shù)傳一體化，需將遙測發(fā)射機與數(shù)傳發(fā)射機一體化設(shè)計，只有采用串行設(shè)計方式，在鏈路上共用絕大部分功能減少元器件和模塊的數(shù)量才能實現(xiàn)降重量和減功耗的目的。目前沒有發(fā)現(xiàn)同本發(fā)明 類似技術(shù)的說明或報道，也尚未收集到國內(nèi)外類似的資料。

發(fā)明內(nèi)容
為達到進一步降低測控數(shù)傳分系統(tǒng)重量和功耗的目的，需將遙測發(fā)射機與數(shù)傳發(fā)射機一體化設(shè)計，本發(fā)明的目的在于提供一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計方法。利用本發(fā)明，可在不降低原有兩臺發(fā)射機功能指標的情況下有效降低測控數(shù)傳分系統(tǒng)的重量和功耗，同時設(shè)計簡單，易于集成，通用性強，適用領(lǐng)域廣。為了達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計，該設(shè)計包括
通過鎖相倍頻的方式產(chǎn)生載波，載波再進入調(diào)相電路將遙測數(shù)據(jù)進行調(diào)相，輸出遙測發(fā)射機數(shù)據(jù)經(jīng)過放大器到數(shù)傳調(diào)制器(此時無數(shù)傳數(shù)據(jù)輸入)，最后經(jīng)過濾波器、隔離器輸出至天線，實現(xiàn)遙測發(fā)射機功能，要實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機的功能則載波經(jīng)過調(diào)相電路時不進行遙測數(shù)據(jù)調(diào)相(即無遙測數(shù)據(jù)輸入)，經(jīng)過發(fā)射鏈路后，實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機功能。鎖相倍頻參考輸入源有三種壓控晶振、溫補晶振、恒溫晶振，三種晶振輸出頻率不同，通過指令控制其中一路進入鎖相環(huán)。當輸入為壓控晶振時發(fā)射載波與接收機上行頻率相干(接收機鎖相的情況下)，當輸入為溫補晶振時發(fā)射載波與接收機上行頻率非相干，當輸入為恒溫晶振時發(fā)射載波與接收機上行頻率不相干。相干時發(fā)射機用于測距，包括側(cè)音測距和相對差分單向測距，非相干時發(fā)射機用于發(fā)射遙測數(shù)據(jù)，此兩種情況均為遙測發(fā)射機功能，輸入為恒溫晶振時發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機，此時載波的頻率穩(wěn)定度很高，可有效降低數(shù)傳誤碼率，發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機。遙測調(diào)制器和數(shù)傳調(diào)制器采用串行方式級聯(lián)在同一鏈路中，當工作在遙測狀態(tài)時，數(shù)傳調(diào)制器輸入端無數(shù)據(jù)，當工作在數(shù)傳狀態(tài)時，遙測調(diào)制器輸入端無交流調(diào)制數(shù)據(jù)。發(fā)射模式選擇通過脈沖指令控制磁保持繼電器實現(xiàn)，控制方式簡單，無需使用微波開關(guān)和微波合路器，避免在微波頻段設(shè)計所帶來的難度。本發(fā)明采用的設(shè)計方法，其數(shù)據(jù)調(diào)制度、線性度、頻譜對稱性、誤碼率、輸出功率、雜散抑制等指標與原有單臺遙測發(fā)射機和單臺數(shù)傳發(fā)射機一致，并取得了體積小、重量輕、功耗低、成本低、設(shè)計簡化、接口簡單等效果。本發(fā)明可以應(yīng)用到所有需要測控數(shù)傳一體化設(shè)計的衛(wèi)星當中。


圖1為本發(fā)明一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計框圖。
具體實施例方式參見示出本發(fā)明實施例的附圖，下文將更詳細地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同形式實現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實施例的限制。相反，提出這些實施例是為了達成充分及完整公開，并且使本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員完全了解本發(fā)明的范圍。這些附圖中，為清楚起見，可能放大了層及區(qū)域的尺寸及相對尺寸。附圖1為本發(fā)明 一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計框圖，如附圖1所示，一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，至少包括
鎖相倍頻單元(在本實例中采用現(xiàn)有的鎖相倍頻電路16):用于通過鎖相倍頻方式產(chǎn)生載波，并接收若干種鎖相倍頻參考輸入源；
調(diào)相單元(在本實例中采用現(xiàn)有的調(diào)相電路18):分別連接鎖相倍頻單元及遙測數(shù)據(jù)輸入端;
數(shù)傳調(diào)制器20 :連接調(diào)相單元或通過放大器19連接至調(diào)相單元，以及連接數(shù)傳數(shù)據(jù)輸入端;
濾波單元(在本實例中采用濾波器22):連接數(shù)傳調(diào)制器；
隔離單元(在本實例中采用隔離器23):連接濾波單元，其輸出端作為發(fā)射機輸出；
并且所述發(fā)射機能選擇地工作在以下其中一模式下
第一種模式鎖相倍頻方式的載波產(chǎn)生，載波再進入調(diào)相單元將遙測數(shù)據(jù)進行調(diào)相，輸出遙測發(fā)射機信號經(jīng)過放大器19到數(shù)傳調(diào)制器20但并無數(shù)傳數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過濾波單元、隔離單元輸出，以實現(xiàn)遙測發(fā)射機；
第二種模式載波經(jīng)過調(diào)相單元時不進行遙測數(shù)據(jù)調(diào)相，直接經(jīng)過發(fā)射鏈路后，以實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機。該發(fā)射機中，鎖相倍頻參考輸入源有三種壓控晶振11、溫補晶振12、恒溫晶振14，三種晶振輸出頻率不同，通過指令控制其中一路進入鎖相環(huán)。當輸入為壓控晶振11時發(fā)射載波與接收機上行頻率相干，當輸入為溫補晶振12時發(fā)射載波與接收機上行頻率非相干，當輸入為恒溫晶振14時發(fā)射載波與接收機上行頻率不相干。相干時發(fā)射機用于測距，包括側(cè)音測距和相對差分單向測距，非相干時發(fā)射機用于發(fā)射各種遙測數(shù)據(jù)，此兩種情況均屬于遙測發(fā)射機功能。輸入為恒溫晶振14時發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機，此時載波的頻率穩(wěn)定度要求很高，此時發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機。三種晶振可用于鎖相參考選擇，工作在不同模式則選擇某一種晶振的輸出，下行載波只與其中一路有關(guān)。通過鎖相倍頻的方式將參考頻率變換至所需的微波頻率，優(yōu)點是體積小，輸出頻率靈活可控，通過后級濾波能實現(xiàn)較好的雜散抑制，同時也具有較好的相位噪聲指標。載波首先進入調(diào)相器，其功率在OdBm左右，調(diào)相器工作時衰減量約10dB，經(jīng)過放大后進入數(shù)傳調(diào)制前功率為IOdBm,經(jīng)過后級衰減，最終輸出功率在OdBm左右。根據(jù)不同的系統(tǒng)要求，可在發(fā)射機后級聯(lián)功放，或者經(jīng)天線直接輸出。遙測數(shù)據(jù)最高頻率為20MHz，最低頻率為16KHz，調(diào)制帶寬比較寬，頻率倍程大，對調(diào)制器線性度要求高，實·際使用時需加直流電壓，使其工作在線性度最好的區(qū)域。當使用數(shù)傳時，調(diào)相器控制端的直流電壓大小與遙測發(fā)射時一致，當使用遙測時，數(shù)傳調(diào)制器20端的直流電壓大小需要調(diào)整至合適值，使最終輸出的兩種模式功率一致。遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計，該設(shè)計包括鎖相倍頻方式的載波產(chǎn)生，載波再進入調(diào)相電路18將遙測數(shù)據(jù)進行調(diào)相，輸出遙測發(fā)射機信號經(jīng)過放大器19到數(shù)傳調(diào)制器20(此時無數(shù)傳數(shù)據(jù))，最后經(jīng)過濾波器22、隔離器23輸出至天線，實現(xiàn)遙測發(fā)射機功能。由于采用串行設(shè)計方式，要實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機的功能則載波經(jīng)過調(diào)相電路時不進行遙測數(shù)據(jù)調(diào)相(即無遙測數(shù)據(jù)輸入)，經(jīng)過發(fā)射鏈路后，實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機功能。發(fā)射模式選擇通過脈沖指令控制磁保持繼電器(如附圖1)進行，控制方式簡單可靠，不需要使用微波開關(guān)和微波合路器，有效降低微波頻段設(shè)計難度。當工作在遙測狀態(tài)時，數(shù)傳調(diào)制器20輸入端無數(shù)據(jù)，為保持與數(shù)傳發(fā)射時輸出功率一樣，數(shù)傳調(diào)制端加載有直流電平。當工作在數(shù)傳狀態(tài)時，遙測調(diào)制器輸入端無交流調(diào)制數(shù)據(jù)，但有直流電壓，載波功率經(jīng)過數(shù)傳調(diào)制器20后與遙測發(fā)射機一致。遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計載波產(chǎn)生途徑為鎖相倍頻，最大的優(yōu)點在于體積小，輸出頻率靈活可控，發(fā)射信號經(jīng)過后級濾波器22可完成消除諧、雜波信號，末級使用隔離器23改善輸出信號駐波。并且，遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計通過鏈路共用、調(diào)制器串行使用實現(xiàn)一體化設(shè)計，至少省去鎖相倍頻電路16、放大器19、濾波器22、隔離器23，同時也避免后級使用合路器(或者開關(guān))，極大降低發(fā)射機體積、重量和功耗。另外，鏈路后級使用帶通濾波器22，帶寬約50MHz，遙測發(fā)射機和數(shù)傳發(fā)射機均在帶內(nèi)，可有效濾除發(fā)射機的諧雜波。綜上所述，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)的特點，并具有很強的通用性，可廣泛應(yīng)用于各種測控數(shù)傳一體化衛(wèi)星型號當中。本領(lǐng)域的研究和設(shè)計人員可以對本發(fā)明的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機設(shè)計進行各種改動和變化而不脫離本發(fā)明的本質(zhì)范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些改動和變化屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變化在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，至少包括 鎖相倍頻單元用于通過鎖相倍頻方式產(chǎn)生載波，并接收不同頻率鎖相倍頻參考輸入源； 調(diào)相單元分別連接鎖相倍頻單元及遙測數(shù)據(jù)輸入端； 數(shù)傳調(diào)制器連接調(diào)相單元或通過放大器連接至調(diào)相單元，以及連接數(shù)傳數(shù)據(jù)輸入端; 濾波單元連接數(shù)傳調(diào)制器； 隔離單兀，連接濾波單兀，其輸出端作為發(fā)射機輸出； 并且所述發(fā)射機選擇地工作在以下其中一模式下 第一種模式鎖相倍頻方式的載波產(chǎn)生，載波再進入調(diào)相單元將遙測數(shù)據(jù)進行調(diào)相，輸出遙測發(fā)射機信號經(jīng)過放大器到數(shù)傳調(diào)制器但并無數(shù)傳數(shù)據(jù)，最后經(jīng)過濾波單元、隔離單元輸出，以實現(xiàn)遙測發(fā)射機； 第二種模式載波經(jīng)過調(diào)相單元時不進行遙測數(shù)據(jù)調(diào)相，直接經(jīng)過發(fā)射鏈路后進行數(shù)傳調(diào)制，以實現(xiàn)數(shù)傳發(fā)射機。
2.如權(quán)利要求1所述的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，所述鎖相倍頻參考輸入源有三種壓控晶振、溫補晶振、恒溫晶振，三種晶振輸出頻率不同，通過指令控制其中一路進入鎖相環(huán)，并且，當輸入頻率為壓控晶振產(chǎn)生時發(fā)射載波與接收機上行頻率相干，當輸入頻率為溫補晶振產(chǎn)生時發(fā)射載波與接收機上行頻率非相干，當輸入頻率為恒溫晶振產(chǎn)生時發(fā)射載波與接收機上行頻率不相干。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，相干時所述發(fā)射機處于用于測距的模式下，其包括側(cè)音測距和相對差分單向測距，非相干時發(fā)射機處于用于發(fā)射各種遙測數(shù)據(jù)的模式下，此兩種情況均屬于遙測發(fā)射機模式。
4.如權(quán)利要求2所述的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，所述鎖相倍頻參考輸入源輸入為恒溫晶振時發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機，其發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機。
5.如權(quán)利要求1所述的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，調(diào)相單元與遙測數(shù)據(jù)輸入端連接處設(shè)置有用于接收遙測脈沖指令而打開其輸入的繼電器； 數(shù)傳調(diào)制器與數(shù)傳數(shù)據(jù)輸入端連接處設(shè)置有用于接收數(shù)傳脈沖指令而打開其輸入的繼電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，其工作在遙測狀態(tài)下，數(shù)傳調(diào)制器輸入端無數(shù)據(jù)，為保持與數(shù)傳發(fā)射時輸出功率一樣，數(shù)傳調(diào)制端加載有直流電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，其特征在于，其工作在數(shù)傳狀態(tài)下，遙測調(diào)制器輸入端無交流調(diào)制數(shù)據(jù)，但有直流電壓，載波功率經(jīng)過數(shù)傳調(diào)制器后與遙測發(fā)射機一致。
全文摘要
一種遙測與數(shù)傳一體化發(fā)射機，整個發(fā)射機包括載波產(chǎn)生(鎖相倍頻方式)、調(diào)相電路(模擬調(diào)相)、放大器、數(shù)傳調(diào)制器(BPSK調(diào)制)、濾波器和隔離器等。參考頻率進入鎖相環(huán)，通過鎖相倍頻的方式得到發(fā)射載波，再經(jīng)過調(diào)相電路后將所有遙測數(shù)據(jù)進行調(diào)相，得到遙測發(fā)射機下行信號，經(jīng)過幅度放大后進入數(shù)傳調(diào)制器。數(shù)傳調(diào)制器和遙測調(diào)制器采用串行設(shè)計的方式，當有遙測數(shù)據(jù)時則無數(shù)傳數(shù)據(jù)輸入，此時發(fā)射機為遙測發(fā)射機；當進行數(shù)傳調(diào)制時調(diào)相電路輸入端無數(shù)據(jù)，此時發(fā)射機為數(shù)傳發(fā)射機。由此實現(xiàn)遙測與數(shù)傳一體化設(shè)計。
文檔編號H04B7/185GK103067326SQ20121052721
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月10日
發(fā)明者王文偉, 程龍寶, 趙濤 申請人:上海航天測控通信研究所