基于AD9361星载USB测控接收设备设计

针对星载统一S频段(Unified S-band,USB)测控应答机遥控接收高动态问题,提出了一种USB接收设备的设计方法。该方法基于AD9361+现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)硬件平台,采用并行+串行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)实现信号载波频率捕获,载波环路使用2阶锁频环(Frequency Lock Loop,FLL)辅助3阶锁相环(Phase Lock Loop,PLL)环路进行跟踪,遥控副载波环路采用2阶PLL环进行跟踪。对方法的可行性进行了理论推导,使用Matlab进行仿真,结果表明该方法可以满足多普勒动态不小于32 kHz/s下遥控数据解调要求。

DPSK-PM调制信号数字解调方法研究

针对卫星USB测控系统中常用的DPSK-PM调制技术,设计了一种简单的数字解调方法。在介绍算法原理的基础上,对解调算法进行了仿真,仿真结果证明了该方法的有效性。该方法对于航天测控链路信息对抗仿真平台的建立具有指导意义。

基于北斗系统的船载USB轴系参数标校方法

在目前跟踪精轨目标进行直接标校电轴参数方法的基础上,充分利用北斗卫星资源较多、分布均匀和包含有不同轨道周期卫星的特点,通过合理设计USB跟踪北斗卫星方案提高了USB轴系参数标校的效率。通过试验验证,该方案能够有效克服目前USB轴系参数标校受天气影响、跟踪低轨道标校星受时间限制等不利条件的影响,实现USB轴系参数的快速标校,标校结果能够满足USB测角指标的要求。

一种微小型USB测控应答机测距音功率解耦方法

在航天统一S波段(unified S-band,USB)测控系统中,地面测控站通过星上的USB测控应答机转发的测距音相位延迟提取距离信息,考虑到测距音提取滤波器以及信道噪声对下行调制度的影响,下行测距音的调制度会发生非预期的起伏,从而影响整个测控系统的功率效率与通信距离。提到了一种微小型USB测控应答机测距音功率解耦方法,在简化上行接收机设计的同时,通过进行接收功率归一化,消除上行接收信号强度对调制度的不利影响,保障了测控应答机调制信号的功率效率,并通过产品实测对方法的可行性与效果进行了验证。

统一S波段测控系统中软件锁相环的测速方案仿真

本文首先论述了在统一S波段测控系统中锁相技术的重要性,系统讲解了锁相环的基本原理,并采用双线性变换法建立软件锁相环的数学模型。文中综合CIC滤波器、半带滤波器和平滑处理的相关理论,提出了一种软件锁相环测速方案,并利用MATLAB软件进行仿真,对测控信号的频率进行捕获跟踪。最后通过仿真分析验证了软件锁相环有很好的捕获和跟踪精度,达到了预期目标。

载人航天USB测控系统及其关键技术

总结了载人航天USB测控系统的综合化、高可靠性、高测轨精度、抗组合干扰、数字化、大动态控制、目标快速捕获、极化分集接收等关键技术,以及为解决这些关键而采取的技术措施,包括:统一载波信号设计,“五合一”数字载波环,数字测速和测距,随扫斜率判决,高线性调制/解调,FM极化合成跟踪等。经过我国载人航天工程实践的验证,USB测控系统是成功的,其综合性能达到了当时的国际先进水平。

USB测距测速数据误差建模和评估

统一S波段(Unified S-band,USB)系统是目前中国载人航天和月球探测任务的主要测控网。文章对中国USB系统的测距测速数据的误差构成进行了详细分析,给出了传播媒介、相位中心偏差、时标偏差、通道时延以及卫星星历误差的修正模型,并通过对实测数据的残差分析,对目前中国USB测量数据的精度进行了评估,给出了USB测距和测速数据的实际精度。最后,针对目前USB数据的处理和应用情况,提出了数据处理上需注意的一些问题。文章的结论对今后改善中国USB系统的测定轨精度具有一定的参考价值。

统一S波段测控信道调制指数设计方程

考虑了测距音提取滤波器以及返回噪声对统一Ｓ波段卫星测控信道的影响，采用图解和数学分析两种方法详细分析了已调载波的功率效率。在此基础上，分别推导出在有、无测距音提取滤波器两种情况下。

多站联合测控中USB跟踪链路快速切换的实现

介绍了统一S频段(USB)测控设备跟踪链路切换的原理,针对多站联合测控中手动切换链路效率低的不足,为满足任务高难度、严要求的需要,缩短切换时间,提高切换准确性,提出以宏命令方式进行链路切换操作,应急状态下直接调用宏文件的方法,并在C#语言和.NET环境下采用用户数据报协议(UDP)实现快速切换,较原手动切换方法速度提高了约4倍。

一种新的USB系统调制指数优化算法

针对深空USB(统一S频段)系统下行链路的功率分配问题,提出了基于余量等均准则的调制指数优化算法,并给出了算法的理论证明。根据工作方式的不同,将下行链路分为仅有遥测信道、仅有测距信道和同时存在遥测与测距信道3种情况,并设定链路预算余量相等,其中在仅有遥测、仅有测距信道的情况下,根据余量等均准则可确定调制指数的最优值;在同时存在遥测与测距信道的情况下,需要增加约束条件,以进一步缩小并限制调制指数的取值范围。最后仿真结果验证了该准则的有效性。

船载统一S频段测控系统目标仿真器

船载统一S频段(USB)测控系统是我国航天测控网的重要组成部分,该目标仿真器是根据海上航天测控任务系统检验、联试的需要而提出的。论文明确了目标仿真器的功能与组成,对各单元的设计和实现进行了详细介绍。给出了海上动态环境下测控目标轨迹的仿真生成方法,阐述了动态目标距离、速度、角度模拟的原理和实现技术途径。该目标仿真器的应用提高了航天测控联调、演练和训练水平,可推广应用于我国航天测控领域各套统一微波测控系统中。

利用校准卫星进行USB外场试验的方法

探讨一种USB外场试验的方法,即利用在轨卫星对USB进行外场试验,检验设备的跟踪性能,并对测量精度进行评估。阐述在USB设备研制过程中,利用卫星对USB进行外场试验的必要性和可行性。

一种高动态USB应答机的设计与实现

为了同时满足高动态USB应答机动态性能和跟踪精度两方面的需求,提出了一种FFT频率引导、FLL辅助PLL的载波捕获跟踪方案,详细设计了环路滤波器的结构和参数,分析了环路带宽、载噪比对载波频率跟踪和载波相位跟踪性能的影响,并介绍了相关硬件结构。根据此方案研制的应答机,经动态模拟试验检验,其动态范围已达±120kHz,多普勒频移一次变化率32kHz/s,二次变化率200Hz/s2,初始捕获时间小于1s。

船载USB距离零值标校数据分析

目前统一S波段(USB)系统距离零值标校方法所考虑的设备组合非常多,但存在可精简的地方。本文分析了某次任务系统距离零值标校数据,从实际应用的角度探讨了精简标校组合的初步设想。

非合作USB测控信号调制指数估计算法

测控信号的调制指数可作为非合作卫星辐射源识别的一个稳定特征参数,针对非合作统一S频段测控信号,提出一种基于频域谱分析的调制指数估计算法。根据该信号的频谱特性构造调制指数估计算法,并对该算法的估计误差进行理论分析。通过蒙特卡罗仿真给出估计误差随信噪比变化的情况,并利用实测信号从频域和时域两个方面对该算法的性能进行验证。结果表明,实测信号与恢复信号的频谱幅度误差较小、时域基带信号波形的一致性较高、归一化互相关函数最大值接近于1。进一步说明该算法的精度较高,可为非合作卫星辐射源识别提供高精度的参数支撑。

噪声温度对S频段接收链路电平差异的影响分析

针对某船载S频段统一测控系统主收、跟踪链路信号电平不一致影响基带终端数据接收量的问题,论文通过对下行接收机链路噪声温度产生的原理进行分析,利用实际数据计算推导得出导致接收链路电平差异的问题主要是由于接收机链路在二级放大(下变频器)前,主收、跟踪链路损耗不同引起的结论。根据结论对链路器件做了相应调整,并进行了试验测试,利用测试数据对该结论进行了进一步论证,最后对该S频段统一测控系统下行链路给出了合理的改进建议。

USB信号相位解调器的改进设计

针对研制USB相位解调系统中出现的除0问题和ROM容量限制问题,通过研究坐标旋转数字计算(Coordinate Rotation Digital Computer,CORDIC)方法,实现了基于CORDIC算法的反正切模块,并利用此模块设计了一种针对统一S频段(Unified S Band,USB)系统的相位解调器。仿真实验结果证明,这种相位解调器能够较好地解决上述问题。另外,设计了一种通用型带通滤波器,用于USB基带信号中副载波和各测距音分量的分离滤波。

一种USB测控应答机的健壮捕获算法

在统一S频段(USB)测控应答机中频数字化处理的基础上,提出了一种健壮的相位调制(PM)信号捕获算法。针对USB测控应答机输入信号存在副载波时捕获易于假锁的问题,采用快速傅里叶变换(FFT)与锁频锁相环结合的算法,利用PM信号频谱对称的特点,快速获得残差载波的正确频率,防止捕获到副载波信号或者其他干扰信号上;采用锁频锁相环实现PM信号的精确捕获与跟踪,适应USB测控应答机大动态多普勒变化及高灵敏度的要求。通过仿真试验验证了该方案载波正确捕获的有效性,且接收灵敏度达到-121 dBm。

空间站USB测控体制锁相接收机的设计与实现

针对空间站上行复合调相信号解调时存在输出噪声过大,以及测距信道和话音信道之间互相干扰的问题,提出一种改进的锁相接收机。引入了自动静噪控制电路,利用中频信号和参考信号同相相乘后产生的锁定指示电压控制静噪开关。无上行信号时,自动静噪控制电路可以关断解调输出,避免大量噪声进入测距信道、遥控信道和话音信道。基于巴特沃兹低通滤波器原型设计的测距信号滤波器,可有效抑制测距信道内的话音信号,使发射频谱中的残留话音信号抑制度达到47 dB以上。基于巴特沃兹带通滤波器原型设计的话音信号滤波器,可使话音信道内测距信号的抑制度达到62 dB以上,保证话音信号不受测距信号的干扰。该锁相接收机可适应空间站的统一S波段载波(USB)测控体制。

适用于微纳卫星的USB测控应答机:设计与性能分析

提出一种适用于微纳卫星的统一S波段测控通信一体化应答机的设计方案,重点介绍其中数字化的中频与基带信号处理模块解决方案。对系统的测试结果显示,系统的占用带宽为241kHz、发射杂散为-47dBc,转发延迟为2μs,其关键指标均能满足测控标准。