CN114006644A - 一种基于pxi总线的卫星测控模拟器的实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及卫星模拟器的技术领域，特别是涉及一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，采用PXI总线，通过最小化设计，使用1块标准3U板卡即可实现测控通道功能，并且可与其他分***模拟器灵活组合，实现多种型号卫星的模拟任务需求；包括以下步骤：S1、硬件平台设计：测控模拟器板卡以数字信号处理芯片为核心，主要由高速A/D变换、AGC增益控制电路、大规模FPGA器件、D/A变换、时钟管理、电源管理以及接口电路等组成；***包含一路上行通道、一路下行通道，实现核心功能的最小化设计；板卡使用PXI总线芯片实现***通信，通过PXI接口完成与PC机的信息交互工作；S2、数字信号处理模块设计。
Description
技术领域
本发明涉及卫星模拟器的技术领域，特别是涉及一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法。
背景技术
卫星模拟器用于模拟卫星的各个分***，包含测控分***、星务分***、供配电分***等等，模拟器尽可能的反应卫星的真实状态。测控模拟器是卫星模拟器的重要组成部分，主要是对地面测控***遥测接收和遥控指令发送的工作状态进行检查和验证，提高地面测控***对卫星故障的应急处理能力，验证地面测控***设备的正确性，并可作为用户培训的被测对象，帮助用户熟悉卫星正常的测控过程和故障情况下的应急处置方法。
PXI总线是一种高性能的开放性、模块化仪器总线，它由Compact PCI规范定义的PCI总线技术发展而来，无论是在***集成性、兼容性、通用化、模块化以及***成本等方面特点突出。
目前卫星模拟器存在以下缺点：以定制方式为主，研制效率低，通用化程度低，***构架较为封闭，不利于维护和扩展功能；并且已经开发完成的组件模块难以复用，利用率低。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，采用PXI总线，通过最小化设计，使用1块标准3U板卡即可实现测控通道功能，并且可与其他分***模拟器灵活组合，实现多种型号卫星的模拟任务需求。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，包括以下步骤：
S1、硬件平台设计：测控模拟器板卡以数字信号处理芯片为核心，主要由高速A/D变换、AGC增益控制电路、大规模FPGA器件、D/A变换、时钟管理、电源管理以及接口电路等组成；***包含一路上行通道、一路下行通道，实现核心功能的最小化设计；板卡使用PXI总线芯片实现***通信，通过PXI接口完成与PC机的信息交互工作；
S2、数字信号处理模块设计。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述步骤S1中大规模FPGA器件是基带信号处理的主要器件，不仅肩负着数字上下变频和数据预处理任务，还需完成对高速数据的接收、缓存以及控制命令的收发；对于接收通道，FPGA通过高速并行接口接收高速A/D变换转化后的数据，先对数据进行下变频到基带，包括NCO、滤波、抽取、和频点选择等，然后根据需要对基带数据进行预处理，如信号同步、相关等；对于发射通道，FPGA先将从中心控制软件取来的数据进行预处理，然后上变频到中频，再送到前端D/A传输到射频；FPGA还负责PXI接口的控制功能；
高速A/D变换：中频采集电路的输入信号为70MHz，按Nyquist采样定理来看，若要对中频直接低通采样，则采样时钟至少需要140MHz才能保证频谱不重叠，但采样速率太高对后续的信号处理会造成很大的压力，由于中频信号的带宽为10MHz，因此采用中频带通采样设计；模数转换部分采用的LTC2252是12位125Msps低功耗A/D转换器，专为对高频、宽动态范围信号进行数字化处理而设计；LTC2252非常适合于要求苛刻的成像和通信应用，其AC性能SNR为70.1dB，无杂散动态范围(SFDR对于处在奈奎斯特频率的信号)为85dB；DC规格包括整个温度范围内的±0.3LSBINL(典型值)、±0.15LSBDNL(典型值)和无漏失码；
AGC增益控制电路：是中频接收单元的重要组成部分，由于中频接收单元输入端的信号强度小，且动态范围宽，因此需要在前端增加一个增益控制***，以确保到达ADC的信号既不饱和又有足够的转换位数，从而使得解调输入信号稳定；
PXI总线芯片：采用FPGA控制PXI接口芯片的方式实现PXI接口控制；FPGA负责与接口芯片之间的本地端口进行通信，实现本地总线控制功能，用来响应PXI总线中的触发信号、参考时钟等扩展信号，以及进行其他的时序操作和控制；
时钟管理：板卡集成设计了外部输入时钟同步接口电路，引入外部10MHz的同步信号，电路内部通过FPGA检测外部时钟输入情况，若有外部时钟输入，***使用外部时钟模式，若无外部时钟输入，***内部自己产生10MHz时钟信号。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述步骤S2包括以下步骤：
(a)调制发送模块设计
调制模块主要完成遥测信号调制发送，输出70MHz中频PM调制信号，具备载波频率多普勒预置、遥测与测距副载波分别加调与去调控制、副载波调制度调节等功能；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到软件模块的各个单元中，实现遥测码速率、遥测副载波频率、遥测调制度、中频输出频率、遥测信号码型，以及遥测帧长、帧同步头、同步头长度等参数的配置；
***数据流如下：由卫星模拟器中心控制软件产生模拟仿真的遥测数据，***根据码型设置对遥测模拟数据实现码型变换，经过码型变换后按照一定的码速率通过BPSK调制方式调制副载波上，形成遥测数据副载波调制信号，通过调制开关选择是否进行调制；将副载波信号调相到载波上，70MHz载波信号由DDS数控振荡器产生，改变载波的相位，使之随输入调制信号幅度按预置调制指数线性比例变化，实现PM调制；数字正交调制模块将低速率、基带数字信号经插值后调制到高速率中频信号，并经过D/A变换后输出；
(b)接收解调模块设计
中频接收模块主要接收射频前端输出的中频70MHz上行遥控信号，经过AD采样后，与本地载波NCO正交数字下变频，通过载波捕获、跟踪解调，将解调出的遥控副载波信号送给副载波解调模块完成遥控指令接收；接收解调出测距信号经过可控延时模块后直接转发到调制模块，同时输出锁定指示信号；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到解调模块的各个单元中，实现遥控码速率、遥控副载波频率、中频接收频率、遥控信号码型，以及遥控指令长度、帧同步头等参数的配置。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述AGC增益控制电路选用的芯片为AD8367，该芯片是AD公司推出的一款可变增益单端IF放大器，它使用AD公司先进的X-AMP结构，具有优异的增益控制特性；单片AGC芯片可实现45dB动态范围的自动增益控制，本***为了保证输入增益范围，单片芯片增益范围达不到技术指标要求，故采用两片芯片级联的方式实现，可以符合***的要求；两片AD8367都工作在低模方式，其中第二片采用内部精确的平方根滤波器，输出电流经过外部电容积分产生增益控制电压；第一片的增益控制电压端直接与第二片增益控制端相连接，由第二片提供增益控制电压，工作在VGA状态；通过上述级联方式的增益控制电路，可以对波动范围为80dBm的输入信号有效进行增益控制，保证了放大器输出信号稳定在较小范围内。
与现有技术相比本发明的有益效果为：
1、采用软件无线电理念，使用软件实现大部分通信功能，有效减小了设备体积，提高设备可靠性；
2、该板卡采用小型化设计，只需要一个3U板卡，占用一个槽位即可实现测控模拟功能；
3、简化了对外接口，只保留接收、发送、10MHz同步时钟三个接口，降低设备的使用难度及体积；
4、通用性强，具有70MHz、140MHz两种中频信号的接收功能，满足多种体制的测控通道模拟；
5、利用前导码的辅助信息，实现快速载波频率、相位捕获与跟踪以及位同步，通过“引导头+指令内容”的形式实现单帧指令码接收；
6、信号动态范围宽，可实现-80db～0db范围内的信号接收解调；
7、改变以往整机设计方式，采用PXI总线接口实现上位机与硬件底层交互，实现模块化设计理念，可灵活与不同波段变频器组合实现测控模拟器功能，也可以灵活与其他卫星模拟器组合实现卫星多***模拟功能；
8、改变以往测控基带设备数据模拟源较为固定的问题，实现实时下传遥测模拟数据的功能；
9、控制方式可满足本地控制及网络控制。
附图说明
图1是本发明的***组成框图；
图2是本发明的硬件总体框图；
图3是调制模块原理框图；
图4是解调模块原理框图；
图5是定时同步原理框图；
图6是Gardner环误差检测示意图；
图7是Costas环载波同步；
图8是遥控信号接收流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1至图8所示，本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，包括以下步骤：
S1、硬件平台设计：测控模拟器板卡以数字信号处理芯片为核心，主要由高速A/D变换、AGC增益控制电路、大规模FPGA器件、D/A变换、时钟管理、电源管理以及接口电路等组成；***包含一路上行通道、一路下行通道，实现核心功能的最小化设计；板卡使用PXI总线芯片实现***通信，通过PXI接口完成与PC机的信息交互工作；
S2、数字信号处理模块设计。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述步骤S1中大规模FPGA器件是基带信号处理的主要器件，不仅肩负着数字上下变频和数据预处理任务，还需完成对高速数据的接收、缓存以及控制命令的收发；对于接收通道，FPGA通过高速并行接口接收高速A/D变换转化后的数据，先对数据进行下变频到基带，包括NCO、滤波、抽取、和频点选择等，然后根据需要对基带数据进行预处理，如信号同步、相关等；对于发射通道，FPGA先将从中心控制软件取来的数据进行预处理，然后上变频到中频，再送到前端D/A传输到射频；FPGA还负责PXI接口的控制功能；
高速A/D变换：中频采集电路的输入信号为70MHz，按Nyquist采样定理来看，若要对中频直接低通采样，则采样时钟至少需要140MHz才能保证频谱不重叠，但采样速率太高对后续的信号处理会造成很大的压力，由于中频信号的带宽为10MHz，因此采用中频带通采样设计；模数转换部分采用的LTC2252是12位125Msps低功耗A/D转换器，专为对高频、宽动态范围信号进行数字化处理而设计；LTC2252非常适合于要求苛刻的成像和通信应用，其AC性能SNR为70.1dB，无杂散动态范围(SFDR对于处在奈奎斯特频率的信号)为85dB；DC规格包括整个温度范围内的±0.3LSBINL(典型值)、±0.15LSBDNL(典型值)和无漏失码；
AGC增益控制电路：是中频接收单元的重要组成部分，由于中频接收单元输入端的信号强度小，且动态范围宽，因此需要在前端增加一个增益控制***，以确保到达ADC的信号既不饱和又有足够的转换位数，从而使得解调输入信号稳定；
PXI总线芯片：采用FPGA控制PXI接口芯片的方式实现PXI接口控制；FPGA负责与接口芯片之间的本地端口进行通信，实现本地总线控制功能，用来响应PXI总线中的触发信号、参考时钟等扩展信号，以及进行其他的时序操作和控制；
时钟管理：板卡集成设计了外部输入时钟同步接口电路，引入外部10MHz的同步信号，电路内部通过FPGA检测外部时钟输入情况，若有外部时钟输入，***使用外部时钟模式，若无外部时钟输入，***内部自己产生10MHz时钟信号。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述步骤S2包括以下步骤：
(a)调制发送模块设计
调制模块主要完成遥测信号调制发送，输出70MHz中频PM调制信号，具备载波频率多普勒预置、遥测与测距副载波分别加调与去调控制、副载波调制度调节等功能；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到软件模块的各个单元中，实现遥测码速率、遥测副载波频率、遥测调制度、中频输出频率、遥测信号码型，以及遥测帧长、帧同步头、同步头长度等参数的配置；
***数据流如下：由卫星模拟器中心控制软件产生模拟仿真的遥测数据，***根据码型设置对遥测模拟数据实现码型变换，经过码型变换后按照一定的码速率通过BPSK调制方式调制副载波上，形成遥测数据副载波调制信号，通过调制开关选择是否进行调制；将副载波信号调相到载波上，70MHz载波信号由DDS数控振荡器产生，改变载波的相位，使之随输入调制信号幅度按预置调制指数线性比例变化，实现PM调制；数字正交调制模块将低速率、基带数字信号经插值后调制到高速率中频信号，并经过D/A变换后输出；调制模块原理框图如图3所示：
(1)遥测双缓冲设计
本***设计了乒乓存储，接收***实时发送的遥测模拟数据，将数据交替放于存储器-乒和存储器-乓中，在一个存储器存储数据的过程中，另一个存储器中的数据可以同时进行读取处理，提高数据传输效率；
(2)基带编码设计
在实际的基带传输***中，并不是所有的基带波形都适合在信道中传输；例如，含有直流和低频分量的单极性基带波形就不适宜在低频传输差的信道中传输，因为这有可能造成信号严重的畸变；又如，当信息码元序列中包含长串的连续“1”或者“0”符号时，非归零波形呈现出连续的固定电平，因而无法获取定时信息；单极性归零码在传送连“0”时，也存在同样的问题；在本***中支持NRZ-L，NRZ-M，NRZ-S这三种码型变换；
NRZ-L不归零电平码，分别用两种电平表示0和1，“-1”表示“0”，“1”表示“1”；
NR Z-M传号差分码，电平变化表示“1”，电平不变化表示“0”；
NRZ-S空号差分码，电平变化表示“0”，电平不变化表示“1”；
(3)PSK映射
星座图反映了正交调制的基带信号同相支路分量I(t)和正交支路分量Q(t)相位及幅度在二维平面上的分布情况。
基带信号完成编码后，首先采用BPSK调制到副载波上。BPSK(二进制绝对相移键控)采用未调制的相位作为参考基准相位，即利用载波相位的绝对值传送数字信息。其数字表达式为：
S(t)＝D(t)cos(ω0t)，其中
根据输入的逻辑值对载波正弦信号的相位进行调整。若数据为0，则相位为0，若数据为1，则相位为180°；
(4)成型滤波
通常使用的信道为带限信道，当矩形脉冲信号通过带限信道后，会产生明显的拖尾形象，形成码间串扰，直接影响到相邻码元的接收，一定程度上加大了接收端误码率。在本***中对基带信号进行脉冲成型，使基带信号的频谱更集中，成型滤波后的基带信号需要的信道带宽较窄，有效避免码间串扰的问题。使用升余弦滤波器，该滤波器对应的冲击响应如下：
式中，α决定滤波器频率响应的陡峭程度，B为滤波器带宽。这种滤波器拖尾小，衰减快，可有效减小码间串扰；
(5)CIC插值滤波
CIC插值是提高采样率的过程，插值之后信号的频谱的形状不会改变，信号会发生镜像拓展，通过一个低通滤波器将多余的镜像频率滤除；CIC滤波器的系数全为1，结构简单，适合在高采样频率下工作，常用于可编程滤波，在本文中为4倍固定内插滤波器的后级，实现1倍至64倍的内插功能；
(6)正交上变频
其时域表达式为：
s(t)＝I(t)·cosωct+Q(t)·sinωct
式中，ωc为载波角频率，调制信号的信息包含在I(t)，Q(t)内；
(7)主载波调制
PM调制在原理上是根据调制信号幅度变化相应地改变载波相位。调相信号公式如下：
SPM(t)＝Acos[2πFt+2πkpm(t)+θ0]
其中，m(t)为BPSK调制信号，kp为调制指数，θ0为初相，F为载波频率。调相指数体现了载波功率和信息功率之间的比值，当信息功率一定时，调相指数kp越大，信息功率越强，载波功率越弱；调相指数kp越小，信息功率越弱，载波功率越强。
(b)接收解调模块设计
中频接收模块主要接收射频前端输出的中频70MHz上行遥控信号，经过AD采样后，与本地载波NCO正交数字下变频，通过载波捕获、跟踪解调，将解调出的遥控副载波信号送给副载波解调模块完成遥控指令接收；接收解调出测距信号经过可控延时模块后直接转发到调制模块，同时输出锁定指示信号；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到解调模块的各个单元中，实现遥控码速率、遥控副载波频率、中频接收频率、遥控信号码型，以及遥控指令长度、帧同步头等参数的配置；解调模块原理框图如图4所示：
1)主载波正交下变频设计
测控信号接收后,对70MHz的输入信号通过A/D进行带通采样,采样率的选取应满足Nyquist(奈奎斯特)带通采样定理；数字化后形成数字序列x(n)，然后与两个正交本振序列cos(ω0n)和sin(ω0n)相乘经过低通滤波法得到基带IQ信号；
2)主载波解调
信号经过数字正交下变频后，在保证副载波通过的前提下，通过低通滤波器去除倍频分量；但接收到的载波与本地载波存在频率及相位上的偏差，将I、Q两路信号相乘，进行抵消通过环路滤波器得到锁相环误差方程，根据该误差方程驱动数字频率合成器(DDS)，是锁相环工作，最终实现DDS输出频率与信号输入频率达到一致；然后再对得到的复信号求相角即可完成对PM的解调；
3)CIC抽取设计
经过正交下变频后,由于信号的采样率过高，首先进行N倍符号率降采样,使一个符号周期内的采样点数为N,为定时恢复提供数据,N的取值由定时同步算法决定；采用CIC抽取滤波器进行抽取；
由CIC滤波器原理可知，N级CIC滤波器的***函数可用下式表示：
若抽取速率的改变倍数不是一个整数，这时可通过级联内插器和抽取器来实现；
4)匹配滤波设计
在数字信号接收中，匹配滤波器能够有效抑制信号带外噪声，使滤波器输出噪声成分尽可能小，减少噪声对信号判决的影响；其准则是使滤波器输出信噪比在特定时刻到达最大；本***中接收滤波器采用与发送滤波器共轭匹配的平方根升余弦滚降滤波器；实验证明采用匹配滤波器的***比非匹配滤波器的***输出信号的误码率小，信号的传输质量高；
5)定时同步
本***使用Gardner定时同步环实现位同步功能，其结构相对简单，不需要预先知道载波相位，是比较常用的一种用于定时同步的环路结构；其结构框图如图5所示；
Gardner定时同步环路结构中的定时误差检测是通过计算相邻码元最佳采样判决点以及过渡点的值来实现的，如图6所示；
对于BPSK调制信号来，其误差计算公式如下：
由该表达式和图可以看出，当定时同步环路完成最佳采样时刻判决时，若相邻码元相同，则y(r)-y(r-1)为零；若相邻码元不同，则：
为零；即只要当定时环路锁定后，环路的定时误差将一直为0值；当环路没有完成同步时，若相邻码元不同，假设采样时刻在最佳采样时刻之后，则error＞0，反之可以得出error＜0；而在当相邻码元相同的时候，可以看出环路定时误差始终为0；因此Gardner定时同步环路只有在相邻码元符号产生跳变时才可以开始进行环路同步；
6)载波同步
本***选用Costas环作为载波恢复环对接收信号进行处理，硬件占用资源较少，实现容易。输入信号分为两个支路，上支路与DDS输出正交鉴相，下支路与经90°相移的DDS输出同相鉴相。上下鉴相器输出经低通滤波后相乘获得误差信号，误差信号通过环路滤波器之后控制DDS的相位与频率，在误差信号作用下DDS输出与输入的载波信号同频、同相的正、余弦信号。Costas环载波同步原理框图如图7所示；
7)星座图解映射
在进行BPSK调制时，映射关系为：“0”---“-1”，“1”---“1”；所以在接映射时，直接进行判决，大于0的符号为“1”，小于0的符号为“0”；
8)基带译码
NRZ-L不归零电平码；大于零电平判决为“1”、低于零电平判决为“0”；
NRZ-M传号差分码；发生高低电平的变化，则判决为“1”，若不发生跳变，则判决为“0”；
NRZ-S空号差分码；发生高低电平的变化，则判决为“0”，若不发生跳变，则判决为“1”；
9)遥控指令单帧接收设计
如图8所示，遥控指令通常为16字节长度的指令信息，没有固定的帧头和帧尾，无法正常实现帧同步；在模拟测试过程中，设计了“引导头+指令内容”的形式，实现遥控指令的接收，引导头为固定长度字段，例如“0xEB90”；上位机软件将接收到的遥控指令(去掉引导头后的实际指令内容)，发送至卫星模拟器中心控制软件，并对遥控指令进行响应、存盘等操作；
由于遥控的接收与遥测的接收特点不同，遥测的接收是接收连续帧过程，具有充足的时间进行跟踪捕获，地面测试设备通常不具备接收遥控的功能。本设备为了配合项目需求，一方面充分利用前导码的辅助信息，实现快速载波频率、相位捕获与跟踪以及位同步；另一方面，采用了灵活可设置的帧同步策略，可完成单帧检测即同步的功能。
本发明的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，所述AGC增益控制电路选用的芯片为AD8367，该芯片是AD公司推出的一款可变增益单端IF放大器，它使用AD公司先进的X-AMP结构，具有优异的增益控制特性；单片AGC芯片可实现45dB动态范围的自动增益控制，本***为了保证输入增益范围，单片芯片增益范围达不到技术指标要求，故采用两片芯片级联的方式实现，可以符合***的要求；两片AD8367都工作在低模方式，其中第二片采用内部精确的平方根滤波器，输出电流经过外部电容积分产生增益控制电压；第一片的增益控制电压端直接与第二片增益控制端相连接，由第二片提供增益控制电压，工作在VGA状态；通过上述级联方式的增益控制电路，可以对波动范围为80dBm的输入信号有效进行增益控制，保证了放大器输出信号稳定在较小范围内。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、硬件平台设计：测控模拟器板卡以数字信号处理芯片为核心，主要由高速A/D变换、AGC增益控制电路、大规模FPGA器件、D/A变换、时钟管理、电源管理以及接口电路等组成；***包含一路上行通道、一路下行通道，实现核心功能的最小化设计；板卡使用PXI总线芯片实现***通信，通过PXI接口完成与PC机的信息交互工作；
S2、数字信号处理模块设计。
2.如权利要求1所述的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，其特征在于，所述步骤S1中大规模FPGA器件是基带信号处理的主要器件，不仅肩负着数字上下变频和数据预处理任务，还需完成对高速数据的接收、缓存以及控制命令的收发；对于接收通道，FPGA通过高速并行接口接收高速A/D变换转化后的数据，先对数据进行下变频到基带，包括NCO、滤波、抽取、和频点选择等，然后根据需要对基带数据进行预处理，如信号同步、相关等；对于发射通道，FPGA先将从中心控制软件取来的数据进行预处理，然后上变频到中频，再送到前端D/A传输到射频；FPGA还负责PXI接口的控制功能；
高速A/D变换：中频采集电路的输入信号为70MHz，按Nyquist采样定理来看，若要对中频直接低通采样，则采样时钟至少需要140MHz才能保证频谱不重叠，但采样速率太高对后续的信号处理会造成很大的压力，由于中频信号的带宽为10MHz，因此采用中频带通采样设计；模数转换部分采用的LTC2252是12位125Msps低功耗A/D转换器，专为对高频、宽动态范围信号进行数字化处理而设计；LTC2252非常适合于要求苛刻的成像和通信应用，其AC性能SNR为70.1dB，无杂散动态范围(SFDR对于处在奈奎斯特频率的信号)为85dB；DC规格包括整个温度范围内的±0.3LSBINL(典型值)、±0.15LSBDNL(典型值)和无漏失码；
AGC增益控制电路：是中频接收单元的重要组成部分，由于中频接收单元输入端的信号强度小，且动态范围宽，因此需要在前端增加一个增益控制***，以确保到达ADC的信号既不饱和又有足够的转换位数，从而使得解调输入信号稳定；
PXI总线芯片：采用FPGA控制PXI接口芯片的方式实现PXI接口控制；FPGA负责与接口芯片之间的本地端口进行通信，实现本地总线控制功能，用来响应PXI总线中的触发信号、参考时钟等扩展信号，以及进行其他的时序操作和控制；
时钟管理：板卡集成设计了外部输入时钟同步接口电路，引入外部10MHz的同步信号，电路内部通过FPGA检测外部时钟输入情况，若有外部时钟输入，***使用外部时钟模式，若无外部时钟输入，***内部自己产生10MHz时钟信号。
3.如权利要求2所述的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
(a)调制发送模块设计
调制模块主要完成遥测信号调制发送，输出70MHz中频PM调制信号，具备载波频率多普勒预置、遥测与测距副载波分别加调与去调控制、副载波调制度调节等功能；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到软件模块的各个单元中，实现遥测码速率、遥测副载波频率、遥测调制度、中频输出频率、遥测信号码型，以及遥测帧长、帧同步头、同步头长度等参数的配置；
***数据流如下：由卫星模拟器中心控制软件产生模拟仿真的遥测数据，***根据码型设置对遥测模拟数据实现码型变换，经过码型变换后按照一定的码速率通过BPSK调制方式调制副载波上，形成遥测数据副载波调制信号，通过调制开关选择是否进行调制；将副载波信号调相到载波上，70MHz载波信号由DDS数控振荡器产生，改变载波的相位，使之随输入调制信号幅度按预置调制指数线性比例变化，实现PM调制；数字正交调制模块将低速率、基带数字信号经插值后调制到高速率中频信号，并经过D/A变换后输出；
(b)接收解调模块设计
中频接收模块主要接收射频前端输出的中频70MHz上行遥控信号，经过AD采样后，与本地载波NCO正交数字下变频，通过载波捕获、跟踪解调，将解调出的遥控副载波信号送给副载波解调模块完成遥控指令接收；接收解调出测距信号经过可控延时模块后直接转发到调制模块，同时输出锁定指示信号；通过参数控制模块接收控制指令，并把相应的配置参数传递到解调模块的各个单元中，实现遥控码速率、遥控副载波频率、中频接收频率、遥控信号码型，以及遥控指令长度、帧同步头等参数的配置。
4.如权利要求2所述的一种基于PXI总线的卫星测控模拟器的实现方法，其特征在于，所述AGC增益控制电路选用的芯片为AD8367，该芯片是AD公司推出的一款可变增益单端IF放大器，它使用AD公司先进的X-AMP结构，具有优异的增益控制特性；单片AGC芯片可实现45dB动态范围的自动增益控制，本***为了保证输入增益范围，单片芯片增益范围达不到技术指标要求，故采用两片芯片级联的方式实现，可以符合***的要求；两片AD8367都工作在低模方式，其中第二片采用内部精确的平方根滤波器，输出电流经过外部电容积分产生增益控制电压；第一片的增益控制电压端直接与第二片增益控制端相连接，由第二片提供增益控制电压，工作在VGA状态；通过上述级联方式的增益控制电路，可以对波动范围为80dBm的输入信号有效进行增益控制，保证了放大器输出信号稳定在较小范围内。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115951105A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-04-11 | 苏州联讯仪器股份有限公司 | 一种电信号采样通道装置及采样示波器 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020080619A (ko) * | 2001-04-16 | 2002-10-26 | 주식회사 케이티 | 위성을 이용한 시각/주파수 동기시스템의 수신 장치 및 그방법 |
| CN103888206A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-25 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种小卫星扩频体制测控分***通用仿真*** |
| CN106487401A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-03-08 | 武汉大学 | 一种基于超外差原理的ais接收机 |
| CN206178390U (zh) * | 2016-10-17 | 2017-05-17 | 天津光电通信技术有限公司 | 高速四通道信号采集板 |
| CN107453800A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-12-08 | 上海卫星工程研究所 | 参数可调的卫星测控***等效装置及其测试方法 |
| CN107896130A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-10 | 长光卫星技术有限公司 | 一种基于pxi架构的卫星测控地面综合测试*** |
-
2020
- 2020-07-28 CN CN202010738186.6A patent/CN114006644A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20020080619A (ko) * | 2001-04-16 | 2002-10-26 | 주식회사 케이티 | 위성을 이용한 시각/주파수 동기시스템의 수신 장치 및 그방법 |
| CN103888206A (zh) * | 2014-03-25 | 2014-06-25 | 航天东方红卫星有限公司 | 一种小卫星扩频体制测控分***通用仿真*** |
| CN106487401A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-03-08 | 武汉大学 | 一种基于超外差原理的ais接收机 |
| CN206178390U (zh) * | 2016-10-17 | 2017-05-17 | 天津光电通信技术有限公司 | 高速四通道信号采集板 |
| CN107453800A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-12-08 | 上海卫星工程研究所 | 参数可调的卫星测控***等效装置及其测试方法 |
| CN107896130A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-10 | 长光卫星技术有限公司 | 一种基于pxi架构的卫星测控地面综合测试*** |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| ANALOG DEVICES, INC: "AD8367:500 MHz, Linear-in-dB VGA with AGC Detector Data Sheet(Rev.A)", 28 September 2006, HTTPS://WWW.ANALOG.COM/CN/PRODUCTS/AD8367.HTML, pages: 1 - 24 * |
| 林言等: "基于PXI的多功能卡在卫星测试***中的研究", 测控技术, vol. 31, no. 07, 31 July 2012 (2012-07-31), pages 54 - 57 * |
| 高茹等: "基于PXI总线的小卫星扩频应答机模拟器的设计与实现", 计算机测量与控制, no. 10, 31 October 2016 (2016-10-31), pages 226 - 229 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115951105A (zh) * | 2023-03-09 | 2023-04-11 | 苏州联讯仪器股份有限公司 | 一种电信号采样通道装置及采样示波器 |
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