一种卫星测控星务一体化系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种卫星测控星务一体化系统，涉及卫星电子系统领域。本实用新型专利技术包括天线和测控星务一体机，天线接收来自地面测控站的上行射频信号，并将上行射频信号输送至测控星务一体机；测控星务一体机包括射频单元和基带处理单元，射频单元接收来自天线传输的上行射频信号，并将上行射频信号输送至基带处理单元处理，再将经过基带处理单元处理的下行射频信号输送至天线，由天线发射到地面测控站，配合星地完成了遥测、遥控、测量及自身遥测及指令处理的任务。本实用新型专利技术将射频单元和基带处理单元安装在1U板卡上，通过射频单元的功能将射频信号直接搬移到基带信号，极大提高了集成度；并且通过减少部件数量、降低功耗等来降低成本。低成本。低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星测控星务一体化系统


[0001]本技术涉及卫星电子系统领域，更具体地说是一种卫星测控星务一体化系统。

技术介绍

[0002]小卫星重量轻、体积小，成本较低，在对地测绘、突发灾害监测、科学研究等领域内都起到了重要作用，其相关技术的研究也得到了越来越多的发展。在微小卫星广泛应用的今天，如何在提高微小卫星星上电子系统的性能同时，降低其体积、质量和功耗成为了关键。
[0003]星务管理分系统是小卫星的控制核心，实现星上资源、运行状态、数据信息的统一协调管理和调度，需要配合星地完成遥测、遥控、测量和自身遥测及指令处理的任务。
[0004]当前的卫星平台集成度不高，星务系统和星上测控系统分开，重量较大，体积较大，部件冗余，功耗较高，提高了成本。

技术实现思路

[0005]针对现有的卫星平台集成度不高，体积及质量大等问题，本技术设计了一种卫星测控星务一体化系统，本技术将星务与测控进行一体化设计，将测控星务一体机中的基带处理单元和射频单元安装在1U板卡上，实现将射频信号直接搬移到基带信号，简化了整个收发链路，极大提高了集成度。
[0006]另外，本技术通过减轻重量、缩小体积、减少部件数量、降低功耗等多条途径解决了现有的卫星平台体积及质量大的问题，最大限度降低了成本。
[0007]为达到上述目的，本技术提供的技术方案为：
[0008]一种卫星测控星务一体化系统，包括天线和测控星务一体机，天线与地面测控站双向通讯连接，接收来自地面测控站的上行射频信号，并将上行射频信号输送至测控星务一体机；测控星务一体机包括射频单元和基带处理单元，射频单元的信号输入端与天线的信号输出端连接，接收来自天线传输的上行射频信号；射频单元的信号输出端与基带处理单元的信号输入端连接，将上行射频信号输送至基带处理单元处理；基带处理单元的信号输出端与天线的信号输入端连接，将处理后的下行射频信号输送至天线，由天线发射到地面测控站。测控星务一体机设有多台，每台测控星务一体机之间通过信号连通，每台测控星务一体机的射频单元和基带处理单元均共同做在一块1U板卡结构中，实现将射频信号直接搬移到基带信号，简化了整个收发链路，集成度得到提高。
[0009]进一步的技术方案，射频单元包括环形器、射频接收前端、射频收发器和射频发射前端，沿射频信号传输方向，由环形器、射频接收前端、射频收发器和射频发射前端依次首尾相连构成环形的射频通道。
[0010]进一步的技术方案，基带处理单元包括数字基带模块，数字基带模块具有对上行射频信号进行数字化处理、解调和下行调制的功能，数字基带模块包括监控FPGA和处理
FPGA，处理FPGA与射频收发器双向通讯连接，监控FPGA与处理FPGA双向通讯连接。
[0011]进一步的技术方案，数字基带采用监控FPGA+处理FPGA+PROM的设计，不仅可实现重要分析和硬件加速，同时还在单个器件上高度集成CPU、DSP、ASSP以及混合信号功能，从而实现优异的性能功耗比和最大设计灵活性。
[0012]进一步的，系统以宇航级FPGA为核心，采用两个工业级FPGA双机冷备的结构。宇航级FPGA作为监控FPGA，完成系统状态监视及双机切换。在一个工业级FPGA故障时，由宇航级FPGA自动切换到备份系统运行。星载数据管理功能在FPGA硬核中实现，测控基带功能在FPGA的可编程逻辑单元中实现。
[0013]进一步的技术方案，监控FPGA采用Actel公司的反熔丝型FPGA——A54SX72A，反熔丝的FPGA因为其特殊的工艺其发生SEU的概率远小于基于SRAM结构的FPGA，使得其特别适合在有一定辐射的宇航上使用。
[0014]进一步的技术方案，处理FPGA选用XILINX的工业级器件Zynq
‑
7000系列，该器件为全可编程片上系统，片内集成了ARM@Cortex
‑
A9 MPSOC硬核以及相应的SOC系统和独立的可编程逻辑FPGA，单芯片集成了ARM处理器的软件可编程性与FPGA的硬件可编程性。单芯片替代传统的FPGA+ARM的分立设计，减少了硬件布板面积，有利于测控星务一体机的小体积、轻量化需求。
[0015]进一步的技术方案，基带处理单元还包括时钟电路，时钟电路为测控星务一体机的频率源，时钟电路产生三路40MHz时钟信号，分别提供给射频收发器、处理FPGA和监控FPGA。晶振选用40MHz温补晶振。
[0016]进一步的技术方案，基带处理单元还包括电源模块，电源模块用于给射频单元和数字基带模块供电。
[0017]进一步的技术方案，在射频发射前端的内部设有巴伦，用于为射频收发器提供偏置，并可以同时提高测控星务一体机的发射功率。射频发射前端用于将射频收发器输出的下行射频信号，经过滤波、驱动放大器放大后，再经过线性功放进行功率放大输出。其输出阻抗匹配到50Ω，内置功放采用CDMA/WCDMA/LTE中常用的芯片，P1dB为+29.5dBm，OIP3为+45dBm，工业级工作温度为
‑
40℃～+85℃。
[0018]进一步的技术方案，在射频接收前端的内部设有巴伦，用于将单端信号转换为差分信号，并同时降低接收机的噪声系数和提高整个接收链路增益。射频接收前端用于将接收到的上行射频信号经过滤波、低噪声预放大后送至射频收发器处理。其输出阻抗匹配到50Ω，内置低噪放采用移动通信中常用低功耗器件，采用3.3V供电，工作频段为1
‑
3GHz，噪声系数≤0.95dB，工作温度为
‑
40℃～+85℃。
[0019]进一步的技术方案，射频收发器是射频处理单元的核心器件，用于射频信号的放大、滤波、混频、AD/DA转换等。选用高性能、高集成度的射频收发器AD9361，AD9361为ADI公司推出的基于零中频架构的捷变频收发芯片，其工作频率范围为70MHz至6.0GHz，工作带宽为200KHz至56MHz，支持TDD和FDD系统。
[0020]进一步的技术方案，AD9361内部集成两个独立的直接变频接收器和发射器，包括了所有的AD/DA、滤波、放大、增益控制、频率合成器等模块，其中每个接收器拥有独立的自动增益控制，直流失调校正、正交校正和数字滤波功能，使得射频收发模块的体积、功耗、成本都降到最低。
[0021]进一步的技术方案，环形器用于控制射频信号沿环形的射频通道顺时针方向传输，环形器设置在环形的射频通道上，实现上下行收发合一，并可以简化设计，减轻重量。并位于高频功率放大器输出端与负载之间，能够起到“隔离”的作用，在开路或短路的情况下不影响功放的工作状态，从而保护功放。其频率范围为2GHz～2.3GHz，最大正向损耗为0.5dB，最小反向隔离为19dB，最大驻波系数为1.25，通过功率为20W，工作温度为
‑
40～+85℃。
[0022]采用本技术提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0023]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星测控星务一体化系统，包括天线和测控星务一体机，所述天线与地面测控站双向通讯连接，接收来自地面测控站的上行射频信号，并将上行射频信号输送至测控星务一体机；其特征在于：所述测控星务一体机包括射频单元和基带处理单元，所述射频单元的信号输入端与所述天线的信号输出端连接，接收来自天线传输的上行射频信号；所述射频单元的信号输出端与基带处理单元的信号输入端连接，将上行射频信号输送至基带处理单元处理；基带处理单元的信号输出端与所述天线的信号输入端连接，将处理后的下行射频信号输送至天线，由天线发射到地面测控站。2.根据权利要求1所述的一种卫星测控星务一体化系统，其特征在于：所述射频单元包括环形器、射频接收前端、射频收发器和射频发射前端，沿射频信号传输方向，由环形器、射频接收前端、射频收发器和射频发射前端依次首尾相连构成环形的射频通道。3.根据权利要求2所述的一种卫星测控星务一体化系统，其特征在于：所述基带处理单元包括数字基带模块，所述数字基带模块包括监控FPGA和处理FPGA，所述处理FPGA与所述射频收发器双向通讯连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪淑燕，程凌峰，陈世淼，王铁睿，杨新岩，李磊，徐菁，张珂，张爱迪，刘耀胜，王海宁，罗亚伦，雷拓峰，宋鑫，严大双，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：新型
国别省市：