一种用于双程转发载波测距系统的电路技术方案

本发明专利技术公开了一种用于双程转发载波测距系统的电路，包括主星端电路和从星端电路，按信号传递均依次包括：接收天线、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC、A/D、FPGA、D/A、基带滤波器、频率合成器、功率放大器、发射天线；主星端电路和从星端电路通过接收天线以及发射天线相互通信构成双程转发回路，在主星端电路和从星端电路内部，各自的频率合成器具有两路输出，一路接功率放大器，另一路接混频器输入端形成内部回路。本发明专利技术极大减少了电路体积和元器件数量，具有功耗低，噪声来源少，主从星电路结构相同等优势，满足星间双程转发载波测距的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及星间通信
，尤其涉及一种双程转发载波测距系统电路。
技术介绍
随着航天技术的发展，星间高精度载波测距在重力场测量、分布式卫星编队飞行、合成孔径雷达等多个领域发挥着重要作用。目前常用的星间微波测距方法主要有侧音测距、伪码测距和载波测距等，其中以载波测距的精度最高。为了绘制地球重力场图，美德合作在2002年3月成功发射了GRACE(GravityRecoveryAndClimateExperiment)任务，其卫星核心载荷就是KBR载波测距系统，它基于双单程的测距原理，利用双向测量相位的结合来消除晶振的频率源噪声带来的相位误差，从而可以达到微米级的测距精度。KBR的测距系统代表了星间测距的最高精度，但其需要依赖GPS来进行星间时钟同步，在这种情况下，电路结构和运算处理的复杂性大大增加。为了摆脱对星间时钟同步的依赖，有人提出了双程转发载波测距的思想。它利用主从星的电路结构，主星发射载波信号，经过空间传输到达从星端，从星接收载波信号并进行相干转发，主星接收从星转发的信号并联合自己产生的参考信号来求得传输延时造成的相位差，这个相位差就包含了星间距离信息。从实现过程可以看出，相位差的提取在主星端进行而从星只是进行相干转发，因此双程转发载波测距不需要进行星间同步，此外，双程转发载波测距也是基于同源差分抑制频率源噪声的方式，原理上同样能够实现消除晶振的长期频率源噪声，从而达到很高的测距精度。目前，双程转发测距系统是基于通用的收发信机的电路结构，如图1所示，而通用收发信机电路的主要作用是进行可靠的通信，为了能可靠通信，电路结构通常比较复杂，复杂的电路结构引入的噪声会比较大，从而会影响测距系统的精度。另一方面，通用收发信机电路的各个组件相对独立，而为了实现更好的性能，整个测距系统最好可以形成闭环结构，并且通常需要包含软件编程实现方式，便于调整系统参数，有利于测距系统的自动控制。因此研制可用于双程转发载波测距系统的电路结构是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于双程转发载波测距系统的电路结构，其发射载波信号同时充当接收电路的本振信号，和通用收发信机相比，省略了两个频率合成器、两个混频器以及中频滤波器和放大器，减少了电路体积和元器件数量，具有功耗低，噪声来源少，主从星电路结构相同等优势；改进的电路结构整体形成一个大的闭环，闭环本身对噪声起到一定的抑制作用。高精度测距系统对噪声敏感，采用图2所示的改进结构可以使测距系统达到更好的性能。一种用于双程转发载波测距系统的电路，包括主星端电路和从星端电路，其特征在于:所述主星端电路和从星端电路按信号传递均依次包括：接收天线、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC(自动增益控制电路)、A/D(模数转换器)、FPGA(FieldProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)、D/A(数模转换器)、基带滤波器、频率合成器、功率放大器、发射天线；主星端电路和从星端电路通过接收天线以及发射天线相互通信构成双程转发回路，在主星端电路和从星端电路内部，各自的频率合成器具有两路输出，一路接功率放大器，另一路接混频器输入端形成内部回路。本专利技术的双程转发载波测距系统电路针对自身应用背景对传统收发电路进行了最大的优化，与传统发射电路中基于混频器进行上变频的方式相比，本专利技术只采用了一个频率合成器，即完成了产生发射信号和接收本振信号功能，减少了有源的频率合成器和混频器的使用，同时利用频率合成器窄带滤波的功能可以滤除带外噪声，节省了射频发射滤波器，此种设计极大的优化了电路结构，减少了器件噪声来源，便于实现高的测距精度，特别适用于高精度的载波测距系统。所述主、从星端电路结构的主要区别是电路中各个组件的配置参数不同，包括：所述主从星射频电路收发的频率正好相反。具体而言，所述主星端电路发射的标称信号频率f1等于从星端电路接收的标称信号频率，从星端电路发射的标称信号频率f2等于主星端电路接收的标称信号频率。所述频率合成器输出的信号频率不同，所述射频滤波器的中心频率不同，所述FPGA(现场可编程门阵列)内部软件实现的功能不同。所述主星端电路的FPGA(现场可编程门阵列)基于软件代码实现数字锁相环和数字频率合成器的功能并对信号做相应的处理。所述从星端电路的FPGA(现场可编程门阵列)基于软件代码实现相干转发环和数字频率合成器的功能，并对信号做相应的处理。所述主星端电路主要实现发射载波信号、接收载波信号和精确测量信号相位差的功能。其中精确测量相位差是在所述主星端电路的FPGA(现场可编程门阵列)内部由软件代码来完成的。所述从星端电路主要实现信号相干转发的功能，从星端电路混频器、中频滤波器、AGC(自动增益控制电路)、A/D(模数转换器)、D/A(数模转换器)、基带滤波器、频率合成器FPGA(现场可编程门阵列)中软件实现的相干转发环和数字频率合成器共同组成了一个大的闭环结构。为了跟踪主从星的动态性能，所述相干转发环可以在二类环和三类环之间切换。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术的双程转发载波测距系统电路主从星结构基本相同，可以采用统一的电路制作，简化了电路制作工艺。同时主从星均利用了FPGA(现场可编程门阵列)的软件编程和可编程的频率合成器，可以灵活的改变相干转发比，方便电路的扩展，省去了更改电路的麻烦。本专利技术的双程转发载波测距系统电路可以完全实现双程转发载波测距的功能，从星端利用FPGA(现场可编程门阵列)与频率合成器、混频器等射频组件共同组成了大的闭环结构，可以稳定的实现相干转发。主星的参考频率作为系统的基准频率，从星端进行相干转发，不需要定时同步，主星得到由同一频率源产生的相位测量量，并提取相位差完成双程转发载波测距功能。此外，对基带处理FPGA(现场可编程门阵列)中的软件稍作修改，还可以作为收发信机来使用。附图说明图1是通用的收发信机结构；图2是本专利技术双程转发载波测距系统电路结构示意图；图3是频率合成器系统结构框图；图4是从星进行信号相干转发的整个闭环结构图；图5是从星进行信号相干转发整个闭环结构的仿真图；图6是从星整个闭环结构仿真结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术技术方案做进一步详细说明。本专利技术高精度星间载波测距系统电路如图2所示，包括主星端电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于双程转发载波测距系统的电路，包括主星端电路和从星端电路，其特征在于，所述主星端电路和从星端电路按信号传递均依次包括：接收天线、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC、A/D、FPGA、D/A、基带滤波器、频率合成器、功率放大器、发射天线；主星端电路和从星端电路通过接收天线以及发射天线相互通信构成双程转发回路，在主星端电路和从星端电路内部，各自的频率合成器具有两路输出，一路接功率放大器，另一路接混频器输入端形成内部回路。

【技术特征摘要】
1.一种用于双程转发载波测距系统的电路，包括主星端电路和从星
端电路，其特征在于，所述主星端电路和从星端电路按信号传递均依次包
括：
接收天线、射频滤波器、低噪声放大器、混频器、中频滤波器、AGC、
A/D、FPGA、D/A、基带滤波器、频率合成器、功率放大器、发射天线；
主星端电路和从星端电路通过接收天线以及发射天线相互通信构成
双程转发回路，在主星端电路和从星端电路内部，各自的频率合成器具有
两路输出，一路接功率放大器，另一路接混频器输入端形成内部回路。
2.如权利要求1所述的用于双程转发载波测距系统的电路，其特征
在于，所述主星端电路发射的标称信号频率f1等于从星端电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春晖，殷鼎，赵明臣，阳芳，李真，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33