一种实现卫星与地面通信的地面站制造技术

本发明专利技术公开了一种实现卫星与地面通信的地面站，解决了原有地面站体积庞大，可靠性低的问题，并极大程度上降低了地面站成本，实现了自动跟踪及一站多星的信号收发。本发明专利技术设计由天线分系统、信号处理系统组成。天线分系统由两组UHF天线阵和两组VHF天线阵组成，其中每组UHF和VHF均由两款相互垂直的八木天线合成为的圆极化天线构成。信号处理系统是由上行放大电路和下行滤波电路及下行低噪放组成，其中上行放大电路完成了对usrp输出信号的两级放大，下行滤波采取了通用的图传滤波器完成对437.645MHz的带通滤波，下行低噪放完成了对下行信号的低噪声放大。

A Ground Station for Satellite-Ground Communication

The invention discloses a ground station for realizing satellite and ground communication, which solves the problems of huge volume and low reliability of the original ground station, greatly reduces the cost of the ground station, and realizes automatic tracking and multi-satellite signal receiving and receiving at one station. The design of the invention consists of an antenna subsystem and a signal processing system. The antenna subsystem consists of two groups of UHF antenna arrays and two groups of VHF antenna arrays. Each group of UHF and VHF is composed of two circularly polarized antennas which are perpendicular to each other. The signal processing system is composed of upstream amplifier circuit, downstream filter circuit and downstream low-noise amplifier. The upstream amplifier circuit completes the two-stage amplification of the output signal of usrp. The downstream filter adopts a universal image filter to complete the band-pass filter of 437.645 MHz. The downstream low-noise amplifier completes the low-noise amplification of the downstream signal.

【技术实现步骤摘要】
一种实现卫星与地面通信的地面站
本专利技术属于卫星测控通信领域，特别是一种实现卫星与地面通信的地面站。
技术介绍
近年来，我国在航天研究方面发展迅速。随着航天研究的深入，对低轨道空间的探测任务与对地探测任务的需求逐渐上升，而传统卫星存在研发周期长、投入成本高、功能密度小等不足。针对此类低轨道空间任务，立方体卫星被研制了出来，取得了飞速发展，并得到了实际应用。立方体卫星是一种尺寸为10cm×10cm×10cm的立方体模块或其组合体的微纳小卫星，具有体积小、成本低、标准化的特点。卫星地面测控系统是负责卫星与地面通信的设备，除了完成卫星和地面数据通信的功能外，还有一个重要功能就是将足够小的卫星信号进行放大，并将地面信号放大发出。这就要求测控系统的天线具有很高的增益和很好的方向性，同时要求地面功率放大器有足够大的放大倍数。针对上述要求，一般选用传统的八木天线。通过对传统八木天线优化分析设计，得到一副高增益的天线，包含上行频段145MHz和下行频段435MHz。然而，对于这种高增益的天线，其一大特点就是体型大，传统的卫星地面测控系统采用2根长6m左右的天线，并且每根VHF八木天线具有22个单元，每根UHF八木天线具有42个单元，每个引向振子的长度也均不一致，在制造和装配方面非常困难，精度难以保证。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计了一种实现卫星与地面通信的地面站，利用两组UHF天线阵和两组VHF天线阵组成天线分系统，利用上行放大电路、下行滤波电路和下行低噪放组成信号处理系统，以解决原有地面站体积庞大，可靠性低的问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种实现卫星与地面通信的地面站，包括接收天线阵、发射天线阵、天线支撑件、旋转器、电缆支架、第一功分器、第二功分器、第一合成器、第二合成器，所述接收天线阵包括对称安装在所述天线支撑件两侧的两个圆极化UHF天线，所述发射天线阵包括对称安装在所述天线支撑件两侧的两个圆极化VHF天线，所述圆极化VHF天线位于圆极化UHF天线的外侧，所述两个圆极化UHF天线和两个圆极化VHF天线的末端固定于电缆支架上，所述旋转器安装于天线支撑件的中间，所述第一合成器为UHF圆极化合成器，所述第一合成器设置于所述发射天线阵的下端，所述第二合成器为VHF圆极化合成器，所述第二合成器设置于所述接收天线阵的下端，所述第一功分器和第二功分器设置于电缆支架上，所述两个圆极化UHF天线通过第二功分器同向合成，所述两个圆极化VHF天线通过第一功分器同向合成，每个圆极化VHF天线包括8个VHF天线振子单元，每个VHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个VHF天线H振子和一个VHF天线V振子，每个圆极化UHF天线包括14个UHF天线振子单元，每个UHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个UHF天线H振子和一个UHF天线V振子。进一步地，所述第一功分器是145M功分器，所述第二功分器是435M功分器。进一步地，每个圆极化VHF天线自上而下的第一个VHF天线振子单元包括长度为968mm的第一VHF天线H振子和位于其下方的长度为968mm的第一VHF天线V振子，第二个VHF天线振子单元包括长度为947mm的第二VHF天线H振子和位于其下方的长度为947mm的第二VHF天线V振子，第三个VHF天线振子单元包括长度为848mm的第三VHF天线H振子和位于其下方的长度为848mm的第三VHF天线V振子，第四至第八个VHF天线振子单元和第三个VHF天线振子单元结构一致。进一步地，每个VHF天线振子单元内的VHF天线H振子和VHF天线V振子的间距相等。进一步地，每个VHF天线振子单元内的VHF天线H振子和VHF天线V振子的间距均为110mm。进一步地，每个圆极化UHF天线自上而下的第一个UHF天线振子单元包括长度为354mm的第一UHF天线V振子和位于其下方的长度为354mm的第一UHF天线H振子，第二个UHF天线振子单元包括长度为295mm的第二UHF天线V振子和位于其下方的长度为295mm的第二UHF天线H振子，第三个UHF天线振子单元包括长度为268.8mm的第三UHF天线V振子和位于其下方的长度为268.8mm的第三UHF天线H振子，第四至第十四个UHF天线振子单元和第三个UHF天线振子单元结构一致。进一步地，每个UHF天线振子单元内的UHF天线H振子和UHF天线V振子的间距相等。进一步地，每个VHF天线振子单元内的UHF天线H振子和UHF天线V振子的间距均为60mm。功分器全称功率分配器，是一种将一路输入信号能量分成两路或多路输出相等或不相等能量的器件，也可反过来将多路信号能量合成一路输出，也称为合路器。本专利技术主要解决的问题是提供了一套地面测控系统，包括两套高增益的UHF和高增益的VHF天线，和上行功率放大器。下行方案是通过高增益的天线跟踪卫星，将微弱的卫星信号放大，进而方便后续处理；上行则是通过一个大功率放大器对信号进行大功率放大然后通过高增益的VHF天线发出，确保卫星能够收到地面信号。本专利技术的有益效果是：本专利技术的地面站结构简单，适用于V频段在140～150MHz，U频段在430～450MHz的卫星，传统的卫星地面测控系统的天线引向振子的长度不一，本专利技术将所有的引向振子的长度做成一样，即在一种圆极化八木天线上只存在3种不同长度的振子，VHF天线振子单元由22个降为8个，UHF天线振子单元由42个降为14个，极大程度地方便了加工和装配，保证了加工和安装的精度要求；传统的卫星地面测控系统的天线为2根，长度达6m，本专利技术采用4根总长度为3m左右的天线，增多了收发信号天线的数量，起到了降低噪声的作用，提高了工作的稳定性，相对于已有地面站尺寸大大减小，使得制造装配和维修都较为容易，降低了成本。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明图1是本专利技术实现卫星与地面通信的地面站组成示意图。图2是本专利技术UHF天线设计示意图。图3是本专利技术VHF天线设计示意图。图4是本专利技术UHF天线方向示意图。图5是本专利技术VHF天线方向示意图。图6是本专利技术上行放大的原理框图。图中，1.圆极化VHF天线，2.天线支撑件，3.电缆支架，4.圆极化UHF天线，5.第一功分器，6.旋转器，7.第二功分器，8.第一合成器，9.第二合成器。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术是一种实现卫星与地面通信的地面站，如图1所示，包括天线支撑件2，天线支撑件2上对称安装有圆极化VHF天线1和圆极化UHF天线4，中心安装有旋转器6，圆极化VHF天线1和圆极化UHF天线4的末端固定在电缆支架3上，电缆支架3上安装有第一功分器5、第二功分器7、UHF圆极化合成器8、VHF圆极化合成器9。在整个系统中，由两根UHF天线4组合成接收天线阵，两根VHF天线1组合成发射天线阵；它们分别通过435M功分器7、145M功分器5进行同相合成，第一功分器是145M功分器，第二功分器7是435M功分器。圆极化UHF和VHF天线的设计如图2、图3所示。每个圆极化VHF天线1包括8个VHF天线振子单元，每个VHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个VHF天线H振子(平行于水平面布置的振子)和一个VH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实现卫星与地面通信的地面站，其特征在于包括接收天线阵、发射天线阵、天线支撑件(2)、旋转器(6)、电缆支架(3)、第一功分器(5)、第二功分器(7)、第一合成器(8)、第二合成器(9)，所述接收天线阵包括对称安装在所述天线支撑件(2)两侧的两个圆极化UHF天线(4)，所述发射天线阵包括对称安装在所述天线支撑件(2)两侧的两个圆极化VHF天线(1)，所述圆极化VHF天线(1)位于圆极化UHF天线(4)的外侧，所述两个圆极化UHF天线(4)和两个圆极化VHF天线(1)的末端固定于电缆支架(3)上，所述旋转器(6)安装于天线支撑件(2)的中间，所述第一合成器(8)为UHF圆极化合成器，所述第一合成器(8)设置于所述发射天线阵的下端，所述第二合成器(9)为VHF圆极化合成器，所述第二合成器(9)设置于所述接收天线阵的下端，所述第一功分器(5)和第二功分器(7)设置于电缆支架(3)上，所述两个圆极化UHF天线(4)通过第二功分器(7)同向合成，所述两个圆极化VHF天线(1)通过第一功分器(5)同向合成，每个圆极化VHF天线(1)包括8个VHF天线振子单元，每个VHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个VHF天线H振子和一个VHF天线V振子，每个圆极化UHF天线(4)包括14个UHF天线振子单元，每个UHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个UHF天线H振子和一个UHF天线V振子。...

【技术特征摘要】
1.一种实现卫星与地面通信的地面站，其特征在于包括接收天线阵、发射天线阵、天线支撑件(2)、旋转器(6)、电缆支架(3)、第一功分器(5)、第二功分器(7)、第一合成器(8)、第二合成器(9)，所述接收天线阵包括对称安装在所述天线支撑件(2)两侧的两个圆极化UHF天线(4)，所述发射天线阵包括对称安装在所述天线支撑件(2)两侧的两个圆极化VHF天线(1)，所述圆极化VHF天线(1)位于圆极化UHF天线(4)的外侧，所述两个圆极化UHF天线(4)和两个圆极化VHF天线(1)的末端固定于电缆支架(3)上，所述旋转器(6)安装于天线支撑件(2)的中间，所述第一合成器(8)为UHF圆极化合成器，所述第一合成器(8)设置于所述发射天线阵的下端，所述第二合成器(9)为VHF圆极化合成器，所述第二合成器(9)设置于所述接收天线阵的下端，所述第一功分器(5)和第二功分器(7)设置于电缆支架(3)上，所述两个圆极化UHF天线(4)通过第二功分器(7)同向合成，所述两个圆极化VHF天线(1)通过第一功分器(5)同向合成，每个圆极化VHF天线(1)包括8个VHF天线振子单元，每个VHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个VHF天线H振子和一个VHF天线V振子，每个圆极化UHF天线(4)包括14个UHF天线振子单元，每个UHF天线振子单元包括相互垂直设置的一个UHF天线H振子和一个UHF天线V振子。2.根据权利要求1所述的地面站，其特征在于，所述第一功分器(5)是145M功分器，所述第二功分器(7)是435M功分器。3.根据权利要求1或2所述的地面站，其特征在于，每个圆极化VHF天线(1)自上而下的第一个VHF天...

【专利技术属性】
技术研发人员：张翔，李洲，徐千，耿世其，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32