全数字卫星信号模拟源制造技术

本发明专利技术提出的一种全数字卫星信号模拟源，旨在提供一种能够提供UQPSK等多调制方式的模拟源。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：模拟源板卡将预先在Matlab中编码产生的编码数据，通过主控板到模拟源板卡的PCIE总线接口传输到现场可编程门阵列FPGA产生32路DDS调制数据，模拟源板卡上的DSP通过SRIO接口接收主控板下发的编码方式、调制方式和编码数据源选择开关信号的控制参数，并将解析后的上述控制参数通过EMIF总线分别输入到现场可编程门阵列FPGA中的信道编码单元、信号调制单元和选择器，信道编码单元根据输入差分编码、卷积编码不同的编码方式，数模转换器将通道数据转换为高中频模拟信号，高中频模拟信号被送入模拟处理部分，输出多模、码速率连续可变的高中频宽带卫星模拟信号。

【技术实现步骤摘要】
全数字卫星信号模拟源
本专利技术涉及一种用于卫星测控通信领域中卫星发射信号的高速数据传输系统的模拟设备。特别是为地面测控、数传设备提供卫星信号的全数字卫星信号模拟源。技术背景随着遥感、探测等卫星对时间、空间、辐射、光谱等特性分辨率的不断提高，在单位时间需要传输的原始数据量的倍增，其数据传输系统的传输能力越来越成为将卫星获得的原始数据回传地面的瓶颈。美国在高速数据传输技术方面的技术研发是最早的，90年代末已经实用化了622Mbps的高速数据传输技术，现在美国TSI公司已实现了1Gbps的高数数据传输技术。欧空局开展高速数据传输技术的研究较晚些，目前成熟的数据传输速率在300Mbps左右。日本在已建立的WINDS系统采用透明转发方式，传输速率已达到超过1Gbps的高速数据通信。目前国内主流卫星数据传输技术也有长足的发展。中科院对地观测中心完成了频率复用高码速率遥感卫星数据接收系统，成功接收了ZY-3卫星(双圆极化频率复用、码速率450Mbit/s×2)数据，系统主要性能指标达到了国际先进水平。随着卫星数据传输性能需求的增加，对卫星导航信号模拟源的研究和应用需求也处于不断的升温之中。卫星信号模拟源是模拟卫星发射信号经过一定的传输路径到达接收终端处的信号的设备。由于各个导航信号系统的信号频段、带宽、码速率、电文格式等存在较大差异，卫星导航信号模拟源是卫星导航系统和各种接收设，尤其是高动态接收机研制的关键仪器。卫星信号模拟器研制难点主要集中在卫星和用户相对运动产生的多普勒频率的模拟和用户实际运动轨迹及所处场景的模拟以及接收时刻卫星信号。要研发多体制高性能导航信号模拟源，关键是突破其信号模拟技术、多体制信号源同步实现技术。作为卫星地面测试系统的一部分，卫星遥测信号模拟源在满足卫星地面测试系统的要求的基础上，需要具有通用化的特点才能完成不同卫星测试的。通用化的特点不仅要求遥测参数可编程，以模拟多数卫星的遥测信号，而且要求提供灵活的遥测组帧方法，以模拟多数卫星上星载数据管理系统(ODBH)产生的数据。首先根据高性能卫星地面测试系统要求和通用化要求，明确其应具有的功能和指标；然后提出具有这些功能和指标的整体设计，包括采用FPGA+AVR单片机+USB专用芯片的整体方案，采用数字直接频率合成(DDS)作为副载波生成算法，采用加法延时斐波那契算法(ALFG)和公式方法组合作为高斯白噪声生成算法，关键芯片选择等内容；包括卫星遥测信号模拟源上各模块及模块间通信的实现，和上位机驱动程序、动态链接库及测试程序的编写。由于高速数据传输设备传输中心频率高、带宽宽，通常的实现方法是采用大规模可编程门阵列FPGA产生基带信号，通过宽带低通滤波，经正交调制的方式上变频到高中频，这种实现方式存在IQ双路一致性的问题，对模拟电路设计要求较高。目前，国内卫星数传技术通常采用较为成熟的低中频数字调制和信道模拟变频技术，但数据带宽和数据传输速率十分有限，这些设备主要由调制器单元、解调器单元和接入单元组成，并可完成多种调制方式，可提供多种编码制式，支持多种卫星制式，但不支持用户自定义的UQPSK等调制方式，且设备组成复杂，对模拟射频电路、微带电路等模拟硬件电路设计的要求很高，对于国内的电路工艺水平挑战很大。传统模拟源采用IQ正交调制方式，需要两个数模转换器或一个双路数模转换器分别将I路和Q路数字信号变换到模拟域再通过双路低通滤波器，正交调制器完成。这种方式即使在FPGA内部IQ两路具有很好的一致性，但数模转换器的两个数据通道、滤波器的两个信号通道、正交调制器的两个输入口均存在不一致的问题。要保证这么多环节的一致性，在FPGA中生成数字波形时，需要控制I、Q两路信号幅度和相位，而且布线时I、Q两路信号线要严格等长控制且相互之间不干扰，实现起来相当复杂。目前“北斗一号”卫星信号模拟源实现功能比较简单，不能模拟高动态下的卫星信号，而且不具备射频信号输出功能，不能完全模拟真实环境下的卫星信号，需要通过仪器将基带信号调制到射频，调试时也极为复杂，还要占用大量的仪器设备，这就使得一代卫星信号模拟源显得笨重和不易操作。几种常用的调制波形，如扫频、调频、调幅、FSK、PSK、Burst调制波形的信号源仪器，模式有限，不能提供UQPSK波形，且数据带宽不超过50MHz。而由于卫星测控通信系统用户自定义模式多、情况复杂，不可直接用作模拟源设备。任意波形发生器可产生的模式多、编程灵活、数据注入方便，但通常采用的方式是通过如MATLAB等软件直接计算输出信号并编译、循环播放，不能适应高实时性和低延时等系统要求。需要重新设计出一种可具备多种调制模式、多种码型，码速率连续可变，实时宽带信道模拟，数字高斯白噪声生成等功能的全数字卫星信号模拟源设备。卫星信号模拟源从硬件资源上分可以分为主控台和信号生成单元，主控台主要为PC机，负责对信号生成单元控制，信号生成单元负责对数据进行处理，产生所需射频信号。计算机根据用户的需要选择卫星接收机的工作环境，生成导航电文，计算出各种所需参数，并实时控制调制电路产生用户所需的卫星信号。通过通信控制模块将计算出的参数及导航电文传递给DSP，之后DSP根据这些数据完成选星及对FPGA的通道控制等；码速率及码相位的控制、数字载波调制、多路信号合成在大规模在线可编程器件FPGA中完成；合成后的信号经过D/A转换、带通滤波后经过上变频、滤波及增益控制后即得到射频信号。杂散抑制度和相位噪声是卫星信号模拟源射频电路的关键指标。它们直接影响到卫星信号模拟源输出信号的质量，也是整个卫星信号模拟源的关键指标。卫星信号模拟源射频电路有两种输入方式，一种是基带信号输入，一种是中频信号输入。卫星到达接收机的信号在时延、相位，频率等方面均有差异，为了模拟这种差异，前端数字信号处理部分需要同时模拟基带信号和载波信号在这些方面的变化，要模拟载波信号的变化，前端数字信号处理部分的输出必须是数字中频信号。这就决定了射频电路的输入信号是中频信号而不是基带信号。卫星信号模拟源射频电路的输入可以是单路信号，也可以是多路信号.选择多路信号输入，通过多个调制单元调制成多路射频信号，这样成本昂贵而且电路极其冗余，调试复杂度极高，比如，要模拟12颗卫星，就需要12个调制单元，另外多路调制单元的一致性也无法保证。由于其要求的射频滤波器相对带宽非常小，实际工程中很难实现，而且本振信号也不能得到很好的滤除。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的不足之处，结合现有微电子技术的发展成果，提供一种基于MD662H的适用于高速卫星数据传输、电路组成结构简单且能够提供UQPSK等多调制方式的全数字卫星信号模拟源。为达到上述专利技术目的，提出的一种全数字卫星信号模拟源，包括结构上采用可插入CPCI机箱的CPCI板卡，所述CPCI板卡上设有数字处理部分和模拟处理部分，数字处理部包含外接点频时钟源的数模转换器、外接内存相连数字信号处理器DSP的现场可编程门阵列FPGA，其特征在于：DSP通过SRIO接口接收主控板下发的编码方式、调制方式和编码数据源选择开关信号的控制参数，将预先在Matlab中编码产生的编码数据和解析后的控制参数，通过EMIF总线分别输入到现场可编程门阵列FPGA中的信道编码单元、信号调制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全数字卫星信号模拟源，包括结构上采用可插入CPCI机箱的模拟源板卡，所述模拟源板卡上设有数字处理部分和模拟处理部分，数字处理部包含外接点频时钟源的数模转换器、外接内存相连数字信号处理器DSP的现场可编程门阵列FPGA，其特征在于：DSP通过SRIO接口接收主控板下发的编码方式、调制方式和编码数据源选择开关信号的控制参数，将解析后的控制参数，通过EMIF总线分别输入到现场可编程门阵列FPGA中的信道编码单元、信号调制单元和选择器，信道编码单元根据输入差分编码、卷积编码不同的编码方式，产生编码方式下的编码数据，将编码数据输出到选择器，选择器将编码数据源选择开关输出的编码数据或通过PCIE接口输入的主控板上存储文件编码数据作为信号调制单元的数据输入，信号调制单元将选择器输出的DDS调制数据分为每组8个通道，每个通道数据位宽为12的A、B、C、D四组；四组通过各自的8通道数据(0:11)，经过各自的一个MUX(8:1)进行顺序合路，各组并行数据经过MUX(8:1)合路后分别对应数模转换器的一个端口，完成中频率的偏移，将各自输出一路的通道数据(0:11)分别送入到数模转换器的A、B、C、D端口，数模转换器将上述通道数据(0:11)转换为高中频模拟信号，高中频模拟信号被送入模拟处理部分，经宽带滤波衰减器滤去或衰减频段范围外的谐波，并调节数模转换器模拟端信号输出的幅度，输出多模、码速率连续可变的高中频宽带卫星模拟信号。...

【技术特征摘要】
1.一种全数字卫星信号模拟源，包括结构上采用可插入CPCI机箱的模拟源板卡，所述模拟源板卡上设有数字处理部分和模拟处理部分，数字处理部包含外接点频时钟源的数模转换器、外接内存相连数字信号处理器DSP的现场可编程门阵列FPGA，其特征在于：DSP通过SRIO接口接收主控板下发的编码方式、调制方式和编码数据源选择开关信号的控制参数，将解析后的控制参数，通过EMIF总线分别输入到现场可编程门阵列FPGA中的信道编码单元、信号调制单元和选择器，信道编码单元根据输入差分编码、卷积编码不同的编码方式，产生编码方式下的编码数据，将编码数据输出到选择器，选择器将编码数据源选择开关输出的编码数据或通过PCIE接口输入的主控板上存储文件编码数据作为信号调制单元的数据输入，信号调制单元将选择器输出的DDS调制数据分为每组8个通道，每个通道数据位宽为12的A、B、C、D四组；四组通过各自的8通道数据(0:11)，经过各自的一个MUX(8:1)进行顺序合路，各组并行数据经过MUX(8:1)合路后分别对应数模转换器的一个端口，完成中频率的偏移，将各自输出一路的通道数据(0:11)分别送入到数模转换器的A、B、C、D端口，数模转换器将上述通道数据(0:11)转换为高中频模拟信号，高中频模拟信号被送入模拟处理部分，经宽带滤波衰减器滤去或衰减频段范围外的谐波，并调节数模转换器模拟端信号输出的幅度，输出多模、码速率连续可变的高中频宽带卫星模拟信号。2.如权利要求1所述的全数字卫星信号模拟源，其特征在于：数字信号处理器DSP外接存储DSP启动程序的闪存和用来解析控制参数需要的内存，通过SerialRapidIO总线传输解析后的控制参数，解析后的控制参数通过EMIF总线输出至现场可编程门阵列FPGA。3.如权利要求1所述的全数字卫星信号模拟源，其特征在于：主控板将Matlab中按照低密度奇偶校验码LDPC编码方式进行编码，并存储在主控板上，存储在主控板上的编码数据通过PCIExpress接口传输到现场可编程门阵列FPGA的PCIE数据解析单元，PCIE数据解析单元将PCIE接口输入的主控板存储文件编码数据存储在内存中，供选择器提取。4.如权利要求3所述的全数字卫星信号模拟源，其特征在于：PCIE数据解析单元将解析输出的主控板存储文件编码数据输入到FPGA外接的内存中进行速率转换，FPGA通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红伟，马力科，方科，孙德荣，唐宇荣，王宇舟，张晓波，韩锞，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51