一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台制造技术

一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台，包括FPGA、模数转换模块、数模转换模块、ARM嵌入式处理器、嵌入式web server模块、匹配隔离模块、存储单元、测温电路等模块。其中FPGA是数字中频测控平台的核心器件，完成了数字中频信号的发射和接收，包括：与ARM接口模块、参数配置管理模块、发送和接收FIFO、帧生成及统计模块、帧接收及统计模块、码型变换模块、副载波调制/解调模块、载波调制/解调模块、数字上和下变频模块、幅度控制模块、波形存储模块和时标管理模块。本发明专利技术所所提供的基于嵌入式技术的数字中频测控平台设计方法实现了卫星测控中频信号的数字化处理，系统结构精简、体积小、便携性好，适于测试人员随身携带，可作为卫星测试的综合基带设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台
本专利技术涉及一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台，属于卫星测试

技术介绍
数字中频测控平台是用于卫星测试的综合基带设备，实现了UCB（UnifiedC-band）和USB（UnifiedS-band）测控体制下，地面测试设备与卫星在视频或中频方式下的互连，是卫星测试中必不可少的上下行通道。随着航天技术发展，通信卫星的地面测控测试系统要求可靠性高、功能多、系统高度集成化和小型化，而目前应用于卫星测试的基带设备存在功能冗余、连接关系复杂、信号中继环节多、部分参数设置繁琐复杂，操作不便，并且成本高昂。并且目前常用的地面测试综合基带设备以工控机为运行平台，信号的调制解调功能由连接在工控机PCI总线上的信号处理板完成。这种工控机结构的基带设备存在两个问题：首先，设备自身体积大，质量重不但导致工作效率低下，而且容易发生事故，运输成本也非常高昂；更重要的是，工控机在经过运输后，其故障率也较高，影响测试任务的正常开展。因此亟需一种系统结构精简、体积小、便携性好，并且软硬件系统运行可靠的数字中频测控平台设计方法，以应对目前测试中的星地互联要求。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种系统结构精简、体积小、便携性好的基于嵌入式结构的数字中频测控平台，实现了卫星测控信号的数字化处理，大幅度减少了测控基带设备的重量和体积。本专利技术的技术解决方案是：基于嵌入式技术的数字中频测控平台，包括：FPGA、ARM嵌入式处理器、嵌入式webserver模块、匹配隔离模块、存储单元、测温电路等模块。其中FPGA是数字中频测控平台的核心器件，完成了数字中频信号的发射和接收，包括：与ARM接口模块、参数配置管理模块、发送和接收FIFO、帧生成及统计模块、帧接收及统计模块、码型变换模块、副载波调制/解调模块、载波调制/解调模块、数字上和下变频模块、幅度控制模块、波形存储模块和时标管理模块；与ARM接口模块：完成FPGA与ARM嵌入式处理器之间的通信，是FPGA与ARM嵌入式处理器通信的桥梁；接收ARM嵌入式处理器传来的配置参数，输出给参数配置管理模块，使FPGA工作在用户配置的参数下；将ARM嵌入式处理器下传的待发射数据写入发送FIFO，从接收FIFO中读取解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取；将FPGA的参数配置情况、工作状态、系统温度信息上传给ARM嵌入式处理器，为用户的实时监控和故障分析提供依据；参数配置管理模块：接收与ARM接口模块传送来的配置参数，给其他数字信号处理模块提供配置参数，使FPGA工作在用户配置的参数下，将FPGA的参数配置、工作状态、设备温度传送给与ARM接口模块，供ARM嵌入式处理器读取；发送和接收FIFO：每一个发送通路均包含一个独立的发送FIFO，用来存储ARM嵌入式处理器下传的待发送数据；每一个接收通路均包含一个独立的接收FIFO，用来存储已经解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取；帧生成及帧发送统计模块：包括遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块和发送统计子模块；其中遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块按照用户配置的参数，从发送FIFO中读取待发送数据，生成发送帧，输出给码型变换模块；帧发送统计子模块根据遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块发送数据的情况，统计已发送帧的内容，以及发送的指令号信息；并从时标管理模块中获取设备当前的硬件时间，统计数据发送的时刻，为用户的实时监控和故障分析提供依据；码型变换模块：接收遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块输出的基带发送码流，并按照用户配置的参数进行基带码型变换，码型变换模块实现目前卫星测控体制所规定所有码型变换，码型变换模块根据用户的配置将变换后的PCM码流输出给下一级的副载波调制模块进行副载波调制处理，也可以将PCM码流直接输出到外部，同时PCM码流还输出给接收通道形成内部自环；副载波调制模块：接收码型变换模块输出的PCM码流，按照卫星测控体制所规定的参数进行BSPK的调制，生成副载波调制信号；副载波调制模块可以根据用户的配置将生成的副载波调制信号输出给下一级的载波调制模块进行载波调制处理，也可以将BPSK副载波调制信号直接输出到外部，同时副载波调制信号还输出给接收通道形成内部自环；载波调制模块：接收副载波调制模块输出的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM调制，生成载波调制信号；载波调制模块将生成的载波调制信号输出给下一级的数字上变频模块进行中频处理；数字上变频模块：接收载波调制模块输出的FM/PM载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行数字上变频处理，形成载波频率为70MHz的数字中频信号；数字上变频模块生成的数字中频信号经幅度控制后输出给数模转换模块D/A，形成模拟中频信号输出，同时数字中频信号还输出给接收通道形成内部自环；数字下变频模块：模数转换模块A/D采集到的数字中频信号，或内部自环的数字中频信号经自动增益控制模块处理后，输出至数字下变频模块；数字下变频模块按照卫星测控体制所规定的参数进行数字下变频处理，形成载波调制信号，输出给下一级的载波解制模块；载波解调模块：接收数字下变频模块输出的载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM载波解调，生成BPSK副载波调制信号输出给下一级的副载波解制模块；副载波解调模块：接收数字载波解调模块输出的BPSK副载波调制信号或内部自环的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行BPSK副载波解调，生成PCM基带码流输出给码型变换模块；帧接收及统计模块：包括遥控帧接收子模块、遥测帧接收子模块和接收统计子模块；其中遥控帧接收子模块和遥测帧接收子模块按照用户配置的帧同步策略，对接收到的基带码流进行帧接收，形成相应的遥控帧或遥测帧，存入接收FIFO，供ARM嵌入式处理器读取；接收统计子模块根据遥控帧接收子模块和遥测帧接收子模块的接收结果对接收到的内容、接收时刻、接收的指令号、是否存在错帧、漏帧等信息进行统计，为用户的实时监控和故障分析提供依据；波形存储模块：包括已发送波形FIFO、接收波形FIFO、写存储单元三个模块；在信号发送过程中，码型变换模块输出的PCM码流、副载波调制模块输出的BPSK副载波调制信号、数字上变频模块输出的数字中频信号，在加入本地时标信息后，分别存储到已发送波形FIFO的不同地址区间中；在信号接收过程中，A/D采集到的数字中频信号、载波解调模块输出的BPSK副载波调制信号、副载波解调模块输出的PCM码流，在加入本地时标信息后，分别存储到接收波形FIFO的不同地址区间中；写存储单元模块负责将已发送波形FIFO、接收波形FIFO存储的波形写入到存储单元中，用户可以从存储单元中回放任意时间段的波形，用作监测或故障分析；时标管理模块：FPGA的本地时间管理模块，产生FPGA本地时标信息，用于给存储的波形加入时标，以实现波形的回放；时标管理模块支持上位机的授时，同时支持上位机读取FPGA本地时间；时标包括小时、分钟、秒、毫秒、微秒，精度为一个微秒；ARM嵌入式处理器：接收嵌入式webserver模块配置的参数，并将配置参数送至FPGA的参数配置管理模块；提供液晶显示触摸屏，显示设备当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台，其特征在于包括：FPGA（1）、ARM嵌入式处理器（2）、嵌入式web server模块（3）、匹配隔离模块（4）、存储单元（5）、测温电路模块（6）； 其中FPGA（1）是数字中频测控平台的核心器件，完成了数字中频信号的发射和接收，包括：与ARM接口模块（10）、参数配置管理模块（11）、发送和接收FIFO（12）、帧生成及帧发送统计模块（13）、帧接收及帧接收统计模块（14）、码型变换模块（15）、副载波调制/解调模块（16）、载波调制/解调模块（17）、数字上和下变频模块（18）、幅度控制模块（19）、波形存储模块（20）（包括已发送波形FIFO（201）、接收波形FIFO（202）、写存储单元（203）三个子模块）和时标管理模块（21）； 与ARM接口模块：完成FPGA与ARM嵌入式处理器之间的通信，是FPGA与ARM嵌入式处理器通信的桥梁；接收ARM嵌入式处理器传来的配置参数，输出给参数配置管理模块，使FPGA工作在用户配置的参数下；将ARM嵌入式处理器下传的待发射数据写入发送FIFO，从接收FIFO中读取解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取；将FPGA的参数配置情况、工作状态、系统温度信息上传给ARM嵌入式处理器，为用户的实时监控和故障分析提供依据； 参数配置管理模块：接收与ARM接口模块传送来的配置参数，给其他数字信号处理模块提供配置参数，使FPGA工作在用户配置的参数下，将FPGA的参数配置、工作状态、设备温度传送给与ARM接口模块，供ARM嵌入式处理器读取； 发送和接收FIFO：每一个发送通路均包含一个独立的发送FIFO，用来存储ARM嵌入式处理器下传的待发送数据；每一个接收通路均包含一个独立的接收FIFO，用来存储已经解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取； 帧生成及帧发送统计模块：包括遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块和发送统计子模块；其中遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块按照用户配置的 参数，从发送FIFO中读取待发送数据，生成发送帧，输出给码型变换模块；帧发送统计子模块根据遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块发送数据的情况，统计已发送帧的内容，以及发送的指令号信息；并从时标管理模块中获取设备当前的硬件时间，统计数据发送的时刻，为用户的实时监控和故障分析提供依据； 码型变换模块：接收遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块输出的基带发送码流，并按照用户配置的参数进行基带码型变换，码型变换模块实现目前卫星测控体制所规定所有码型变换，码型变换模块根据用户的配置将变换后的PCM码流输出给下一级的副载波调制模块进行副载波调制处理，也可以将PCM码流直接输出到外部，同时PCM码流还输出给接收通道形成内部自环； 副载波调制模块：接收码型变换模块输出的PCM码流，按照卫星测控体制所规定的参数进行BSPK的调制，生成副载波调制信号；副载波调制模块可以根据用户的配置将生成的副载波调制信号输出给下一级的载波调制模块进行载波调制处理，也可以将BPSK副载波调制信号直接输出到外部，同时副载波调制信号还输出给接收通道形成内部自环； 载波调制模块：接收副载波调制模块输出的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM调制，生成载波调制信号；载波调制模块将生成的载波调制信号输出给下一级的数字上变频模块进行中频处理； 数字上变频模块：接收载波调制模块输出的FM/PM载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行数字上变频处理，形成载波频率为70MHz的数字中频信号；数字上变频模块生成的数字中频信号经幅度控制后输出给数模转换模块D/A，形成模拟中频信号输出，同时数字中频信号还输出给接收通道形成内部自环； 数字下变频模块：模数转换模块A/D采集到的数字中频信号，或内部自环的数字中频信号经自动增益控制模块处理后，输出至数字下变频模块；数字下变频模块按照卫星测控体制所规定的参数进行数字下变频处理，形成载波调制 信号，输出给下一级的载波解制模块； 载波解调模块：接收数字下变频模块输出的载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM载波解调，生成BPSK副载波调制信号输出给下一级的副载波解制模块； 副载波解调模块：接收数字载波解调模块输出的BPSK副载波调制信号或内部自环的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行BPSK副载波解调，生成PCM基带码流输出给码型变换模块； 帧接收及统计模块：包括遥控帧接收子模块、遥测帧接收子模块和接收统计子模块；其中遥控帧接收子模块和遥测帧接收子模块按照用户配置的帧同步策略，对接收到的基带码流进行帧接收，形成相应的遥控帧或遥测帧，存入接收FIFO，供ARM嵌入式处理器读取；接收统计子模块根据遥控帧接收子模块和遥测帧接收子模块的接收结果对接...

【技术特征摘要】
1.一种基于嵌入式技术的数字中频测控平台，其特征在于包括：FPGA(1)、ARM嵌入式处理器(2)、嵌入式webserver模块(3)、匹配隔离模块(4)、存储单元(5)、测温电路模块(6)；其中FPGA(1)是数字中频测控平台的核心器件，完成了数字中频信号的发射和接收，包括：与ARM接口模块(10)、参数配置管理模块(11)、发送和接收FIFO(12)、帧生成及帧发送统计模块(13)、帧接收及帧接收统计模块(14)、码型变换模块(15)、副载波调制/解调模块(16)、载波调制/解调模块(17)、数字上和下变频模块(18)、幅度控制模块(19)、波形存储模块(20)和时标管理模块(21)；其中波形存储模块(20)包括已发送波形FIFO(201)、接收波形FIFO(202)和写存储单元(203)；与ARM接口模块：完成FPGA与ARM嵌入式处理器之间的通信，是FPGA与ARM嵌入式处理器通信的桥梁；接收ARM嵌入式处理器传来的配置参数，输出给参数配置管理模块，使FPGA工作在用户配置的参数下；将ARM嵌入式处理器下传的待发射数据写入发送FIFO，从接收FIFO中读取解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取；将FPGA的参数配置情况、工作状态、系统温度信息上传给ARM嵌入式处理器，为用户的实时监控和故障分析提供依据；参数配置管理模块：接收与ARM接口模块传送来的配置参数，给其他数字信号处理模块提供配置参数，使FPGA工作在用户配置的参数下，将FPGA的参数配置、工作状态、设备温度传送给与ARM接口模块，供ARM嵌入式处理器读取；发送和接收FIFO：每一个发送通路均包含一个独立的发送FIFO，用来存储ARM嵌入式处理器下传的待发送数据；每一个接收通路均包含一个独立的接收FIFO，用来存储已经解调出的数据，供ARM嵌入式处理器读取；帧生成及帧发送统计模块：包括遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块和发送统计子模块；其中遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块按照用户配置的参数，从发送FIFO中读取待发送数据，生成发送帧，输出给码型变换模块；帧发送统计子模块根据遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块发送数据的情况，统计已发送帧的内容，以及发送的指令号信息；并从时标管理模块中获取设备当前的硬件时间，统计数据发送的时刻，为用户的实时监控和故障分析提供依据；码型变换模块：接收遥控帧生成子模块、遥测帧生成子模块输出的基带发送码流，并按照用户配置的参数进行基带码型变换，码型变换模块实现目前卫星测控体制所规定所有码型变换，码型变换模块根据用户的配置将变换后的PCM码流输出给下一级的副载波调制模块进行副载波调制处理，也将PCM码流直接输出到外部，同时PCM码流还输出给接收通道形成内部自环；副载波调制模块：接收码型变换模块输出的PCM码流，按照卫星测控体制所规定的参数进行BSPK的调制，生成副载波调制信号；副载波调制模块根据用户的配置将生成的副载波调制信号输出给下一级的载波调制模块进行载波调制处理，也将BPSK副载波调制信号直接输出到外部，同时副载波调制信号还输出给接收通道形成内部自环；载波调制模块：接收副载波调制模块输出的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM调制，生成载波调制信号；载波调制模块将生成的载波调制信号输出给下一级的数字上变频模块进行中频处理；数字上变频模块：接收载波调制模块输出的FM/PM载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行数字上变频处理，形成载波频率为70MHz的数字中频信号；数字上变频模块生成的数字中频信号经幅度控制后输出给数模转换模块D/A，形成模拟中频信号输出，同时数字中频信号还输出给接收通道形成内部自环；数字下变频模块：模数转换模块A/D采集到的数字中频信号，或内部自环的数字中频信号经自动增益控制模块处理后，输出至数字下变频模块；数字下变频模块按照卫星测控体制所规定的参数进行数字下变频处理，形成载波调制信号，输出给下一级的载波解制模块；载波解调模块：接收数字下变频模块输出的载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行FM/PM载波解调，生成BPSK副载波调制信号输出给下一级的副载波解制模块；副载波解调模块：接收数字载波解调模块输出的BPSK副载波调制信号或内部自环的BPSK副载波调制信号，按照卫星测控体制所规定的参数进行BPSK副载波解调，生成PCM基带码流输出给码型变换模块；帧接收及统计模块：包括遥控帧接收子模块、遥测帧接收子模块和接收统计子模块；其中遥控帧接收子模块和遥测帧接收子模块按照用户配置的帧同步策略，对接收到的基带码流进行帧接收，形成相应的遥控帧或遥测帧，存入接收FIFO，供ARM嵌入式处理器读取；接收统计子模块根据遥控帧接收子模块和遥测帧接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕德东，刘万富，张阁，朱晓辉，李忠华，吴志强，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11