摘 要： 主要對通用化遙測前端設備的組成、功能及性能指標進行了描述，并對通用化遙測前端設備的關鍵技術和實現途徑進行了重點論述。
關鍵詞： 遙測前端設備 遙測信號模擬" title="信號模擬">信號模擬源 遙測信號" title="遙測信號">遙測信號匹配器 遙測信號解調器" title="信號解調器">信號解調器 副載波(PSK)信號
遙測前端設備是地面綜合測試系統與衛星的主要信息接口之一，負責下行遙測數據采集，同時與總控測試設備(OCOE)的主測試計算機(MTP)和專用測試設備(SCOE)計算機通過網絡相連接，構成衛星地面綜合測試系統網絡，完成整星的綜合測試。
遙測前端設備是衛星地面綜合測試系統的重要組成部分，它由遙測信號模擬源、遙測信號匹配器、遙測信號解調器組成。要實現遙測前端設備的通用化，關鍵在于對遙測前端設備的副載波頻率、幀格式、碼速率、調制體制等參數的設置，達到同一套遙測前端設備能適應不同衛星的測試。
1遙測前端設備的功能和性能
1.1設備的主要功能
遙測前端設備的三個組成部分分別完成以下功能：
a.遙測信號模擬源可以輸出衛星遙測模擬信號，提供給遙測信號解調器自檢和誤碼率測試用；
b. 完成副載波(PSK)信號功率、阻抗匹配與隔離；
c.完成對遙測遙控和數傳專用測試設備(TT&C SCOE) 或遙測信號模擬源輸出的一定范圍內任意頻率的副載波解調和數據恢復；
d. 多星兼容，具有一定的可擴展性；
e. 可以本控或遠控完成對遙測信號模擬源、遙測信號解調器工作參數、工作狀態、設備配置的控制；
f. 按衛星的數據要求通過計算機網絡發送原始遙測數據組合數據幀和實時幀，具備遙測數據挑點處理、顯示及數據回放功能；
g. 具有設備狀態、工作參數巡檢、故障報警功能。
1.2設備的主要性能
通用遙測前端設備的主要性能指標如下：
·副載波信號頻率覆蓋范圍：5kHz~512kHz；
·碼速率頻率覆蓋范圍：100bps~16kbps；
·調制體制：PCM/PSK；
·字長：8bit；
·幀長：4~1024字(偶數)；
·幀同步碼組：16、24、32bit可選。
2 遙測前端設備通用化方案設計
2.1設備組成
遙測前端設備的總線形式采用PCI總線，基于PCI接口的遙測前端設備組成框圖如圖1。信號模擬源和信號匹配器單獨由一個機箱組成，遙測解調器作為一塊功能卡插在遙測前端計算機的PCI插槽中，通過PCI總線與計算機進行數據交互，遙測前端計算機的數據處理軟件完成遙測數據的采集、處理、存儲、顯示等功能。
2.2 遙測信號模擬源通用化設計
通用遙測模擬源主要包括：通用遙測仿真計算機、通用PSK調制器。通用遙測仿真計算機由遙測前端計算機和測試軟件組成。仿真軟件可對衛星遙測格式、參數內容等進行設置，可以產生兩種仿真數據流，一種用于設備自檢或軟件調試，另一種用于誤碼率測試。仿真信號經異步串行接口送通用PSK調制器進行調制，通用PSK調制器為可設置副載波頻率和碼速率的通用調制設備。
遙測信號模擬源由遙測前端計算機、數字信號處理器、數字副載波產生器、碼同步產生器、低通濾波器和PCI接口等組成，其原理框圖如圖2所示。它采用直接數字頻率合成器(DDS)作為數字副載波產生器、碼同步產生器，通過數字信號處理器的控制和運算，產生相應的數字調制波，經PSK數字調制產生PSK信號。
2.3 遙測信號匹配器通用化設計
輸入、輸出端均采用DC/DC電源供電，從而實現輸入信號與輸出信號的電源、地隔離，輸入信號與輸出信號之間采用變壓器進行隔離，在變壓器的輸出端有增益可調放大電路。
遙測信號匹配器原理框圖如圖3所示。
2.4 遙測信號解調器通用化設計
2.4.1基本原理與組成
通用遙測解調器的原理框圖如圖4所示，其中時鐘產生器、載波NCO、碼NCO、碼時鐘產生、載波時鐘產生、數字下變頻器、相關累加器等均在FPGA中設計完成；載波環路濾波器" title="環路濾波器">環路濾波器、碼環路濾波器、數據解調、位同步脈沖產生等均由DSP完成。
2.4.2高速A/D" title="A/D">A/D采集電路
為了實現解調器的技術指標，選擇AD公司的AD9220芯片作為產品中的高速A/D轉換器，它提供12位分辨率、10MHz的采集速率、單一+5V電源供電、由外部接入基準電壓。高速A/D轉換器的技術指標如下：
·A/D轉換分辨率：12位；
·A/D轉換速率：10MHz；
·模擬量傳輸及轉換為數字量的總誤差：優于0.3%FSR；
·模擬信號頻帶寬度：400kHz。
2.4.3 數字下變頻器
數字下變頻器主要作用是將A/D采樣所得到的中頻信號進行下變頻處理，從而去除中頻，得到基帶信號。數字下變頻器的主要原理是：利用載波數控振蕩器產生與輸入中頻信號頻率相同的正弦和余弦本地載波信號，與輸入信號進行乘法運算，然后對運算結果做低通濾波，即可完成對中頻信號下變頻操作。以上過程均為數字化處理。所以，本振信號、乘法模塊、低通濾波器均采用數字化設計。
2.4.4 碼的捕獲
利用本地碼元與接收碼元的相關值進行判決是否捕獲，如果連續8次取得的相關值都大于所設置的門限，則判定為捕獲，之后轉入跟蹤狀態；如果任何一次低于門限值則重新進行捕獲。
2.4.5 副載波跟蹤
利用自動頻率控制進行載波環路跟蹤。根據所取得的當前路的相關值，利用自動頻率控制算法提取載波誤差信號，把得到的誤差信號送入環路濾波器，環路濾波器輸出的調整量送入載波NCO，形成閉環，載波NCO根據濾波器的輸出適時調整，直至本地載波與接收載波的穩態誤差在誤差允許的范圍內為止。
2.4.6 碼跟蹤
利用碼的相關特性進行碼環路跟蹤。根據所取得的超前路和滯后路的相關值，利用碼的S鑒相算法提取碼誤差信號，把得到的誤差信號送入環路濾波器，環路濾波器輸出的調整量送入碼NCO，形成閉環，碼NCO根據濾波器的輸出適時調整，直至本地碼元與接收碼元的穩態誤差在誤差允許的范圍內為止。
2.4.7 數據解調
利用相位旋轉進行數據解調。由于載波和碼都有很小的穩態誤差存在，不能完全消除，為了正確解調數據減少誤碼，采用軟件Costas環算法進行相位旋轉解調。
3 設備的實現和特點
為了達到遙測前端設備通用化、小型化設計的目的，在設備研制過程中采用高速數字信號處理芯片(DSP)，將遙測模擬信號進行數字化，采用自適應濾波器的方法，大大提高處理遙測信號副載頻和碼速率的范圍；利用EDA工具，采用復雜的可編程邏輯器件(CPLD)、現場可編程門陣列(FPGA)和直接頻率合成器(DDS)等器件，通過硬件描述語言設計芯片來實現系統功能，完成系統級仿真和綜合，不僅可以實現多種數字邏輯功能，而且大大減少芯片數量從而縮小系統體積、能耗，同時提高系統的性能及可靠性，可以真正實現遙測設備的小型化設計；利用硬件軟件化技術對軟件進行通用化設計，實現設備的通用化設計；采用PCI總線形式，可以將解調器直接插入計算機的PCI插槽中，使解調器小型化。
目前，通用的遙測前端設備樣機已研制成功，通過遙測前端計算機中的上位機軟件，對副載頻、碼速率和相關格式進行設置后，就可以實現遙測信號的模擬和解調，實現遙測前端設備的通用化。本方案提出了一種新型全數字化遙測信號解調器，在技術上采用不需載波同步即可完成碼元捕獲的非相干快捕技術、碼元跟蹤的超前—滯后型非相干數字延遲鎖相環(DDLL)以及跟蹤環路的軟件化技術等。
隨著計算機技術的普及，USB接口將成為測試設備的主流。因此研制基于USB接口的通用遙測前端設備成為首選；同時隨著擴頻等先進技術在衛星產品上的應用，電子、通信領域的新技術、新思路更應該提前應用到地面測試設備的研制中。
參考文獻
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