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TDRSS返向多模式数传及用户星测距接收机设计

保骏

【摘要】设计了一种应用于中继卫星地面系统的多模式数传及测距接收机.在本设

计中,以软件无线电理论作为指导思想,采用了VISI可编程芯片作为算法主要实现器

件,在一块CPCI标准6U板卡中集成了两路相互独立的信号通道,能够分别接收两

路信息速率在10Mbit/s以下的调制、编码、扩频方式均不相同的返向信号,并利

用扩频码提取距离数据.调制方式包括BPSK、QPSK、SQPSK、UQPSK,编码方式

包括RS、卷积、BS+卷积.基于此,接收机还可应用于其它多通道、多模式的数传系

统中.

【期刊名称】《电讯技术》

【年(卷),期】2011(051)003

【总页数】5页(P22-26)

【关键词】TDRSS;地面系统;软件无线电;多通道多模式接收机

【作者】保骏

【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都,610036

【正文语种】中文

【中图分类】TN927

1引言

跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是指一种利用地球同步卫星上的中继转发器，与

地面系统相配合，可同时为多颗在轨中低高度航天器(卫星、飞船、空间站等)提供

连续覆盖。作为一种天基测控通信系统，TDRSS具有高覆盖率、高数传速率、多

目标测控通信、抗干扰性强等十分显著的特点。由于具有这些不可替代的特点与优

势，TDRSS已经成为了航天测控通信系统的发展方向[1]。

在TDRSS的地面系统中，返向多模式数传及用户星测距接收机是核心单元。在传

统测控系统中，地面系统接收机只需要完成一种信号模式的接收和解调，测轨和业

务数据传输也是由不同的接收机完成的。但在TDRSS中，地面站接收机除了需要

将测轨、数据传输统一考虑外，还得适应各类不同用户终端的信号模式，这都给接

收机提出了较高的要求。本文主要针对这些特点，根据各种不同的信号模式，在设

计时全面考虑适应性，使接收机满足各类任务的要求[2-4]。

2硬件平台设计

返向多模式数传及用户星测距接收机采用基于CPCI总线的可重构硬件平台实现。

根据目前市场情况，在设备中我们选择了美国Altera公司生产的StratixII系列

FPGA和美国TI公司生产的C6000系列DSP作为主要数字信号处理芯片。硬件

平台结构如图1所示。

图1硬件平台结构Fig.1Hardwareplatformstructure

此硬件平台配置了两片高速AD，为双通道接收板。两路返向接收机配置在一块下

行板卡上。两路接收机相对独立，每一路返向接收机均可完成返向下行信号中任意

一种调制模式信号的PN码跟踪、载波捕获跟踪、信号解扩、解调及数据位同步、

帧同步、维特比/RS译码，并且将译码后的数据通过CPCI总线上报到监控及数据

处理计算机。其中FPGA1完成两路下行信号的PN码捕获、跟踪、载波捕获跟踪、

信号解扩、解调及数据位同步功能，FPGA2、FPGA3分别对应完成两路接收机的

帧同步、维特比/RS译码功能，主控FPGA完成数据的上报功能，DSP完成对接

收机的控制及相关数据计算功能。

3中频信号选择

本系统中，中频信号是140MHz，带宽最大达到40MHz。用带通采样定理计算

采样率时，出于抗频谱混叠的考虑，带宽按照40MHz进行计算。其采样频率的

计算如下：

(1)

式中，fh为输入最高频率，fl为输入最低频率，若fh=160MHz，fl=120MHz，

则2≤k≤4。取k=2，则160MHz≤fs≤240MHz，我们取fs=165MHz。

根据带通采样原理，采用165MHz系统钟会产生频谱倒置，需要在多普勒计算及

预置中加以考虑。

4接收机设计

由于返向接收信号的速率范围较大(1kbit/s～10Mbit/s)，且针对不同的信息速率，

信号调制方式也不尽相同。在150kbit/s以下，需要利用PN码对信号进行扩频

处理，调制方式只有BPSK、UQPSK；150kbit/s以上不再扩频，但调制方式较

复杂，有BPSK、QPSK、SQPSK、UQPSK几种。针对这种要求，接收机的设计

方法有所不同，因此我们以150kbit/s作为界线分为低速接收机、中