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(xiàn)途徑進行了重點論述。

關鍵詞：遙測前端設備 遙測信號模擬源 遙測信號匹配器 遙測信號解調器 副載波（PSK）信號

遙測前端設備是地面綜合測試系統(tǒng)與衛(wèi)星的主要信息接口之一，負責下行遙測數(shù)據(jù)采集，同時與總控測試設備（OCOE）的主要測試計算機（MTP）和專用測試設備（SCOE）計算機通過網絡相連接，構成衛(wèi)星地面綜合測試系統(tǒng)網絡，完成整星的綜合測試。

遙測前端設備是衛(wèi)星地面綜合測試系統(tǒng)的重要組成部分，它由遙測信號模擬源、遙測信息匹配器、遙測信號解調器組成。要實現(xiàn)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(shù)的設置，達到同一套遙測前端設備能適應不同衛(wèi)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(wèi)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(shù)傳專用測試設備（TT&CSCOE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(shù)據(jù)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(shù)、工作狀態(tài)、設備配置的控制；

f.按衛(wèi)星的數(shù)據(jù)要求通過計算機網絡發(fā)送原始遙測數(shù)據(jù)組合數(shù)據(jù)幀和實時幀，具備遙測數(shù)據(jù)挑點處理、顯示及數(shù)據(jù)回放功能；

g.具有設備狀態(tài)、工作參數(shù)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(shù)）；

·幀同步碼組：16、24、32bit可選。

2 遙測前端設備通用方案設備

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。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(shù)據(jù)交互，遙測前端計算機的數(shù)據(jù)處理軟件完成遙測數(shù)據(jù)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：通用遙測仿具計算機、通用PSK調制器。通過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(wèi)星遙測格式、參數(shù)內容等進行設置，可以產生兩種仿真數(shù)據(jù)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(shù)字信號處理器、數(shù)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，其原理框圖如所示。它采用直接數(shù)字頻率合成器（DDS）作為數(shù)字副載波產生器、碼同步產生器，通過數(shù)字信號處理器控制和運算，產生相應的數(shù)字調制波，經PSK數(shù)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(xiàn)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(shù)字下變頻器、相關累加器等均在FPGA中設計完成；載波環(huán)路濾波器、碼環(huán)路濾波器、數(shù)據(jù)解調、位同步脈沖產生等均由DSP完成。

2.4.2 高速A/D采集電中

為了實現(xiàn)解調器的技術指標，選擇AD公司的AD9220芯片作為產品的高速A/D轉換器，它提供了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(shù)字量的總誤差：優(yōu)于0.3%FSR；

·模擬信號頻帶寬度：400kHz。

2.4.3 數(shù)字下變頻器

數(shù)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(shù)字下變頻器的主要原理是：利用載波數(shù)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(shù)字化處理。所以，本振信號、乘法模擬、低通濾波器均采用數(shù)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(xù)8次取得的相關值都大于所設置的門即，則判為捕獲，之后轉入跟蹤狀態(tài)；如果任何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(huán)路跟蹤。根據(jù)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(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器輸出的調整量送入載波NCO，形成閉環(huán)，載波NCO根據(jù)濾波器的輸出適時調整，直至本地載波與拉收載波的穩(wěn)態(tài)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(huán)路跟蹤。根據(jù)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(huán)路濾波器，環(huán)路濾波器輸出的調整量送入碼NCO，形成閉環(huán)，碼NCO根據(jù)濾波器的輸出適時調整，直至本地碼元與接收碼元的穩(wěn)態(tài)誤差在誤差允許的范圍內為止。

2.4.7 數(shù)據(jù)解調

利用相位旋轉進行數(shù)據(jù)解調。由于載波和碼都有很小的穩(wěn)態(tài)誤差存在，不能完全消除，為了正確解調數(shù)據(jù)減小誤碼，采用軟件Costas環(huán)算法進行相位旋轉解調。

3 設備的實現(xiàn)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(shù)字信號處理芯片(DSP)，將遙測模擬信號進行數(shù)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(xiàn)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(xiàn)系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)級仿真和綜合，不僅可以實現(xiàn)多種數(shù)字邏輯功能，而且大大減少芯片數(shù)字從而縮小系統(tǒng)體積、能耗，同時提高系統(tǒng)的性能及可靠性，可以真正實現(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)遙測信號的模擬和解調，實現(xiàn)遙測前端設備的通用化。本方案提出了一種新型全數(shù)字化遙測信息解調器，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、碼元跟蹤的超前一滯后型非相干數(shù)字延遲鎖相環(huán)（DDLL）以及跟蹤環(huán)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；同時隨著擴頻等先進技術在衛(wèi)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。