[发明专利]一种UHF/VHF微小卫星地面站软件TNC的硬件接口装置

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种UHF/VHF微小卫星地面站软件TNC的硬件接口装置，是业余无线电频率（UHF/VHF）微小卫星地面站软件终端节点控制器（Terminal Node Controller,TNC）与地面电台通信的核心硬件接口装置。该装置主要应用于与业余无线电卫星的数字通信中，属于微小卫星业余无线电通信领域。 

（二）背景技术

业余无线电通信卫星可为全球业余无线电用户提供语音/数据通信、科学研究、技术验证、航天工程教育培训以及在发生自然灾害时用于卫星应急通信等。 

从1957年苏联发射第一颗卫星起，世界各国即开始了利用卫星进行业余无线电通信的研究，同时开展了业余无线电通信卫星的设计与研制工作。1961年由美国业余无线电组织设计、制造的世界上第一颗业余无线电通信卫星“OSCAR-1”发射成功，标志着业余无线电通信进入到空间应用时代。业余无线电通信卫星经过多年来的不断改进和发展，已有包括美国、俄罗斯、日本、印度、欧盟等国在内的越来越多国家的业余无线电组织成功地设计、制造和发射了近百颗业余无线电通信卫星。目前正常在轨运行的业余无线电通信卫星超过三十颗。 

从业余无线电卫星的大小上来看，国际上绝大多数的业余无线电卫星为体积较小的微小卫星，甚至是更小的纳/皮卫星。微/纳卫星作为当今世界空间技术领域研究的热点之一，具有重量轻、体积小、灵活性强、研制周期短、开发成本低等优点。微/纳卫星地面站主要完成对卫星的跟踪、遥测、遥控任务，即在卫星过顶时，完成遥测信号的接收解调和遥控指令的调制上传。在微/纳地面站数字通信方式上，数字通信方式因其抗干扰能力强、可通信距离远、信号易于调制等优点，被广泛的应用在地面站与微小卫星的通信之中。业余无线电频段数字通信的调制方式主要包括FSK，AFSK，GFSK,BPSK等。同时，为了完成星地可靠的数据传输，业余无线电卫星数字通信已广泛使用了标准化的AX.25协议。 

虽然我国业余无线电通信活动在二十世纪三十年代就已经开始，但是在业余无线电通信卫星领域却一直处于停滞状态。一方面是因为我国相关部门对该领域的技术研究关注不够，另一方面在于该项活动的成本比较高。最近几年国内在业余无线电卫星通信领域，也逐渐取得初步成果，2005年中国东方红卫星公司设计、制造并发射了我国首颗业余无线电通信卫星“希望1号（Hope-1）”。在通信协议实现的基础设施方面，目前国内业余无线电卫星地面站主要使用的是硬件TNC。一方面原因是国内目前还没有开展地面站软件TNC方面的研究，另一方面原因是如使用国际上通用的软件TNC，国内市场上还没有一款专用硬件接口电路用于支持软件TNC的使用。 

终端节点控制器（TNC）作为连接终端计算机和电台的关键设备，其主要功能是同步接收由电台初步解调后的卫星下行链路数据，经拆包处理后再传送给终端计算机做进一步的处理，同时接收由终端计算机传送过来的数据，经打包处理后，同步发送给电台进行进一步的调制。对比国际标准化组织（ISO）为计算机所规定的开放系统互连参考模型（OSI）的功能定义，TNC主要体现了七层模型中的物理层、链路层、网络层的功能。 

传统硬件TNC由以下几部分组成： 

1.主控制器CPU：该部分为TNC的核心部分，通过固化在程序存储器中的软件，完成对其他硬件电路的操作和控制，实现所选协议体系规定的全部功能。 

2.存储器：包括程序存储器和数据存储器。程序存储器组要存储TNC的全部软件及系统初始参数，数据存储器用于存放TNC运行状态下的所有数据，包括由用户通过命令设置的系统工作参数，以及TNC通信时的数据。 

3.通信控制器电路：该电路是TNC复杂的通信接口中不可缺少的部分。它既可以与计算机或终端的RS232串行接口连接，也能满足网络所选协议体系的帧级结构，如HDLC 规程对数据帧格式接口的要求。对于串行接口有限或不具备帧级规程接口的CPU，通常都是通过该电路实现与终端或电台之间数据的并串转换和传递。 

4.信道编解码电路：该电路由通信控制电路发出的基带数据进行编码，通常采用不归零码编码，以提高信号在无线信道中的抗干扰能力及带宽利用率。解码数据将收到的不归零码恢复成基带数据，供CPU处理。 

5.调制解调器电路：通过调制解调器电路将经信道编码的数据调制成适合电台发送的AFSK（音频频移键控）信号，或者解调由电台收到的AFSK信号。