[发明专利]一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，主要应用于卫星中继通信和高空或低空飞行的高速飞行器等载体的数据处理。

背景技术

飞行器测控是指对飞行器进行跟踪、测速、测距、遥测和遥控等测量和控制过程，一般包括飞行器上的测控系统和地面测控系统。当前我国对于飞行器测控多采用直通测控或飞机中继测控等传统测控方式。直通测控即地面系统和飞行器在视距范围内直接进行无线通信；飞机中继测控即利用飞行高度较高的飞机作为中继设备，通过飞行器-中继飞机-地面系统之间的通信链路，进一步提升测控范围。受限于地球曲率的影响，直通测控方式能够作用的距离在几百公里范围内；由于飞机可以升空的高度限制，飞机中继模式的测控作用距离也很有限，且工程实现代价比较大。传统测控方式一般工作于S频段，多采用调频FM的调制方式，在相同误码率要求的情况下，该调制方式对于信噪比的要求较高。

天基测控是指利用卫星中继通信的方式进行飞行器测控。中继卫星定点于地球同步轨道上，可以实现对于中低轨道飞行器的全球覆盖。天基测控可以采用S频段或Ka频段，其中Ka频段信号受高空飞行器的黑障问题影响较小。天基测控通常采用相移键控PSK的数字调制方式。

当飞行器的速度很高时，由于多普勒效应的存在，会给通信链路的信号处理带来相当大的困难。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对高速飞行器的特点，提出一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，该方法克服了高速飞行器的严重多普勒效应问题，基于卫星中继的天基测控的区域覆盖范围大；支持多用户，可以同时对多个飞行器进行测控；通过采用直扩通信体制和数据加密等方式，提供一种低误码率、高可靠性的数据处理器设备。

本发明的技术解决方案是：一种用于高速飞行器天基测控的数据处理器系统，包括：电源模块、接口模块、控制模块、加密模块、前向处理模块和返向处理模块；

其中电源模块与其他模块均连接，完成一次输入电源的电压变换与电气隔离，为其他模块提供二次电源；

接口模块包括LVDS接口、模拟视频接口、串行异步通信接口和软件在线升级管理总线接口，其中LVDS接口为数字图像接口，模拟视频接口为模拟图像接口，LVDS接口和模拟视频接口用于接收外部设备的图像数据，串行异步通信接口用于外部飞行器和数据处理器指令信息、状态信息和遥测信息的接收与发送，软件在线升级管理总线接口用于接收嵌入式软件数据，接口模块的所有接口均采取电气隔离设计；

控制模块通过接口模块的串行异步通信接口与外部飞行器连接，接收来自外部飞行器控制计算机的控制指令，对控制指令进行解析后发送到加密模块、前向处理模块和返向处理模块；同时接收外部飞行器控制计算机发送的飞行状态信息和遥测系统发送的遥测信息，并将飞行状态信息和遥测信息发送给返向处理模块；同时对飞行器飞行状态信息进行实时解算，产生天线控制命令，并将天线控制命令传送给外部射频前端；所述飞行状态信息包括外部飞行器的姿态、飞行速度和位置信息；

控制模块同时与加密模块、前向处理模块和返向处理模块连接，监控各模块的工作状态，并将各模块的工作状态通过接口模块输出；

加密模块与前向处理模块和返向处理模块连接，对返向数据流和前向数据流分别进行加密和解密，并完成密钥管理功能；

前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号的接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；

返向处理模块从接口模块接收图像数据，并从控制模块接收飞行状态信息和遥测信息，完成对图像信息、飞行状态信息和遥测信息的发射处理环节，生成中频信号输出给外部射频前端，最终传送给地面系统。

所述前向处理模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频信号，完成对中频信号的接收处理环节，恢复出前向信息，由接口模块输出至外部设备；具体为：

前向处理模块包括模/数转换模块、解扩模块、解调模块、位同步模块和译码模块，信号处理的具体过程如下：

(1)模/数转换模块通过自身外部接口接收外部射频前端的中频模拟信号，进行采样和量化处理，变为数字信号；

(2)解扩模块对步骤(1)中的数字信号进行下变频、数字滤波、伪码捕获和跟踪，完成信号解扩，同时得到前向信号伪码多普勒；

(3)解调模块对步骤(2)中解扩后的信号进行FFT频率估计，运用FLL鉴频和PLL鉴相的方法进行载波同步，完成信号解调，同时得到前向信号频率多普勒；