[发明专利]一种立方体卫星测控应答机的相干信号转发方法

摘要

本发明公开了一种立方体卫星测控应答机及其相干信号转发方法，对接收信号射频直接采样、FPGA数字化处理、数模转换，输出的发射信号与接收信号相干。应答机包括VHF频段天线、第一VHF带通滤波器、射频放大器、第二VHF带通滤波器、高速ADC、FPGA、高速DAC、UHF带通滤波器和温补晶振TCXO，解决了传统中大型卫星应答机功耗大，性能不稳定问题，并为微小卫星提供了一种卫星与地面站的相对距离和速度测量方法。本发明的转发信号的频谱近端噪声低，频谱纯度高，且测速的精度只与地面站的参考频率稳定度和转发噪声有关，测速精度高，另外在射频采样后均采用了全数字化方式处理，比模拟电路温度稳定性高。

主权项

1.一种基于立方体卫星测控应答机的相干信号转发方法，其特征在于，方法步骤如下：步骤1、VHF频段天线收到地面站发射的上行信号后，由第一VHF带通滤波器(1)、射频放大器(2)、第二VHF带通滤波器(3)进行信号放大和抑制带外噪声和干扰的处理；步骤2、高速ADC(4)对地面站发射的上行信号射频直接采样，地面站上行发射信号频率为f1，设某时刻接收信号的多普勒频偏为fd，则卫星接收到的信号频率为f2＝f1+fd；步骤3、温补晶振TCXO(8)提供高速ADC(4)采样频率基准，温补晶振TCXO(8)频率标称值为f₀，实际中由于TCXO频率受温度飘移、老化、工作环境的影响，真实频率值为fs＝f₀+Δf₀；则采样后的数字中频频率为f_IF＝f2‑2fs；其中，Δf₀表示频偏；步骤4、在FPGA(5)中搭建Costas锁相环路，跟踪频率f_IF，则锁相环中的数控振荡器NCO的频率f_NCO＝f_IF；NCO频率控制字FW取N位，N＝24～48，锁相环闭环后，其实际值FW＝f_IF/fs×2^N，无频偏下的理论值为FW'＝(f1‑2f₀)/f₀×2^N；可检出频率控制字偏移量为ΔFW＝FW‑FW'；步骤5、在FPGA(5)中搭建DDS结构的发射机，DDS时钟频率为4倍TCXO时钟频率，即f_CLK＝4fs；配置DDS频率控制字FW_DDS＝(8f₀‑f3)/4f₀×2^N‑(3/4)×ΔFW,则DDS输出频率f5＝f_CLK×FW_DDS/2^N＝8fs‑3f2；步骤6、DDS数字信号经过高速DAC(6)后，射频输出的奈奎斯特频率fn＝n×f_CLK±f5，其中n＝1,2,3…；当n＝2且与f5差频时，输出的频率为f6＝2×f_CLK‑f5＝3f2＝f4，与星地相干转发系统所需要的下行频率一致；其中f3为标称发射频率，f4为实际需要转发频率；步骤7、高速DAC(6)输出的射频信号，通过UHF带通滤波器(7)，滤除不需要的谐波频率后，得到最终所需要的下行发射的信号频率f6＝3f2。