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[其他定位技术] 基于开关矩阵的卫星通信测控站多路频谱监测系统设计

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发表于 2022-2-23 17:14:34 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 广东省深圳市
摘要:针对目前人工监测方法受到干扰信号影响而导致监测精准度低的问题,提出了基于开关矩阵的卫星通信测控站多路频谱监测系统设计;设计监测系统总体结构,通过接入基带上行中频信号,获取遥控信号频谱,采用USB接口将计算机与频谱分析仪连接,实现频谱分析器下的四个下行载波信号分时显示,利用串行EEPROM器件,内集成总线为双线串行进行数据传输,选用MAX3232芯片进行电平转换,运用视窗2000作为载体,实现PC机与频谱仪之间交互,分析发射信号、传输信号延时时间和其对应的时间差,利用开关矩阵控制干扰信号,设计基于开关矩阵的多路频谱监测系统软件流程,实现多路频谱监测控制;实验结果表明,该系统监测信号强度与实际值偏差较小, 监测精准度较高,能够实现卫星通信信号高效监测。

卫星是指以卫星为中继站,在多个地面站间转发无线电信号。在对卫星进行跟踪时,测控站天线跟踪是否良好, 直接影响到测控站能否正常接收及发送遥测信号和遥控信号。在卫星发射阶段,测控站的天线系统需要连续跟踪卫星,此时,卫星仍在传输轨道中运行,卫星姿态和跟踪信号均不稳定。该方法根据下行中频信号频谱的监测状态,确定天线跟踪情况,依据跟踪情况相应地实时调整地面站配置,以完成连续跟踪卫星的任务,并预先检测卫星的干扰信号,相应地采取紧急措施,最大程度地消除干扰信号的影响。基于人工监测频谱方法是由操作者完成频谱分析仪的安装,电缆的连接,配置频谱分析仪的参数,并在需要时监测频谱。人工方式实时性差,不能有效地记录和分析频谱数据,并且自动频谱监测和处理方法不足。针对上述问题,设计了基于开关矩阵的卫星通信测控站多路频谱监测系统。

1、系统总体结构设计
在卫星发射阶段,一般需要利用两台频谱分析仪实现 卫星信号的监测,并依据卫星信号的大小,判断天线的旋 转方向。为了节省成本系统不再使用多个频谱分析仪监测 每个信号,而采用中频切换矩阵监测多个频谱。监测的 中频信号主要由各天线变频器输出和测试的中频信号组成, 并根据需要临时接线。在卫星通信测控站中,检测中频信号主要是通过接入基带上行中频信号来获取遥控信号频谱。 系统的总体结构如图1所示。
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该系统包括频谱监测工作站、频谱分析仪、中频开关 矩阵、射频设备以及中频设备等。
1)场效应管放大器:场效应管放大器放大后的微弱信 号由天线接收,噪声系数很小。
2)低频率转换装置:将场放大器输出的射频信号转换 成中频信号,并在一定范围内放大。反相器的输出信号分支到另一个中频信号,并与中频开关矩阵通过电缆相连。
3)开关矩阵:主要是选择多个输入信号,并将两个输 出端口分别连接频谱分析仪。
4)光谱仪∶主要是将复杂的光分解为光谱线。由于光谱分析器能够覆盖中频波段,因此,选择了rigole一dsA800中频数字频谱分析仪,它的频率范围是9千赫到1千赫,最小分辨率的5GHz带宽和100Hz的视频带宽。
5)光谱监控工作站:是在工作站中利用光谱进行监控的软件,该工作站属于Windows XP操作系统,通过网络或upi一usb适配器与频谱分析器相连。建立频谱监控系统后,用户只需运用工作站中的光谱监控软件,选择IF信号n5就可以开始频谱监测了。

2、系统硬件结构设计
图 2是卫星通信多载波综合监测管理系统的硬件组成框图。
如图2所示,卫星监测站有两个天线,C波段和 Ku波段,每一个天线都能接收正、负极化双向信号,有CA、CB、Ku一A、Ku一B四个连接通道。通过低噪声放大器对载波信号进行变频放大,再通过分配器分割,将载波信号一路传送到电视监测和频谱分析仪进行频谱监测5。Agi-lentN9320AC(L-band)频谱分析仪,通过 USB接口与频谱分析仪和控制四个L一band 信号的单极四投开关连接的计算机,切换通过 RS232接口连接到计算机。微机控制开关和频谱分析器,实现频谱分析器下的四个下行载波信号分时显示。
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2.1 存储器
单片计算机内部没有 ROM,或虽有 ROM,但在容量较小时,需要扩展外部程序存储器,以便于设计工作。因为选择的单片机只有8 K闪存,RAM容量是512字节,EEPROM是 2K,所以需要扩展外接程序存储器,系统外接存储器芯片选择 24C64 型。
常用的 EEPROM 可以分为并行 EEPROM和串行 EE-PROM,虽然并行 EEPROM 器件读写速度快,但需要使用大量电路引脚,使用方便。串行 EEPROM器件与上并行EEPROM器件具有基本相同的功能,能够提供较少的电压、较小的封装、较低的电压和功耗,成为最灵活的非易失性存储器。在 24C64 中 C后面的数字表示芯片的存储容量,64 表示存储位是 64 k,也就是能够存储 8k(即8192)字节,支持1.8到5V供电,可以重写百万次。
内部集成总线为双线串行,只需两条时钟线和两条数据线就可以进行数据传输。该方案仅需占用微处理器的两个I/O接口,实现了完全的双工同步。资料传送,使用十分方便,还可以将IC总线连接到同一总线上的多个设备,每个设备可以有自己的设备地址。当执行读写操作时,需要先发送设备地址,确认后再执行相应的操作。在同一个总线上其他设备没有响应,这一过程称为设备编址。本设计中采用不同用户间通话原理,24C64总线通过I2C总线与单片机通讯。图3是24C64芯片的电路结构图,SCL和SDK的管脚需要与上拉电阻连接。
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发表于 2022-3-7 22:21:19 | 显示全部楼层 来自 广东省深圳市
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