vvickey
2025-08-01 21:58:00
软件无线电在小卫星多功能地面站中的应用 摘要：介绍一个SDR Software Defined Radio 多功能地面站发射系统的设计与实现。 关键词：SDR 地面站 数字上变频器 Inverse-SINC预补偿滤波 随着A／D／A器件与DSP处理器的迅速发展，使得软件无线电技术广泛地应用于陆上移动通信、卫星移动通信与全球定位系统等。本文利用软件无线电的思路，针对中科院创新一号低轨移动小卫星多功能地面站设计的具体要求，研制了一套基于软件无线电技术的多信道发射机设备。该地面站发射系统数字基带部分采用全软件化设计，核心部件是可编程的DSP及FPGA，可同时处理三路信号。该设备具有以下三个优点：多模工作；无线通信系统可升级；发射配置动态更改。该设备可根据实际需要灵活配置系统，适用范围大大扩展。 1 系统构成 SDR地面站发射系统如图1所示。该系统的发射速率为2．4kbps窄带、2．4kbps扩频、19．2kbps窄带或它们混合的速率。中频分别为18．45MHz、20MHz、21．85MHz。DAC的采样频率为78．336MHz。发射系统中FPGA实现FIFO、信道编码、扩频、内插滤波、数字上变频、信道合成、DAC预补偿滤波器等功能。这些功能都集成在一片Xilinx VirtexII芯片中。 图1 FPGA发射机功能模块图 2 FPGA部分功能模块 2．1 FIFO模块 FIFO完成数据缓存功能。为了节省不必要的资源，设计了一个长度为32、深度为2的FIFO。即当一个寄存器32位取完时发出中断给DSP，同时读、写寄存器指针变换，DSP响应中断向FIFO写数，此时数据还在不断地读出。这样就实现了用最少的资源实现数据缓存。 2．2 信道编码 在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。采用信道编码可以将误码率降低。本系统主要采用性能较优的卷积编码和差分编码等。 对于窄带信号还有扰码（CCITT V．35）。扰码能改善位定时恢复的质量，还能使信号频谱弥散而保持稳恒，能改善帧同步和自适应时域均衡等子系统的性能。 对于扩频信号还有扩频编码。在直扩系统中，用伪随机序列将传输信息扩展，在接收时又用它将信号压缩，并使干扰信号功率扩散，提高了系统的抗干扰能力。 编码过程在DSP的控制下进行，数据从DSP送出，并标识信道特征，FPGA识别后进入相应的编码通道，这样三路信道可以分时进行编码处理。由于硬件速度快的特点，可视为同时处理。 2．3 信道合成 信道合成模块由内插滤波器、数字上变频、信道复接三部分组成。 2．3．1 内插滤波器 各信道滤波器性能指标如表1所示。 表1 各信道滤波器指标 滤波器性能要求 2kbps窄带收信机在f0±80kHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dB4kbps窄带发信机在f0±10kHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dB4kbps扩展发信机在f0±25MHz外，杂散小于50dBc；谐波（二、三次）小于40dBc 为了以最少的滤波器阶数得到较低的符号间干扰和高阻带衰减，成形滤波器采用一个根升余弦滤波器，滚降系数0．4。其频域表达式为： 式中α为滚降因子，取0．4。 成形滤波器设计采用频率采样技术，这样可以得到阶数较低、性能较好的滤波器。成形滤波器一般采用4倍或8倍的内插系数。先用MATLAB把滤波器阶数和系数确定下来，这样可以用移位加运算代替乘法以节省大量硬件资源。在FPGA实现时，采用DA（Distribute Algorithm）技术。DA技术提出了二十多年，广泛应用于线性时不变信号处理，已被证明不适用于可编程DSP的固定指令系统结构，但是用FPGA实现却是个好的选择——DA电路中没有直接的乘法器，乘法可由查找表得到。 CIC滤波器是一种灵活的无乘法滤波器，适合于硬件实现，并可处理任意大的数据率变换。由此，第二级内插滤波采用CIC滤波器是最佳选择。 在不降低性能的前提下，从节省资源的角度考虑，各信道内插滤波器分为两步实现：第一级FIR成形滤波器，第二级内插滤波器采用五级CIC滤波器。各信道滤波器内插分解为两级，大内插系数滤波器由CIC完成，其结构如图2所示。实验结果表明这样做并不影响性能。 图3 2kbps窄带内插滤波器频率响应 三路信道内插滤波器分别描述如下： （1）2．4kbps窄带信号：编码后信号采样率为4．8kHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过78336／4．8＝16320倍内插。第一级采用75阶8倍内插成形FIR滤波器，第二级采用2040倍五级CIC内插滤波器。 （2）19．2kbps窄带信号：编码后信号采样率为38．4kHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过2040倍内插。第一级采用75阶8倍内插成形FIR滤波器，第二级采用255倍五级CIC内插滤波器。该路信道所有内插滤波器频率响应如图3所示。 （3）2．4kbps扩频信号：编码后信号采样率为1．224MHz，要用78．336MHz进行采样，必须经过64倍内插。第一级采用25阶4倍内插成形FIR滤波器，第二级采用16倍五级CIC内插滤波器。 2．3．2 数字上变频 数字上变频器的主要功能是对输入数据进行各种调制和频率变换，即在数字域内实现调制和混频。笔者设计了三个单路数据DUC。 在BPSK调制模式中，内插滤波器把数据流采样频率升至时钟频率后，通过载波NCO进行混频。DUC设计取22位累加器，SIN／COS的分辨率为12位。其频率输出调谐精度为18．68Hz。NCO简单结构如图4所示。 2．3．3 信道复接 三路信道分别完成数字上变频后经过一个加法器变为一路信号送至DAC，这样只需要一个RF模块就可完成发射功能。如图5给出了发射机信道复接后的频谱。 2．4 Inverse－SINC预补偿滤波器 Inverse－SINC预补偿滤波器用于补偿发射时由DAC采样保持工作导致的频率响应的失真。该偏差在21．85MHz时为－1．142dB。为了达到性能最优化，采用频率采样的方法设计了一个11阶的补偿滤波器，该滤波器频率响应如图6所示。 为了分析发射机的性能，用矢量信号分析仪画出各信道的星座图与眼图。图7所示为窄带19．2kb现实意义。根据“创新一号”小卫星对多功能地面站的研制要求，自行开发了一个软件无线电多信道发射机系统，具有功能强、功耗低、体积小、灵活性大等特点，极大地方便了用户。
The satellite is refers around revolves the natural heavenly body orthe artificial heavenly body which on the planetary orbit The Moon is the most obvious natural satellite In solarsystem， besides Mercury and Venus， other planets all has the The solar system known natural satellite total (did notcalculate constitution planet link fragment) at least has Thenatural satellite is the finger ring circles the planet revolution thestar， but the planet is surrounding the star 卫星是指在围绕行星轨道上运行的天然天体或人造天体。 月球就是最明显的天然卫星的例子。在太阳系里，除水星和金星外，其他行星都有天然卫星。太阳系已知的天然卫星总数（不算构成行星环的碎块）至少有40颗。天然卫星是指环绕行星运转的星球，而行星又环绕着恒星运转。
中国科学院披露载人航天实验内容 中国科学院有关负责人表示，载人飞船工程应用系统的主要任务是开展空间对地观测、空间科学及技术实验。我国载人航天工程（第一阶段）应用系统的目标是大力推进和发 展我国空间科学与空间应用技术，为国家经济建设和社会发展做出有重要价值的贡献，同时为今后有人参与的空间科学与技术实验打下基矗。 其中，“对地观测任务”是以与国际同步发展先进空间遥感器及开拓地球系统科学研究为目的，确定了中分辨率成像光谱仪器、多模态微波遥感器（包括微波高度计、辐射计和散射计）、地球环境监测和遥感应用研究等在轨实验和应用任务。地球环境监测包括太阳常数监测、太阳和地球紫外辐射监测以及地球辐射收支探测。遥感器应用研究为我国遥感应用技术的发展奠定基础；开展成像光谱技术和微波遥感技术在海洋、陆地和大气方面的应用研究和应用示范。 “空间科学研究”安排了空间生命科学、微重力科学（包括空间材料科学项目，微重力流体物理研究项目），还有空间天文项目、空间环境预报和监测任务，目标是全面提高我国空间科学水平。“空间生命科学和生物技术”研制了多种空间实验设备，开展空间生物学效应研究、空间蛋白质结晶、空间细胞培养、空间细胞电融合以及空间蛋白质和生物大分子分离纯化等研究；“空间材料科学研究”研制多工位晶体生长炉和晶体生长观测装置，开展二元和三元半导体光电子材料、透明氧化物晶体、金属和合金等材料研究和空间生长，研究空间晶体生长动力学；“空间环境预报和监测”研究可以建立空间环境预报中心，发布长期、中期、短期空间环境预报和警报，进行效应预测，保障航天员、载人航天器和空间设备安全。载人飞船构造： 1，轨道舱呈圆桶形状，是航天员工作、生活和休息的地方。轨道舱调整了舱内布局设计以便安装应用系统设备及航天员食品和饮用水装置。轨道舱的后端底部设有舱门，航天员通过这个舱门可以进入返回舱。轨道舱外部两侧装有两个像鸟儿翅膀一样的太阳电池翼，轨道舱所需要的电能就是由这两个电池翼提供的。 2，返回舱是载人飞船唯一返回地球的舱段，飞船起飞、上升到入轨及返回着陆时，航天员都在返回舱内。神舟六号的返回舱形状像钟，其舱门与轨道舱相连，航天员通过这个舱门，可以进入轨道舱。返回舱是飞船的指挥控制中心，舱内安装了航天员的座椅。飞船在起飞、上升和返回地面时，航天员躺在座椅上的。返回舱内还安装了飞行中需要航天员监视和操作的仪器设备，航天员通过这些仪表可以随时判断、了解飞船的工作情况，还可以在必要时人工干预飞船的系统和设备的工作。 3，推进舱形状也是圆柱形的，舱内安装推进系统发动机和推进剂，其使命是为飞船提供姿态高速和进行轨道维持所需的动力，飞船电源、环境控制和通信等系统的一部分设备也安装在这里。推进舱外部两侧也安装了两个太阳电池翼，为飞船提供所需的电能。 载人飞船的轨道舱和返回舱都是密封的舱段，舱内与外界完全隔绝，内部安装的环境和生命保障系统，将为航天员提供一个与地球环境一样的舒适生活环境。另外，还安装了供着陆用的主、备两具降落伞。返回舱侧壁上开设了两个圆形窗口，一个用于航天员观察窗外的情景，另一个供航天员操作光学瞄准镜观察地面驾驶飞船。长征2F运载火箭主要技术指标： 火箭的可靠性为0．97，安全性为0．997：0．97的可靠性就是说100次发射里，只有3次火箭可能出现问题；0．997的安全性是指火箭出现1000次问题里，可能有3次会危及航天员的生命安全。这是载人火箭的特性。一般的商用火箭可靠性为0．91到0．93，没有安全性要求。 火箭起飞重量为479吨：火箭加上飞船重量约44吨，其它的都是液体推进剂。因此，火箭的90％都是液体，比人体含水量还大。水通常占人体的60％到70％。 飞船重量为8吨多，占船箭组合体起飞重量的六十二分之一：要把一公斤的东西送入轨道，就得消耗62公斤的火箭。神舟六号飞船比神舟五号在重量上有所增加，因此发射神六的火箭也重了不少。 火箭芯级直径为3．35米：古罗马人使用两匹马拉的车，车轮在石板路上磨出两道沟。由于车轮宽窄不一样，路上留下了不同宽窄的沟。后来他们想把轮距统一起来，就把两匹并排的马屁股当成标准，即1．435米，后来英国人修铁路也把铁轨轨距定为1．435米，并被各国沿用。按照这个轨距修建的铁路，能够运输的货物最宽为3．72米，去掉车厢外壳，只剩下3．35米。因此，用标准铁路进行运输的火箭最大直径只能达到3．35米。 火箭入轨点速度为每秒7．5公里：这个速度是音速的22倍。我们通常说的“十里长街”，是指北京建国门至复兴门的距离，长6．7公里。每秒7．5公里的速度，相当于1秒钟内从长安街东头跑到西头。 火箭轨道近地200公里，远地350公里：地球半径6400公里，火箭轨道与地球的距离，仅为地球半径的几十分之一。如果站在地球外面看，飞船就像贴着地面在飞行。
一般写得吸引人的文章相对传播得就会好，而题目是读者看到论文时，第一眼要看的内容，就像眼睛对于人一样重要，所以拟一个好的题名就显得很重要。现以医学论文为例，简单介绍一些小经验。医学论文题名在拟定时，一般均应符合明确，特异，精炼的特点。首先，要想检验自己的题名是否达到明确的要求，可以看其中是否包含了文章的研究对象、处理因素和实验效应三个要素，就是说读者通过阅读题目就可以明确了解文章的这三个最重要方面。第二，题名拟定也要符合特异的特点，就是说当最终你的文章发表后，读者搜索你的题名只会搜索到你这一篇文章，因为你用的方研究对象和方法必定会有所创新，所以在拟定题目时就要交待的具体一些。比如医学论文里如果涉及到某种外科的治疗方法，那题目中就要写出具体采用的是哪种术式;如果涉及到肿瘤的分型，一定要写出具体的类型，等等。第三，题目在拟定时还要注意精炼，不能为了交待清楚无限制地加长题目。为了达到精炼的目的，可以用一些缩写，将本行业公知公用的一些术语采用缩写的形式。还有一些不能简单用缩写解决的情况，比如之前提到的，处理因素如果是手术，而文内又涉及到好几种术式时，题目可以用“不同的…”这样的词表述，但这时就需要作者在文章的摘要或者前言部分再具体列出这几种术式，具体是什么。总之，医学等科技类论文拟定题目时如果能注意兼顾考虑好以上几个方面会比较好。
