皮衛(wèi)星用模擬地面站的研究與改進.pdf

1、皮衛(wèi)星是目前航天器發(fā)展的一個重要方向。皮衛(wèi)星具有重量輕、性能好、研制周期短、造價低等優(yōu)點，可用于通信、導(dǎo)航、對地觀察和深空探測等。多顆皮衛(wèi)星可以在軌道上組成星座，實現(xiàn)資源共享，完成遙控遙測，進行有效載荷搭載試驗等。 地面站可以對在軌道上飛行的皮衛(wèi)星進行測量與監(jiān)控。但是地面站是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，且研制周期長、造價昂貴。而要在實驗室中對皮衛(wèi)星進行測試，必須研制一套專門對皮衛(wèi)星測控應(yīng)答機功能進行測試的廉價的、功能專一模擬地面站。隨

2、著皮衛(wèi)星測控應(yīng)答機功能的增強，原先的模擬地面站已不能滿足對皮衛(wèi)星測試的要求。本論文主要研究工作是改進原有模擬地面站，使其滿足皮衛(wèi)星測試的要求。 本論文的主要工作內(nèi)容與特色如下： 改進模擬地面站測距終端處理電路，增加了側(cè)音提取器，采用窄帶鎖相環(huán)濾波器，使得提純的側(cè)音測距信號更加穩(wěn)定，測距結(jié)果更加精確。同時實現(xiàn)模擬地面站的側(cè)音輪發(fā)機制與遙測遙控的切換功能。 設(shè)計高精度的相位計數(shù)器，實現(xiàn)測距數(shù)據(jù)智能化操作。相位計數(shù)器采

3、用鑒相器檢測發(fā)送側(cè)音與接收側(cè)音的相位差，采用高精度的計數(shù)器對相位差進行計數(shù)，同時將測距音相位差信息通過USB通道反饋到計算機，實現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定的測量。相位計數(shù)器采用100MHz的晶振作為計數(shù)脈沖，測量的最大誤差為0.36°。 采用Matlab軟件設(shè)計測距數(shù)據(jù)的統(tǒng)計程序。相位計數(shù)器發(fā)送給計算機的是發(fā)送與接收測距音相位差的計數(shù)值，而要得到真正測量的距離需要通過一系列的算法將這個相位差值轉(zhuǎn)化為實際距離值，同時對采集的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

4、人工的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)遠遠不能滿足側(cè)音測距的發(fā)展要求，而采用Matlab設(shè)計的統(tǒng)計程序可以實現(xiàn)測距信息的批量處理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計化、歸一化，使測量得到的數(shù)據(jù)更加可信。 采用Matlab軟件實現(xiàn)模擬地面站接收機的相位噪聲仿真。地面站接收機的性能直接影響了皮衛(wèi)星測距的準確度與精度，本文通過對地面站接收機的接收本征環(huán)、載波跟蹤環(huán)路、嵌套環(huán)路、載波提取環(huán)路以及解調(diào)器的仿真進一步說明了相位噪聲對測距的影響。 設(shè)計測控應(yīng)答機測距零值誤差

5、與RMS抖動的測量方案，并用該方案對模擬地面站自身測距零值誤差與RMS抖動進行測量，然后改進數(shù)據(jù)處理模塊的算法，對測量的結(jié)果進行平均統(tǒng)計，并采用統(tǒng)計軟件SPSS對結(jié)果進一步分析。最后，對皮衛(wèi)星與地面站進行聯(lián)調(diào)，測得星-地聯(lián)調(diào)的100KHz測距音零值誤差為37.6519°，RMS抖動為0.5634°。100KHz測距音是本側(cè)音測距體制的精測音，其精度決定了測量衛(wèi)星軌道的精度，星-地聯(lián)調(diào)的測量精度為4.695m。 通過本論文的工作，