皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答機(jī)測(cè)距精度研究.pdf

1、皮型衛(wèi)星是現(xiàn)代航天技術(shù)中的重要研究領(lǐng)域。皮型衛(wèi)星具有自主控制程度高、重量輕、研制周期短、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、造價(jià)和發(fā)射成本低，已經(jīng)成為繼納型衛(wèi)星之后各國(guó)研究的新熱點(diǎn)。皮型衛(wèi)星采用一箭多星和子母衛(wèi)星的發(fā)射方式，在衛(wèi)星軌道上形成衛(wèi)星群編隊(duì)飛行的形式覆蓋一定范圍，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星之間的資源與信息共享，完成了立體成像、分布式空間測(cè)量等比較復(fù)雜的任務(wù)，或以更低的成本完成衛(wèi)星搭載試驗(yàn)等空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。 本文主要研究了皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答一體化板的設(shè)計(jì)，將皮衛(wèi)星測(cè)控

2、應(yīng)答系統(tǒng)應(yīng)具有的上下行射頻信號(hào)處理、BPSK解調(diào)和指令識(shí)別功能加以集成，有效地降低了系統(tǒng)重量和面積。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答系統(tǒng)的測(cè)距功能，并通過(guò)軟件后處理提高了系統(tǒng)的測(cè)距精度。并且分析了影響測(cè)距精度的相位抖動(dòng)的來(lái)源。 具體工作如下：1.分析了皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答一體機(jī)應(yīng)具有的整體功能，對(duì)一體機(jī)的系統(tǒng)電源部分、射頻部分、BPSK解調(diào)部分、指令識(shí)別部分做了相應(yīng)的設(shè)計(jì)及整合。同時(shí)測(cè)試了皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答一體機(jī)樣機(jī)的系統(tǒng)性能指標(biāo)，達(dá)到并超過(guò)了原

3、先的皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答系統(tǒng)。 2.星地測(cè)距是衛(wèi)星系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要功能。在理解了側(cè)音測(cè)距的原理和測(cè)距所需要設(shè)備的基礎(chǔ)上，提出了本系統(tǒng)的測(cè)距方案，并且利用FPGA比相電路得到了副載波信號(hào)的連續(xù)相位差值。通過(guò)DSP對(duì)連續(xù)比相數(shù)據(jù)進(jìn)行多次統(tǒng)計(jì)平均，降低了比相數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)方差值，提高了測(cè)距精度。對(duì)測(cè)距系統(tǒng)進(jìn)行了時(shí)間特性和溫度特性的多次可重復(fù)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，在長(zhǎng)時(shí)問(wèn)連續(xù)工作下，測(cè)距系統(tǒng)保持穩(wěn)定，而在不同溫度下工作時(shí)，測(cè)距系統(tǒng)所引入的固定相位

4、差會(huì)發(fā)生有規(guī)律的變化，同時(shí)測(cè)距信號(hào)的相位抖動(dòng)也會(huì)隨著溫度的變化而改變，通過(guò)分析，確定了測(cè)距系統(tǒng)的最佳工作環(huán)境溫度。 3.對(duì)引起本測(cè)距系統(tǒng)相位抖動(dòng)的誤差源進(jìn)行分析。通過(guò)分析測(cè)距信號(hào)提取的閉環(huán)系統(tǒng)的相位模型，得到了這些噪聲對(duì)于輸出測(cè)距信號(hào)相位噪聲的傳遞函數(shù)。將這些疊加的相位噪聲轉(zhuǎn)換成相位抖動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致測(cè)距系統(tǒng)相位抖動(dòng)的主要原因。 4.分析了微帶線分支定向耦合器的結(jié)構(gòu)和特性，使用常用的3dB不變阻雙分支定向耦合器和變?nèi)荻O

5、管設(shè)計(jì)了雙分支定向耦合器型調(diào)相器。同時(shí)對(duì)微帶線耦合器和調(diào)相器進(jìn)行了ADS的仿真，制作并測(cè)試了微帶線雙分支定向耦合器型調(diào)相器。 通過(guò)本論文的工作，成功設(shè)計(jì)了具有高集成度的皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答一體化板，其性能指標(biāo)達(dá)到并超過(guò)上一套皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答系統(tǒng)，系統(tǒng)接收靈敏度達(dá)到-92dBm，發(fā)射功率達(dá)到20dBm；通過(guò)對(duì)測(cè)距系統(tǒng)的改進(jìn)，使系統(tǒng)測(cè)距精度達(dá)到了5m以下；同時(shí)分析得到了導(dǎo)致測(cè)距信號(hào)相位抖動(dòng)的主要因素是載波跟蹤環(huán)VCXO的噪聲、接收本振環(huán)VC