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      衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的制作方法

      文檔序號:7697259閱讀:274來源:國知局
      專利名稱:衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及信號測量技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種適用于衛(wèi)星通信天線跟蹤的衛(wèi)星信 標(biāo)接收裝置。
      背景技術(shù)
      衛(wèi)星信標(biāo)接收機根據(jù)衛(wèi)星發(fā)出的信標(biāo)信號測出衛(wèi)星天線指向相對于衛(wèi)星的方位 和俯仰誤差。通過引導(dǎo)伺服驅(qū)動結(jié)構(gòu),使衛(wèi)星天線準(zhǔn)確地指向衛(wèi)星,實現(xiàn)通信功能。常規(guī)的衛(wèi)星信標(biāo)接收機通常由包括輸入預(yù)選、一次混頻及處理、二次混頻及處理、 中頻檢波以及頻率控制電路。輸入預(yù)選完成對帶外輸入射頻干擾信號抑制,采用950 1450的帶通濾波器;第一本振采用1250 1750MHz的高本振進行混頻,由調(diào)諧電路控制第 一本振將接收射頻信號變頻到300MHz中頻,之后進行濾波和放大處理;第二本振將第一本 振中頻信號二次變頻到第二中頻70MHz,之后進行放大和濾波處理,最后對中頻信號進行檢 波和對數(shù)放大,輸出直流檢測信號,供基帶判斷和處理電路使用。接收機調(diào)諧采用三線串行 控制,利用DDS的快速和精度優(yōu)勢實現(xiàn)寬帶高調(diào)諧精度的接收系統(tǒng)。但這種衛(wèi)星信標(biāo)接收 機裝置的價格極其昂貴,這給它的實際推廣應(yīng)用帶來的極大的困難。

      發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供了一種低成本衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,通過數(shù)字信號處理技術(shù)實現(xiàn)對衛(wèi)星 下行信標(biāo)信號的測量,測量精度與模擬信標(biāo)儀相當(dāng),可以滿足一般天線對星的需求。一種衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,包含信號調(diào)理模塊,包含調(diào)諧器、低通濾波器和運算放大器,所述調(diào)諧器根據(jù)預(yù)先設(shè)置 的衛(wèi)星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號調(diào)諧為一低頻信號,所述低通濾波器對該低頻信號進行濾 波,所述運算放大器將經(jīng)過濾波的該低頻信號放大并輸出;數(shù)字處理模塊,包含數(shù)字信號處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,所述數(shù)字信號處理單元將 信號調(diào)理模塊輸出的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行采樣,且對采樣得到的數(shù)據(jù)進 行分析以判斷其中是否出現(xiàn)信標(biāo)信號;以及用戶接口模塊,用于為所述衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置設(shè)置衛(wèi)星參數(shù)。其中,所述衛(wèi)星參數(shù)包含調(diào)諧器本振頻率、調(diào)諧器前級放大器增益、系統(tǒng)極化方式 以及信標(biāo)搜索范圍。所述調(diào)諧器的輸入信號頻率范圍為950MHz 2150MHz。所述調(diào)諧器根據(jù)預(yù)置的衛(wèi)星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號進行調(diào)諧,由950MHz 2150MHz下變頻到0 500KHz。所述低通濾波器為一個通帶為0 650KHZ的單片濾波器。所述運算放大器將經(jīng)過濾波的該低頻信號放大并輸出時,將低通濾波器輸出的差 分信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱味诵盘?,且將信號的電平抬高?. 5V供數(shù)字信號處理單元采樣。所述數(shù)字信號處理單元的采樣率為2. 5MPSP (萬次/秒),量化位數(shù)為12位。
      判斷是否出現(xiàn)信標(biāo)信號的方法為當(dāng)采樣得到的數(shù)據(jù)中信號電平超過底噪6dBm 時,認為出現(xiàn)信標(biāo)信號。該衛(wèi)星信號接收裝置在衛(wèi)星的理論信標(biāo)頻率士2MHz的范圍內(nèi)對信標(biāo)信號進行搜索。搜索方法為將衛(wèi)星的理論信標(biāo)頻率士2MHz的搜索區(qū)間分割為四個士500KHZ的 子搜索區(qū)間,通過數(shù)字信號處理程序?qū)λ膫€子搜索區(qū)間逐一進行搜索,當(dāng)在某個子區(qū)間中 搜索到信號后,則該數(shù)字信號處理程序持續(xù)對該區(qū)間進行計算,如果下一時刻信號丟失,則 該數(shù)字信號處理程序重新對四個區(qū)間逐一搜索,直到重新搜索到信標(biāo)信號。本發(fā)明的有益效果在于,降低了衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的制造成本,使得原先需要昂 貴代價的衛(wèi)星通信設(shè)備有了降價普及的可能。例如,將本發(fā)明的衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置應(yīng)用于 船載衛(wèi)星電視接收天線,可將目前市場上類似產(chǎn)品的銷售價格由5萬元以上降到2萬元以 內(nèi)。此外,本發(fā)明的裝置體積極小,用于車載衛(wèi)星通信天線(DSNG天線)時,容易實現(xiàn) 嵌入式應(yīng)用,在車載衛(wèi)星通信天線的控制系統(tǒng)中,直接以嵌入方式安裝到控制器內(nèi),在極大 降低設(shè)備制造成本的前提下,也減少了設(shè)備的功耗、體積和重量。在便攜衛(wèi)星通信天線的控制系統(tǒng)中,也可以直接將本發(fā)明嵌入式安裝到控制器 內(nèi),使用電池供電工作,配合姿態(tài)測量控制單元和顯示裝置,在極大降低設(shè)備制造成本的前 提下,減少了設(shè)備的功耗、體積和重量,更方便了人員的操作和后續(xù)保養(yǎng)、維護。

      圖1為本發(fā)明衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的原理示意圖;圖2為本發(fā)明衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的信號處理流程示意圖;圖3為本發(fā)明衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的信標(biāo)搜索方法示意圖。
      具體實施方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明提供的衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的具體實施方式
      做詳細說明。參見圖1所示,一種衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,包含信號調(diào)理模塊10,包含調(diào)諧器11、低通濾波器12和運算放大器13,所述調(diào)諧器11 根據(jù)預(yù)先設(shè)置的衛(wèi)星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號調(diào)諧為一低頻信號,所述低通濾波器12對該 低頻信號進行濾波,所述運算放大器13將經(jīng)過濾波的該低頻信號放大并輸出;數(shù)字處理模塊20,包含數(shù)字信號處理單元(DSP) 21和數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換器22,所述數(shù) 字信號處理單元21將信號調(diào)理模塊10輸出的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行采 樣,然后對采樣得到的數(shù)據(jù)進行分析以判斷其中是否出現(xiàn)信標(biāo)信號;以及用戶接口模塊30,包含串口 31,用于為所述衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置設(shè)置衛(wèi)星參數(shù)。信號調(diào)理模塊10的核心部件是調(diào)諧器11,在本具體實施方式
      中,調(diào)諧器11選用 SHARP公司的BS27VZ0302A,其輸入信號頻率范圍為950MHz 2150MHz,也即是信標(biāo)接收裝 置輸入信標(biāo)信號的頻率范圍。調(diào)諧器11根據(jù)用戶預(yù)置的衛(wèi)星參數(shù)對衛(wèi)星的下行信號進行 調(diào)諧,將頻率范圍為950MHz 2150MHz的信號下變頻到0 500KHz范圍內(nèi),同時該調(diào)諧器 11還包括一級增益可調(diào)放大器,增益量通過0 3V的直流電壓表征,0表示最大增益,3V表示最小增益,用戶可根據(jù)具體情況進行調(diào)整。調(diào)諧器11的本振頻率通過數(shù)字信號處理單元 21的I2C總線進行設(shè)置,以控制調(diào)諧器11本振頻率等衛(wèi)星參數(shù)。此外,調(diào)諧器11中的可調(diào) 衛(wèi)星參數(shù)還包括調(diào)諧器前級放大器增益、系統(tǒng)極化方式以及信標(biāo)搜索范圍,甚至濾波器帶 寬、輸出阻抗控制等項目,此為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員公知,不再贅述。信標(biāo)信號進過調(diào)諧器11調(diào)諧后下變?yōu)? 500KHZ的低頻信號,再通過一個通帶 為0 650KHZ的低通濾波器12進行低通濾波,濾除可能存在的干擾,該低通濾波器12為 單片濾波器(LT1565-31)。之后信號進入運放電路,該運放電路的運算放大器13(LT623)主 要完成兩個功能,一是將低通濾波器12輸出的差分信號轉(zhuǎn)變?yōu)楹蠖四?shù)轉(zhuǎn)換器22可以接 收的單端信號,二是將信號的電平抬高到1.5V參考位置,供數(shù)字信號處理單元(DSP) 21進 行AD采樣(AD的輸入范圍為0 3V)。在本具體實施方式
      中,數(shù)字處理模塊20主要由TI公司的TMS320F2802構(gòu)成,其處 理速度為100MHz,內(nèi)部集成了模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換器,大大節(jié)省了 PCB空間及元器件數(shù)量。模擬 信標(biāo)信號送入數(shù)字信號處理單元21后,首先進行AD轉(zhuǎn)換,將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。信 號的最高頻率為500KHz,根據(jù)采樣定律,AD的采樣率最低為IMHz,本系統(tǒng)根據(jù)F2808的硬 件特點,設(shè)定采樣率為2. 5MPSP,量化位數(shù)為12位。采樣后的信號送入FFT模塊進行分析,F(xiàn)FT分析的數(shù)據(jù)長度為1024點,可以計算, 系統(tǒng)頻率分辨率為2500/1024 = 2. 44K,也即是說本衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置可以區(qū)分的頻率精 度為2. 44K。得到信號的頻譜后,在用戶設(shè)定的頻率范圍內(nèi)搜索信號,探測是否有信號電平 超過了預(yù)置門限,如果有則表明存在信號,同時輸出信標(biāo)信號的dB值。如果在設(shè)定的頻率 范圍內(nèi)沒有信號電平超過門限,則認為信標(biāo)信號不存在。系統(tǒng)默認情況下采用自適應(yīng)門限 的方式對信號有無進行判決,DSP程序?qū)崟r地對系統(tǒng)的底噪進行測量,當(dāng)有信號電平超過了 底噪6dBm時,認為出現(xiàn)了信標(biāo)信號。在本具體實施方式
      中,用戶接口模塊30,包含串口 31,用于為所述衛(wèi)星信標(biāo)接收 裝置設(shè)置衛(wèi)星參數(shù)。串口 31為RS232接口,用戶通過RS232接口向信標(biāo)儀設(shè)置衛(wèi)星參數(shù), 衛(wèi)星參數(shù)包括調(diào)諧器本振頻率、調(diào)諧器前級放大器增益、系統(tǒng)極化方式、信標(biāo)搜索范圍等項 目,具體參見接口協(xié)議,此處不再贅述。參見圖2所示,為信號處理流程來自天線1的衛(wèi)星信號通過高頻頭2經(jīng)第一次 變頻到950 2150MHz的頻率范圍內(nèi),接著通過調(diào)諧器11再對該信號進行二次變頻,使其 下變頻為頻率范圍為0 500KHz的基帶信號,經(jīng)低通濾波器12濾除信號中存在的雜散 后送入一級運算放大器13,進入數(shù)字信號處理單元21,進行AD轉(zhuǎn)換,使模擬信標(biāo)信號轉(zhuǎn) 變?yōu)閿?shù)字信標(biāo)信號,經(jīng)FFT計算后,可以在得到的頻譜中搜索信標(biāo)信號,從而得到信號實 際的電平值。其中第一次變頻采用高頻頭(下變頻器,LNB)完成,第二次變頻采用調(diào)諧器 BS2S7VZ0302A完成,低通濾波器選用Linear公司的LT15165-31完成,運放選用Linear公 司的LT6223,AD采樣、FFT計算以及尋峰工作等均在TI公司的DSP (TMS320F2808)中完成。衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置的主要功能通過對DSP芯片TMS320F2808的編程完成,開發(fā)環(huán) 境為CCS3. 1。整個固件程序主要由算法模塊和通信模塊兩個部分構(gòu)成。算法模塊完成信標(biāo) 信號的采樣、FFT的計算、功率折算、譜峰搜索、門限檢測等功能;通信模塊完成用戶與信標(biāo) 儀之間的串口通信、DSP與DA轉(zhuǎn)換器之間的SPI接口通信與及DSP與調(diào)諧器之間的I2C接 口通信等功能。
      調(diào)諧器的頻率步進為500KHZ,低通濾波器的通帶為650KHz,根據(jù)數(shù)字信號處理理 論,調(diào)諧器單個本振頻點所能搜索的頻率范圍只有士500KHz,由于高頻頭的不穩(wěn)定性及頻 率溫度漂移的影響,信標(biāo)接收裝置實際接收到的信標(biāo)信號的頻率與理論值的最大偏移在極 端惡劣的情況下有可能達到士2MHz,因此信標(biāo)接收裝置必須在理論信標(biāo)頻率士2MHz的范 圍內(nèi)對信標(biāo)信號進行搜索,本系統(tǒng)采用步進搜索的方法實現(xiàn),原理如圖3所示。參見圖3,該衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置在衛(wèi)星的理論信標(biāo)頻率士2MHz的范圍內(nèi)對信標(biāo) 信號進行搜索。搜索方法為將衛(wèi)星的理論信標(biāo)頻率士2MHz的搜索區(qū)間&分割為四個 士500KHz的子搜索區(qū)間f\、f2、f3、f4,通過數(shù)字信號處理程序?qū)λ膫€子搜索區(qū)間逐一進行搜 索,當(dāng)在某個子區(qū)間中搜索到信號后,則該數(shù)字信號處理程序持續(xù)對該區(qū)間進行計算,如果 下一時刻信號丟失,則該數(shù)字信號處理程序重新對四個區(qū)間逐一搜索,直到重新搜索到信 標(biāo)信號。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員,在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應(yīng)視為 本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
      權(quán)利要求
      一種衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,其特征在于,包含信號調(diào)理模塊,包含調(diào)諧器、低通濾波器和運算放大器,所述調(diào)諧器根據(jù)預(yù)先設(shè)置的衛(wèi)星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號調(diào)諧為一低頻信號,所述低通濾波器對該低頻信號進行濾波,所述運算放大器將經(jīng)過濾波的該低頻信號放大并輸出;數(shù)字處理模塊,包含數(shù)字信號處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,所述數(shù)字信號處理單元將信號調(diào)理模塊輸出的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行采樣,且對采樣得到的數(shù)據(jù)進行分析以判斷其中是否出現(xiàn)信標(biāo)信號;以及用戶接口模塊,用于為所述衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置設(shè)置衛(wèi)星參數(shù)。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,其特征在于,所述衛(wèi)星參數(shù)包含調(diào)諧器 本振頻率、調(diào)諧器前級放大器增益、系統(tǒng)極化方式以及信標(biāo)搜索范圍。
      3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,所述調(diào)諧器的輸入信號頻 率范圍為950MHz 2150MHz。
      4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,所述調(diào)諧器根據(jù)預(yù)置的衛(wèi) 星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號進行調(diào)諧,由950MHz 2150MHz下變頻到0 500KHz。
      5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,所述低通濾波器為一個通 帶為0 650KHz的單片濾波器。
      6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,所述運算放大器將經(jīng)過濾 波的該低頻信號放大并輸出時,將低通濾波器輸出的差分信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱味诵盘?,且將信?的電平抬高到1. 5V供數(shù)字信號處理單元采樣。
      7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,所述數(shù)字信號處理單元的 采樣率為2. 5MPSP,量化位數(shù)為12位。
      8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,判斷是否出現(xiàn)信標(biāo)信號的 方法為當(dāng)采樣得到的數(shù)據(jù)中信號電平超過底噪6dBm時,認為出現(xiàn)信標(biāo)信號。
      9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,該衛(wèi)星信號接收裝置在衛(wèi) 星的理論信標(biāo)頻率士2MHz的范圍內(nèi)對信標(biāo)信號進行搜索。
      10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的衛(wèi)星信號接收裝置,其特征在于,搜索方法為將衛(wèi)星的理 論信標(biāo)頻率士2MHz的搜索區(qū)間分割為四個士500KHz的子搜索區(qū)間,通過數(shù)字信號處理程 序?qū)λ膫€子搜索區(qū)間逐一進行搜索,當(dāng)在某個子區(qū)間中搜索到信號后,則該數(shù)字信號處理 程序持續(xù)對該區(qū)間進行計算,如果下一時刻信號丟失,則該數(shù)字信號處理程序重新對四個 區(qū)間逐一搜索,直到重新搜索到信標(biāo)信號。
      全文摘要
      本發(fā)明提供了一種衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置,包含信號調(diào)理模塊,包含調(diào)諧器、低通濾波器和運算放大器,所述調(diào)諧器根據(jù)預(yù)先設(shè)置的衛(wèi)星參數(shù)將衛(wèi)星的下行信號調(diào)諧為一低頻信號,所述低通濾波器對該低頻信號進行濾波,所述運算放大器將經(jīng)過濾波的該低頻信號放大并輸出;數(shù)字處理模塊,包含數(shù)字信號處理單元和數(shù)模轉(zhuǎn)換器,所述數(shù)字信號處理單元將信號調(diào)理模塊輸出的信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并進行采樣,且對采樣得到的數(shù)據(jù)進行分析以判斷其中是否出現(xiàn)信標(biāo)信號;以及用戶接口模塊,用于為所述衛(wèi)星信標(biāo)接收裝置設(shè)置衛(wèi)星參數(shù)。本發(fā)明成本較低,測量精度與模擬信標(biāo)儀相當(dāng),可以滿足一般天線對星的需求。
      文檔編號H04N7/20GK101902622SQ20091005199
      公開日2010年12月1日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
      發(fā)明者徐詠明 申請人:上海賽天通信技術(shù)有限公司
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