皮衛(wèi)星用模擬地面站的研究與改進(jìn).pdf

1、皮衛(wèi)星是目前航天器發(fā)展的一個(gè)重要方向。皮衛(wèi)星具有重量輕、性能好、研制周期短、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，可用于通信、導(dǎo)航、對(duì)地觀察和深空探測(cè)等。多顆皮衛(wèi)星可以在軌道上組成星座，實(shí)現(xiàn)資源共享，完成遙控遙測(cè)，進(jìn)行有效載荷搭載試驗(yàn)等。 地面站可以對(duì)在軌道上飛行的皮衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)量與監(jiān)控。但是地面站是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)，且研制周期長(zhǎng)、造價(jià)昂貴。而要在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)皮衛(wèi)星進(jìn)行測(cè)試，必須研制一套專(zhuān)門(mén)對(duì)皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答機(jī)功能進(jìn)行測(cè)試的廉價(jià)的、功能專(zhuān)一模擬地面站。隨

2、著皮衛(wèi)星測(cè)控應(yīng)答機(jī)功能的增強(qiáng)，原先的模擬地面站已不能滿(mǎn)足對(duì)皮衛(wèi)星測(cè)試的要求。本論文主要研究工作是改進(jìn)原有模擬地面站，使其滿(mǎn)足皮衛(wèi)星測(cè)試的要求。 本論文的主要工作內(nèi)容與特色如下： 改進(jìn)模擬地面站測(cè)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(cè)距信號(hào)更加穩(wěn)定，測(cè)距結(jié)果更加精確。同時(shí)實(shí)現(xiàn)模擬地面站的側(cè)音輪發(fā)機(jī)制與遙測(cè)遙控的切換功能。 設(shè)計(jì)高精度的相位計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)測(cè)距數(shù)據(jù)智能化操作。相位計(jì)數(shù)器采

3、用鑒相器檢測(cè)發(fā)送側(cè)音與接收側(cè)音的相位差，采用高精度的計(jì)數(shù)器對(duì)相位差進(jìn)行計(jì)數(shù)，同時(shí)將測(cè)距音相位差信息通過(guò)USB通道反饋到計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)、穩(wěn)定的測(cè)量。相位計(jì)數(shù)器采用100MHz的晶振作為計(jì)數(shù)脈沖，測(cè)量的最大誤差為0.36°。 采用Matlab軟件設(shè)計(jì)測(cè)距數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)程序。相位計(jì)數(shù)器發(fā)送給計(jì)算機(jī)的是發(fā)送與接收測(cè)距音相位差的計(jì)數(shù)值，而要得到真正測(cè)量的距離需要通過(guò)一系列的算法將這個(gè)相位差值轉(zhuǎn)化為實(shí)際距離值，同時(shí)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

4、人工的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足側(cè)音測(cè)距的發(fā)展要求，而采用Matlab設(shè)計(jì)的統(tǒng)計(jì)程序可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距信息的批量處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)化、歸一化，使測(cè)量得到的數(shù)據(jù)更加可信。 采用Matlab軟件實(shí)現(xiàn)模擬地面站接收機(jī)的相位噪聲仿真。地面站接收機(jī)的性能直接影響了皮衛(wèi)星測(cè)距的準(zhǔn)確度與精度，本文通過(guò)對(duì)地面站接收機(jī)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(jìn)一步說(shuō)明了相位噪聲對(duì)測(cè)距的影響。 設(shè)計(jì)測(cè)控應(yīng)答機(jī)測(cè)距零值誤差

5、與RMS抖動(dòng)的測(cè)量方案，并用該方案對(duì)模擬地面站自身測(cè)距零值誤差與RMS抖動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，然后改進(jìn)數(shù)據(jù)處理模塊的算法，對(duì)測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行平均統(tǒng)計(jì)，并采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS對(duì)結(jié)果進(jìn)一步分析。最后，對(duì)皮衛(wèi)星與地面站進(jìn)行聯(lián)調(diào)，測(cè)得星-地聯(lián)調(diào)的100KHz測(cè)距音零值誤差為37.6519°，RMS抖動(dòng)為0.5634°。100KHz測(cè)距音是本側(cè)音測(cè)距體制的精測(cè)音，其精度決定了測(cè)量衛(wèi)星軌道的精度，星-地聯(lián)調(diào)的測(cè)量精度為4.695m。 通過(guò)本論文的工作，