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深空通信解调技术研究与实现

高翔  
【摘要】: 近年来随着航天事业的飞速发展,世界上掀起了新一轮深空探测活动的热潮。我国也在逐步展开一些深空探测任务,并进行中长期规划。在深空探测系统中,深空通信系统是信息传递、目标控制的唯一纽带,通信系统的正常运行和链路通畅、准确是整个深空探测任务成功的重要保证之一;同时,遥远的测控通信距离也是深空探测的难点。受制于通信距离与星上宝贵有限的资源,深空探测任务中星——地测控数传速率徘徊于Kbps数量级,如中俄合作的YH-1深空探测器遥测数传速率最高仅8Kbps。近年来,由于中继卫星与轨道器技术的发展,深空通信中数传速率有了明显提高,如NASA的深空测控网在有卫星中继的条件下,数传速率已达到十兆量级。 本文通过对深空通信遥测解调技术研究,针对深空通信中常用的PSK调制,提出一种高效的可覆盖低速率到高速率的全数字解调设计方案,并对其关键技术进行理论分析和Simulink仿真,并通过FPGA实现,完成测试。 在本课题中,首先对接收机中的核心模块载波同步和定时同步进行了原理性分析。比较了目前最常用的三种定时同步算法同相/中相同步环路(DTTL)、早迟门、Gardener算法的性能及适用范围,获得了DTTL与早迟积分算法的最佳结构。分别建立各模块的Simulink仿真模型,得到仿真结果。然后对自动增益控制(AGC)和高效滤波等技术进行研究,完善了接收机设计,提高了解调性能。最终在FPGA平台上分别对中低速率解调和高速解调算法验证进行实现测试,证明了系统设计的合理性与可行性。 本课题实现的深空通信地面接收设备,实现了码率2的幂次可调的通用型地面接收系统,验证了高速解调方案设计,为适应深空通信的发展打下了技术基础。技术实现可应用于深空通信系统、地面接收系统以及综合测试系统。


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