皮卫星软件测控应答机调制和解调器设计

皮卫星上的测控应答机最基本的功能是接收并解调地面站上传的遥控指令,调制并发送卫星上的遥测数据.目前国内航天飞行器USB测控网和测控应答机采用DPSK调制方式,采用硬件方式实现调制和解调功能,体积、重量和功耗较大,不能满足皮卫星应用环境.作为未来微小卫星发展方向的皮卫星特点要求测控应答机采用软件方式实现调制和解调功能,使测控应答机满足体积小、重量轻、功耗低的要求.采用数字信号软件处理的方式实现测控应答机调制和解调器,使整个皮卫星重量仅为70 g,功耗为1 W,该软件测控应答机满足皮卫星应用要求,用于即将发射的皮卫星中.     

基于双频GPS的微小型标校用信标球

面对日益繁重特别是特殊环境(如海上测控)的标校任务需求,提出并实现了一种便捷、可动态标校的微小型信标球,其电子系统由锂电池、双频GPS,UCB测控应答机、综合电子模块等组成.双频GPS获取信标球原始测量数据和自定位结果;UCB测控应答机下传GPS数据,同时可作C波段地面测控设备合作目标,用于地面测控设备雷达和UCB设备相互校准.信标球重1 kg,功耗10W,体积为25 cm×25 cm×10 cm,工作时长16h,定位精度优于lm,并在某基地成功进行了放飞试验.     

一种混合式高动态范围AGC算法与FPGA实现

基于接收机的应用提出了一种混合式高动态范围AGC算法。该算法由射频前馈与中频反馈算法组成,借助现场可编程门阵列得以实现。在该算法的控制下,以射频开关、数控衰减器、检波器、可变增益放大器为核心器件,实现了一种输入动态范围110 dB、灵敏度-100 dBm、输出功率为-19 dBm的自动增益控制环路。     

应用于皮卫星的地球磁场测量系统设计

设计了一种应用于皮卫星的地球磁场测量系统.分析了影响所设计磁强计测量准确度的各种因素,并通过置位/复位脉冲、信号处理电路以及电桥补偿的方法提高其准确度.为了测试地球磁场的真实大小,对磁强计进行了标定因数校正实验.考虑到皮卫星运行的复杂环境,对该系统进行了动态响应实验.实验结果表明设计的磁强计准确度高,测量误差(1σr)...     

适用于微小卫星的低功耗S波段发射机设计与实现

设计并实现了一种新型适用于微小卫星的小型化、低功耗S波段发射机结构。该结构利用了DAC输出的镜像信号,用较低的处理速率产生比采样时钟频率更高的中频信号,实现一次混频将下行信号搬移到发射频率上,有效地减小了发射机的面积及功耗。发射机在一块印制电路板上实现,实际测试功耗约为2.2W,发射功率为26dBm,可满足轨道高度小于1000km的低轨微小卫星的测控需求。     

一种高动态USB应答机的设计与实现

为了同时满足高动态USB应答机动态性能和跟踪精度两方面的需求,提出了一种FFT频率引导、FLL辅助PLL的载波捕获跟踪方案,详细设计了环路滤波器的结构和参数,分析了环路带宽、载噪比对载波频率跟踪和载波相位跟踪性能的影响,并介绍了相关硬件结构。根据此方案研制的应答机,经动态模拟试验检验,其动态范围已达±120kHz,多普勒频移一次变化率32kHz/s,二次变化率200Hz/s2,初始捕获时间小于1s。     

基于GPS校准的皮卫星高精度时间系统方案

许多实际应用任务对皮卫星星上时间系统有较高的精度要求,传统采用实时时钟芯片（RTC）的时间系统方案难以满足需求,基于GPS的皮卫星星上时间系统应运而生。受能源限制,皮卫星携带的GPS接收机一般采用间歇性开机方式工作。本文设计实现了一种基于GPS校准的星上时间系统方案,提出了分级校正算法,并对算法中的参数进行了优化,实验表明,每天GPS接收机仅需开机1024 s,即可保证优于1 ms/d的星上时间精度。整个方案实现简单,且已应用于浙江大学研制的ZDPS-2皮卫星,满足了任务载荷5 ms时间精度的要求。     

基于动态部分重配置技术的自动测试系统研究

为了在不中断自动测试系统运行的情况下,将实现不同测试功能的比特流文件下载到其板载FPGA中,对动态部分重配置技术进行了研究;研发了一套基于CPCI架构的测控应答机自动测试系统;自动测试系统利用动态部分重配置技术和PCI总线技术,由主控计算机软件将满足不同测试需求的部分重配置比特流文件通过PCI总线动态下载到板载FPGA中,且不影响测试系统的正常运行;测试表明利用动态部分重配置技术,自动测试系统可以将以往需要多块板卡才能实现的功能集成到一块板卡中,大大增加了系统的集成度,并有效降低了系统的硬件成本,同时也能够使自动测试系统具备在线升级功能,增加了系统的设计灵活性。     

用线性和对数特性实现中频放大电路的设计

阐述中频放大器电路的组成原理、设计方法和测试方法。整个系统的组成包括线性通道、对数通道和稳压电源三部分。线性通道中,使用高性能低噪音宽带差分放大器AD8350进行线性放大,电路输入匹配于50Ω,具有"单端-差分"转换网络,增益为18 dB,输出功率范围宽达-90~+8 dBm(1dB压缩点)。功率分配网络用于线性输出和对数放大器的输入。对数通道中,采用高动态范围宽带对数放大器AD8309作为主要部件,对数放大器输出的电压信号与输入功率的dBm值呈线性关系。该信号用以检查线性通道是否正常,并可估计整机性能。在输入功率为-68~-8 dBm时,对数放大器输出电压范围为0.19~2.06 V。     

基于CMOS图像传感器的皮卫星成像系统设计

为满足皮卫星对成像系统的特殊要求,设计了基于CMOS图像传感器的成像系统。简单阐述了系统设计方案,详细说明了系统关键模块包括对CMOS相机的控制以及图像传输等在FPGA中的实现过程,并从器件选型、TMR技术应用等方面讨论了系统的可靠性。该系统应用于皮卫星样机中,通过了高低温试验、温度冲击试验、粒子辐照试验等,验证了其可行性。     

A novel compact low-power direct conversion receiver for mobile UHF RFID reader

A novel direct conversion receiver with low cost and low power is implemented in a 0.18 μm 1P6M standard CMOS process for a Mobile UHF RFID reader.A highly linear active mixer with low flicker noise and low noise active load is proposed.An efficient and low cost on-chip DC offset voltage canceling scheme is adopted with a high-input-impedance four-input OPAMP to buffer the output of the DC offset canceller(DCOC) block.The receiver has a measured input 1 dB compression point of 2 dBm and a sensitivity of 72 dBm in the presence of the large leakage signal from the transmitter.Only occupying a silicon area of 2.5 mm 2 and consuming 21 mA from a 1.8 V supply,the receiver makes the mobile UHF RFID reader to communicate with a transponder in a distance of 1 m conveniently.     

面向皮卫星的地球磁场测量系统设计

针对姿态控制采取主动磁控方式的皮卫星,介绍了一种适用于皮卫星姿控系统的地球磁场测量系统设计方法。提出了在极端环境中保持系统最佳性能的方案,同时讨论了基于PauTa准则和L~*MAD准则的滤波优化效果,并给出缓解实时性和灵敏度之间矛盾的途径及两种测量磁场的方法即直接测量法和偏置电流带法。实测数据表明,测量结果与标准磁场线性吻合,能够测量毫高斯量级的磁场。整个系统功耗较低、体积小、精度高,不仅能在皮卫星中应用,亦可在手持式电子罗盘、导弹惯性导航等众多场合使用,具有良好的工程应用前景。     

基于COTS SoC的星载微型GNSS接收机硬件设计

卫星平台的小型化使小卫星、纳卫星及皮卫星等微小卫星成为研究热点。针对微小卫星对星载导航接收机小型化、低功耗、低成本等要求,提出一种基于COTS (Commercial off-the-shelf)组件和SoC技术构建星载微型导航接收机的硬件设计方法。该设计包括射频模块,基带处理模块、时钟模块和电源管理模块。实测表明,该导航接收机原理样机重约45g,尺寸100mm×60mm,功耗约3W,兼容处理GPS L1/L2、BD2 B1/B2信号,可完成双模、双频、双模双频等多种模式的配置,符合微小卫星对导航接收机提出的技术要求,为微小卫星等空间飞行器的卫星导航提供了新的思路。     

基于CMOS模拟开关实现平衡混频器

详细介绍了有源单平衡混频器的电路组成,分析了有源平衡混频器的工作原理。基于CMOS模拟开关设计实现了一种(低功耗、高线性度的)开关平衡混频器,最后对混频器的指标进行了测量和分析。测试结果表明(在3.3V电源电压下,消耗电流小于10mA,射频输入信号)在60～110MHz频带范围内,(本振信号+10dBm时)插入损耗小于7dB,波动小于1dB,输入P1dB压缩点大于13dBm。     

New technique: Design and implementation of the highly-reliable, low-cost housekeeping system in the ZDPS-1A pico-satellite

The ZDPS-1A pico-satellite designed in Zhejiang University with a mass of 3.5 kg and a power consumption of less than 3.5 W is the smallest satellite in China up to now. The housekeeping system (HKS) is the core part of ZDPS-1A. The reliability of HKS has an important influence on the safety of the satellite. Traditional fault-tolerant methods do not apply to ZDPS-1A due to such pico-satellite characteristics as light weight, compactness in size, energy saving, and high integration. This paper deals with a highly-reliable, low-cost design for HKS using industrial devices. The reliable strategies of HKS include a dual modular redundancy scheme, CPU warm backup, a static triple modular redundancy scheme, and two-level watchdogs. Recursive experiments, special tests, and environmental tests show that this system meets the design target. This design has already been applied to ZDPS-1A, which was launched to execute in-orbit tasks on Sept. 22, 2010. To date, the satellite has been in a proper state for more than 15 months.     

A leakage current suppression technique for cascade SRAM array in 55 nm CMOS technology

Sub-threshold leakage is a major issue for low power circuits design, especially for SRAM design in SoC. Sub-threshold leakage can be decreased by scaling down supply voltage. However, this may dramatically increase the circuit delay. In this paper, we propose a novel 6 T SRAM array structure with a switch module which operates in the near threshold region to reduce the leakage current. In order to verify our proposed leakage reduction scheme, we designed and simulated an 8192 kB SRAM array based on a 16 KB single port SRAM cell memory model in 55 nm process. Several 6 T SRAM Array instances are implemented in 55-nm 1P6M CMOS technology to measure the standby current of the proposed scheme as well. With the proposed technique~ we achieved 28.3% reduction for leakage current compared to traditional 6 T SRAM array, in standby mode where gate leakage is dominant. The total penalty is 2% area increase and 1% speed reduction.     

一种无线传感器网络超低功耗接收器设计

针对无线接收器功耗影响无线传感器网络生命周期的问题,在OOK超再生接收器的基础上,设计了一种无线传感器网络超低功耗无线接收器——BFSK超再生接收器;介绍了该接收器的体系结构,给出了该接收器的电路设计。该接收器在保留OOK超再生接收器超低功耗的基础上,采用f1和f2两种频道来确定输出是"0"还是"1",使得传输速率得到了较大提高。实验结果表明,当传输速率为250kbit/s时,2.4GHz接收器灵敏度为-86dB.m,功耗仅为215μW。     

基于WirelessHART协议的适配器低功耗设计

针对WirelessHART适配器因功耗高造成回路压降大,导致工作不稳定以及过程数据回传周期长、实时性差的问题,提出一种基于WirelessHART协议的适配器低功耗设计。本设计分析了适配器能耗最高的搜索态与运行态特点,采用多态独立式节能策略。搜索态阶段,通过动态MCU睡眠机制,优化广告包搜索算法,提高搜索效率,使回路压降只有2.5 V,保证入网稳定性。运行态阶段,引入电能动态自适应算法与MCU睡眠机制,降低电能消耗,结合TDMA时隙调度算法,提升过程数据回传的实时性。实验表明,适配器以4~20 mA回路供电方式,在环境温度-40℃~85℃条件下,工作稳定,整体功耗降低40%,过程数据回传周期缩短4倍。     

采样时钟抖动对伪码测距精度的影响

在皮卫星的伪码再生测距中,大量采用数字信号处理技术.而皮卫星体积小、功耗低特点决定只能采用较低指标的晶振源和简化的处理电路,两者带来的A/D采样时钟抖动会影响伪码跟踪环的跟踪性能,进而降低测距精度.分析了A/D采样时钟抖动在伪码测距处理过程中的噪声模型,并对码跟踪环的跟踪性能的影响进行了分析,仿真结果显示A/D采样时钟抖动、采样位数和中频共同作用影响伪码测距精度.