数字预失真技术在空间通信系统中的应用研究

针对空间通信中非恒定包络调制信号的传输对功率放大器的高线性度和高效率的需求,提出了一种应用于空间通信系统的数字预失真器方案。基于FPGA硬件平台、结合Matlab软件的仿真结果,采用最小二乘算法拟合出非线性功放归一化输入/输出功率特性曲线的反函数实现的数字预失真器,使得非恒包络调制信号经非线性射频功放后具有良好的线性特性。数字预失真器实现了60MHz中频输出、最大码率为1 Mb/s时,将预失真前EVM值为4.71%的SRRC-OQPSK调制信号变换为EVM值为9.09%的信号,经非线性功放后调制信号的EVM值小于5%。     

一种应用于海上浮标的卫星中继通信终端

为了实现四级海况下海上小型浮标与岸基站数据中心之间的实时通信,设计和研制了一种高速率、低延时和高可靠的S频段卫星中继通信终端。该卫星中继通信终端由S频段中继通信机、抛物面天线、伺服跟踪机构、电源变换模块、温度控制器以及耐10 m水压的天线罩体等组成。终端为直径1 m的半球体,质量小于30 kg,最大峰值功耗小于等于130 W。卫星中继通信终端利用快速捕获跟踪卫星信号技术,能在7 s内迅速捕获和跟踪卫星前向链路信号;采用自适应海况可变码率技术提高了数据传输的可靠性。四级海况下,卫星中继通信终端实现了浮标与岸站之间最大2Mb/s高速率实时数据传输,大回路数据通信误码率小于等于10-5。     

一种天通一号卫星通信系统应用处理单元

完成了一种应用于海上微小型浮标端天通一号卫星通信系统应用处理单元(AP)的设计与实现。AP单元不仅控制伺服单元实现恶劣海况下天线自动跟踪卫星信号波束，而且实现卫星通信系统快速接入天通一号卫星网络并进行数据传输的功能。模拟四级海况条件下的测试结果表明，浮标体横摇角在-30°～+30°范围内，AP单元驱动伺服单元实现卫星信号波束跟踪精度优于2°,通信系统在10 s内快速稳定接入卫星网络，能实现海上浮标和岸基站间1.2～384 kb/s码率的实时通信。     

一种用于固态功率放大器的ALC电路

设计了一种用于X波段固态功放的ALC电路,根据输出信号功率控制可变衰减器的衰减量,对放大器的增益和输出功率进行调节。放大器工作频率范围为8.0 GHz～8.5 GHz。在室温条件下,当输入功率在-5 dBm～+5 dBm范围变化时,在ALC电路控制下放大器输出功率稳定在13.2 dBm～13.7 dBm之间,增益波动小于0.5 dB。     

一种非相干扩频信号跟踪中HPK-P位同步捕获法

星载非相干扩频应答机在接收非相干扩频信号时,特别是在低信噪比条件下,信号跟踪环路中积分结果会因比特翻转而衰减严重,从而影响跟踪环路性能。针对上述问题,提出了一种HPK-P(Half-period Kokkonen-Pietila)位同步捕获法,将位同步时钟捕获精度缩短至半个伪码周期长,降低积分值衰减量,提高了跟踪前期的环路性能。仿真结果表明,与K-P法、半周期直方图法相比,HPK-P法更适合-24 dB低信噪比下的环路跟踪。在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array, FPGA)上对HPK-P法进行测试,在信噪比为-24 dB,多普勒频偏范围为±1.5 kHz,多普勒加速度为+2.5 kHz/s条件下验证了该设计的可行性。     

一种宽带零中频接收前端的设计

设计了一种宽带零中频解调接收前端,用于实现无人机通信系统高集成度和简化电路方案等。零中频接收前端在925～2 175 MHz载波频段上直接解调10 Mb/s码速率的偏移四相相移键控调制信号,适用于L、S频段的数据传输链路系统。零中频接收电路在10 MHz带宽时,动态增益范围可达到76 dB,射频信号接收灵敏度为-74 dBm。     

一种星载可配置输出频率的X波段载波源

针对国内星载数传发射机无法实现载波频率灵活可变的问题,提出了一种可配置输出频率的载波源方案。采用现场可编程门阵列(FPGA)和数模转换器(DAC)相结合,实现参考频率高精度可变且灵活配置锁相环(PLL)中鉴相器的鉴相频率,使载波源输出频率可程控配置。实测结果表明,载波源可实现任意配置X波段8.025～8.4 GHz的输出中心频点,相位噪声优于-66 dBc/Hz@100 Hz、-75 dBc/Hz@1 kHz 、-80 dBc/Hz@10 kHz、-95 dBc/Hz@100 kHz、-120 dBc/Hz@1 MHz,杂散抑制度优于-74 dBc,频率分辨率小于10 Hz。相关电路替代专用直接数字频率合成(DDS)芯片的功能,能适应空间应用环境。     

一种低成本高可靠无人机机载数据通信系统设计

为满足飞行距离为10～100km、执行航拍和侦察等任务的无人机和地面站之间的数据通信需求,提出了一种低成本、高集成度、多功能及高可靠性的机载数据通信系统方案。设计了S频段收发链路(实现将飞机和各载荷的状态遥测参数下行到地面,并接收地面飞控数据,数据通信码速率达到150 kbit/s)和C频段链路（实现将机载光电吊舱获取的图像信息实时下行到地面接收站,码速率达到10 Mbit/s）。研制的机载数据通信系统质量小于2.0 kg,尺寸为160 mm×139 mm×77 mm;S、C频段下行射频功率均达到7 W时,整机功耗为57.6 W(24 V/2.4 A)。30 kg载重能力的旋翼无人机试飞结果表明,无人机飞行高度超过200 m、飞行距离不超过30 km时,机载数据通信系统完成了机地间可靠的数据通信和实时图像传输任务。     

深空通信Ka频段数传发射机基带电路单元实现

基于Xilinx FPGA电路的全数字化设计方案,研制完成适用于深空通信下行链路Ka频 段发射机中基带数据编码调制一体化电路单元。参照CCSDS（Consultative Committee for Space Data Systems）相关深空通信建议标准,电路单元实现了按码速率的变化灵活选择调 制方式的工作模式,利用外部控制指令,完成码速率16 bit/s～20 kbit/s、20～ 200 kbit/s、200 kbit/s～2 Mbit/s分段分别选择PCM/BPSK/PM、N RZ/BPSK和SRRC-QPSK数据调制方式 。在X频段的测试结果表明,BPSK和SRRC-QPSK幅度误差和相位不平衡分别小于3.1%和1.7° ,符合CCSDS关于深空通信的建议标准。电路单元满足深空通信工程应用需求。