技术领域
[0001] 本
发明一种非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，涉及测控距离测量技术领域，特别涉及非相干扩频应答机距离零值高精度测量。
背景技术
[0002] 对于原有非相干扩频应答机，测距精度指标为优于1米，应答机本身零值变化一般小于0.1米，不需要对通道的零值变化进行校准。但是而对于高精度非相干扩频应答机要求测距误差优于3厘米，无法实现。
发明内容
[0003] 本发明的技术解决问题是：克服
现有技术的不足，提出了一种非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，本发明的目的在于完成应答机零值的实时测量，完成对系统误差的修正，应答机能够实现在上行通道全功率动态变化范围内，进行不中断、持续的距离零值在线测量，测量精度优于1厘米，满足应答机测量误差优于3厘米的需求。
[0004] 本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现：
[0005] 一种非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，包括：输出
耦合器、数控
衰减器、
变频器、输入耦合器、接收通道、发射通道、自校准模
块；
[0006] 输出耦合器：用于接收卫星需要向地面发送下行测量
信号，将所述下行测量信号中耦合出两路信号，两路信号中的一路信号作为自校
信号传输给数控衰减器，其余一路信号通过卫星天线发送给地面站；
[0007] 数控衰减器：接收输出耦合器传输的所述自校信号，同时，接收自校准模块传输的功率衰减值，根据功率衰减值对所述自校信号的功率进行衰减处理，获得衰减处理后的自校信号并传输给变频器；
[0008] 变频器：接收数控衰减器传输的所述衰减处理后的自校信号，将所述衰减处理后的自校信号进行变频处理，获得变频后的自校信号并传输给输入耦合器；
[0009] 输入耦合器：接收地面站向卫星发送的上行信号，同时，接收变频器传输的变频后的自校信号，将所述变频后的自校信号耦合到上行信号中，获得耦合后的上行信号，将耦合后的上行信号传输给接收通道；
[0010] 接收通道：将耦合后的上行信号经过变频放大后，获得中频信号并传输给自校准处理模块；
[0011] 自校准处理模块：接收接收通道传输的中频信号，捕获中频信号中的上行信号和自校信号；对上行信号依次进行
跟踪解调获得上行信号的功率值；对上行信号进行干扰抵消后进行自校信号的跟踪解调，获得自校信号的功率值自校信号剥离出的零值；由上行信号的功率值和自校信号的功率值确定衰减控制值传输给数控衰减器；根据预设格式产生下行测量信号，所述下行测量信号和自校信号剥离出的零值组
帧处理后通过发射通道传输给输出耦合器；
[0012] 发射通道：下行测量信号经过变频放大处理后输出给输出耦合器。
[0013] 本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0014] 1)本发明提供的非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，利用下行测距耦合后作为自校信号使用，极大简化了零值在轨实时测量的复杂度；
[0015] 2)本发明提供的非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，对接收到的信号除了自校信号外进行了干扰的抵消，能够有效提升自校信号的
信噪比，提高自校信号的零值测量精度；
[0016] 3)本发明提供的非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，利用上行信号的精确功率估计、自校信号的精确功率估计以及数控衰减器对自校信号进行功率控制，适用于信号的大动态应用场景；
[0017] 4)本发明提供的非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，功能结构清晰，各部分相对独立，便于应答机的模块化设计与调试。
附图说明
[0019] 图2为本发明自校信号自适应控制框图。
具体实施方式
[0020] 本发明一种非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，对应答机的零值进行实时的测量并对零值进行校准。没有采用独立的零值校准信号，而是采用下行测量信号作为应答机的零值校准信号，简化了单机的设计；采用基于上行通道信号功率估计的自校信号自适应控制，保证自校信号在全功率动态范围内始终低于上行接收信号3dB，不影响上行通道信号正常接收；利用多址干扰抵消对除自校信号外的其余信号进行抵消，提高零值测量精度。
[0021] 本发明一种非相干扩频应答机距离零值高精度测量系统，如图1所示，包括：输出耦合器、数控衰减器、变频器、输入耦合器、接收通道、发射通道、自校准模块；
[0022] 输出耦合器：用于接收卫星需要向地面发送下行测量信号，将所述下行测量信号中耦合出两路信号，两路信号中的一路信号作为自校信号传输给数控衰减器，其余一路信号通过卫星天线发送给地面站；耦合器的插损大于30dB，由于输出的信号功率很大，一般大于20dBm，耦合后的信号小于-10dBm；
[0023] 数控衰减器：接收输出耦合器传输的所述自校信号，同时，接收自校准模块传输的功率衰减值，根据功率衰减值对所述自校信号的功率进行衰减处理，获得衰减处理后的自校信号并传输给变频器；数控衰减精度小于0.5dB，数控衰减器的范围0～75dB。
[0024] 变频器：接收数控衰减器传输的所述衰减处理后的自校信号，将所述衰减处理后的自校信号进行变频处理，获得变频后的自校信号并传输给输入耦合器；将自校信号变频到接收
频率，假设发射信号频率为f1，接收频率为f2，则变频器的
本振信号为f2-f1，变频后的信号频率为接收频率f2。具体为：将衰减处理后的自校信号的频率由f1变频到接收频率f2。
[0025] 输入耦合器：接收地面站向卫星发送的上行信号，同时，接收变频器传输的变频后的自校信号，将所述变频后的自校信号耦合到上行信号中，获得耦合后的上行信号，将耦合后的上行信号传输给接收通道；耦合器的插损和输出耦合器类似，大于30dB，耦合后的信号功率始终小于上行信号3dB，信号接收动态为-50dBm～-110dBm，自校信号经过两极耦合器和数控衰减器后动态范围在-53dBm～-113dBm，根据上行信号功率可变。
[0026] 接收通道：将耦合后的上行信号经过变频放大后，获得中频信号并传输给自校准处理模块；
[0027] 自校准处理模块：接收接收通道传输的中频信号，捕获中频信号中的上行信号和自校信号；对上行信号依次进行跟踪解调获得上行信号的功率值；对上行信号进行干扰抵消后进行自校信号的跟踪解调，获得自校信号的功率值自校信号剥离出的零值；由上行信号的功率值和自校信号的功率值确定衰减控制值传输给数控衰减器；根据预设格式产生下行测量信号，所述下行测量信号和自校信号剥离出的零值组帧处理后通过发射通道传输给输出耦合器；
[0028] 发射通道：下行测量信号经过变频放大处理后输出给输出耦合器。
[0029] 所述自校准模块包括：AD
采样模块、信号捕获模块、上行信号跟踪解调模块、自校信号功率控
制模块、多址干扰抵消模块、自校信号跟踪解调模块、下行测量组帧调制模块、DA转换模块；
[0030] AD采样模块：接收输入耦合器输入的中频信号，将输入的中频信号进行AD采样，获得AD采样后的
数字信号并传输给信号捕获模块、上行信号跟踪解调模块和多址干扰抵消模块；
[0031] 信号捕获模块：接收AD采样模块传输的AD采样后的数字信号并进行信号捕获，获得AD采样后的数字信号中的上行信号和自校信号；对上行信号的
载波频率和码
相位进行捕获，将捕获到的上行信号的载波频率和上行信号的粗捕码相位输出给上行信号跟踪解调模块；同时，对自校信号的码相位进行粗捕获，获得自校信号的粗捕码相位并输出到自校信号跟踪解调模块；
[0032] 上行信号跟踪解调模块：接收AD采样模块传输的AD采样后的数字信号和信号捕获模块传输的上行信号的载波频率和上行信号的粗捕码相位，根据上行信号的载波频率和上行信号的粗捕码相位对AD采样后的数字信号进行跟踪解调，获得上行信号的相关值、载波频率相位、精跟码相位、符号信息、信号幅度；将上行信号的相关值输出到自校信号功率
控制模块；同时将上行信号的载波频率相位、精跟码相位、符号信息、幅度信息输出到多址干扰抵消模块；
[0033] 多址干扰抵消模块：对接收到的信号除了自校信号外，其余信号均进行再生，利用再生后的信号进行干扰抵消。具体为，接收AD采样模块传输的AD采样后的数字信号、上行信号跟踪解调模块传输的载波频率相位、码相位、符号信息、信号幅度，同时根据上行信号跟踪解调模块输入的上行信号的载波频率相位、码相位、符号信息、信号幅度对上行信号进行再生，获得再生后的上行信号，根据AD采样后的数字信号对再生后的上行信号进行抵消处理，获得自校信号，将自校信号送入自校信号跟踪解调模块；
[0034] 自校信号跟踪解调模块：接收多址干扰抵消模块输出的自校信号，接收信号捕获模块传输的自校信号的粗捕码相位，根据自校信号的粗捕码相位对自校信号进行跟踪解调，将跟踪解调后自校信号的相关值输出到自校信号功率控制模块；同时跟踪解调后得到自校信号的精跟码相位和帧时标信息，将自校信号的精跟码相位和帧时标信息输出到下行测量组帧模块；
[0035] 下行测量组帧模块：接收自校信号跟踪解调模块传输自校信号的的精跟码相位和帧时标信息，根据精跟码相位和帧时标信息剥离出自校信号的零值，同时，根据预设格式产生下行测量信号，将所述下行测量信号和自校信号剥离出的零值组帧处理后通过发射通道传输给输出耦合器；
[0036] 下行测量组帧模块和发射通道之间通过DA转换模块连接，DA转换模块用于将下行测量组帧调制模块传输的数字信号转换为
模拟信号后输出到发射通道。
[0037] 自校信号功率控制模块：接收上行信号跟踪解调模块输入的上行信号的相关值，根据上行信号的相关值估计上行信号的功率，获得上行信号的功率估计值；接收自校信号跟踪解调模块输入的自校信号的相关值，根据自校信号的相关值估计自校信号的功率，获得自校信号的功率估计值；将上行信号的功率估计值和自校信号的功率估计值进行比较后，获得衰减控制值并输出衰减控制值到数控衰减器。主要作用在于控制自校信号随着上行信号功率变化而变化，保证其功率始终低于上行信号功率。如果上行信号包含多了通道，则保证自校信号低于最小上行通道信号功率约3dB。保证应答机实时距离零值测量的同时，不对上行信号接收造成影响。
[0038] 本发明对于自校信号的
自适应功率控制，如图2所示，采用的方法如下：
[0039] 基于上行通道功率估计的自校信号自适应控制技术，主要作用在于控制自校信号随着上行信号功率变化而变化，保证其功率始终低于上行信号功率。如果上行信号包含多了通道，则保证自校信号低于最小上行通道信号功率约3dB。保证应答机实时距离零值测量的同时，不对上行信号接收造成严重影响。
[0040] Step1：应答机加电时，将自校通道数控衰减器衰减至最大量约Nmax，此时自校信号功率低于应答机的接收灵敏度，自校信号对上行通道信号的影响可以忽略不计。
[0041] Step2：应答机接收到上行信号后，分别进行解扩解调，获取上行信号信噪比估计值(对信号进行符号内相关积分、去符号、整帧累加平均后得到)，将各信号的信噪比估计值进行比较，得到功率最小的通道Chmin。
[0042] Step3：依据上行通道功率最小通道Chmin的功率对自校通道数控衰减器进行控制，单次控制间隔为2秒，逐步减少衰减量，单次衰减量为衰减器的最小
分辨率约0.5dB。在单次时间间隔内，如果自校信号在接收灵敏度以内，则应答机能够完成对自校信号的捕获跟踪。
[0043] Step4：经过多次调整，判断自校信号功率调整至低于上行最小通道信号约3dB，停止对数控衰减器的控制，此时自校信号与上行信号之间多址干扰影响较小。如果上行通道信号发生变化，则根据其信噪比估值，对自校数控衰减器进行相应的调整。
[0044] 经过以上处理，完成对自校信号的自适应功率控制，并且引入的自校信号对上行通道无影响，不影响上行的正常遥控指令发送和测距功能其中，对于多址干扰抵消，采用方法如下：
[0045] 多址信号抵消，需要首先进行多址信号的恢复，也可叫做再生。即：应答机根据解调以后得到的信息，对多址信号进行实时再生，涉及到伪码序列、伪码相位、多普勒频偏、载波相位、符号信息的实时估计、信号幅度估计等。
算法根据系列估计结果，进行信号的再生。
[0046] 伪码序列估计c：多址信号约束在6个信号，8条伪码序列之内，即上行1路遥控(码1+码2)，3路测量，下行1路测量和1路遥测信号(码1+码2)。当应答机多通道
锁定时，通道之间互为多址，分别恢复出各个通道的信号。
[0047] 伪码相位估计τ：伪码相位可以从伪码跟踪环输出得到，因此伪码跟踪环收敛后的稳定跟踪误差决定了再生伪码相位的估计精度。为了提高相位估计精度，伪码跟踪环设计应该为2阶以上的窄带宽码环。另外，为了最大限度压缩码环带宽，采用载波环辅助伪码跟踪环技术，消除超窄带宽码环的动态跟踪滞后引入的系统误差。
[0048] 载波多普勒频偏ω及相位估计τω：多普勒频偏及载波相位可以从载波跟踪环输出得到，因此载波跟踪环收敛后的稳定跟踪误差决定了再生载波多普勒频偏，特别是载波相位的估计精度。为了提高相位估计精度，载波跟踪环设计应该为3阶以上的窄带宽PLL环。
[0049] 符号信息实时估计b(k)：符号信息可以从信号相干积分器输出结果的极性得到。
[0050] 信号幅度估计A：符号信息可以从相干积分器输出结果的大小得到，相干积分长度为一个符号单位的整数倍。步骤如下：第一步，获取一组积分长度为一个符号的相干积分值；第二步，去符号操作后，进行多积分值累加；第三步，对累加后的积分结果进行平均操作，计算出信号的信噪比；第四步，根据信噪比，换算出信号的幅度。注意的是：信号幅度的估计精度直接影响干扰抵消的效果，幅度估计误差控制在5％以内。
[0051] 得到以上估计结果后，就可以进行信号再生如下：
[0052]
[0053] 再生后的信号用于自校信号的多址抵消操作。根据当前上行接收的信号路数进行抵消，假设上行所有信号均存在，包括遥控信号s1(n)，测距通道1信号s2(n)，测距通道2信号s3(n)，，测距通道3信号s4(n)，遥测信号s5(n)，那么对上行存在的五路信号进行抵消。假设AD采样后输入的信号为ADin，那么自校信号实际解调跟踪信号sj(n)为：
[0054] sj(n)＝ADin(n)-S1(n)-S2(n)-S3(n)-S4(n)-S5(n)
[0055] 对sj(n)进行解调跟踪，跟踪后的码相位进行零值采样，能避免多址干扰对零值精度的影响。
[0056] 对于自校零值采样，采用方法如下：
[0057] 应答机使用本地时钟管理单元产生的帧时标t0(发送时刻)，对自校信号的精跟的伪码相位累加值进行采样得到C0；同时根据自校信号跟踪解调提取的帧时标t1，对自校信号的精跟的伪码相位累加值进行采样得到C1。应答机利用采样后的C1和C0得到应答机的自校零值C。C＝C1-C0。
[0058] 以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉
本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0059] 本发明
说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
