對類ccsds標準的探測器下行數據進行解調處理的系統的製作方法

2023-06-23 09:27:36 1

專利名稱：對類ccsds標準的探測器下行數據進行解調處理的系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及航天探測器下行數據處理技術領域，特別是涉及一種對類CCSDS標準 的探測器下行數據進行解調處理的系統。
背景技術：
空間數據系統諮詢委員會 (Consultative Committee for Space Data Systems, CCSDS)成立於1982年，是由多國空間組織共同組成的國際性標準化組織，一直致力於空間 數據系統的標準化工作，其目的是使未來的空間任務能以標準化的方式進行數據交換與處 理，從而更經濟和有效地滿足各類用戶的業務需求，也加速空間數據系統的開發。目前，CCSDS標準已被國際航天界廣泛採用，並成為各參加國家和機構制定與實施 其自身應用標準的基本文件，在我國CCSDS標準也被逐漸應用在神舟飛船、雙星計劃以及 嫦娥工程等任務中。由於嫦娥一號(以下簡稱CE-1)任務的特殊性，其採用的探測器下行數據格式與 CCSDS標準存在一些差異，本發明將CE-I探測器下行數據格式採用的標準稱為類CCSDS標 準。在該類CCSDS標準下，CE-I探測器下行數據以「CCSDS701. 0-B-3高級在軌系統、網絡和 數據鏈路結構說明」標準為基礎，按位流業務處理，採用空間鏈路子網第二級業務傳遞，即(1)無空間鏈路自動重傳請求程序(Space link ARQ procedure, SLAP)；(2)無插入；(3)無導頭差錯控制；(4)無VCDU差錯控制；(5)有 Reed-Solomon(RS)編碼數據按六個虛擬信道設計，其中一個虛擬信道為空信道，專作填充用，選定後的幀 格式見下表。
權利要求
1.一種對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其特徵在於，包括解調器，用於對接收自前端的兩路中頻模擬信號分別進行中頻信道、分集合成、載波解調和碼同步處理，得到到I、Q兩路串行數據，並將該I、Q兩路串行數據和時鐘信號同時送入 CCSDS處理器；CCSDS處理器，用於對接收自解調器的I、Q兩路串行數據和時鐘信號進行幀同步、解隨 機化、RS解碼和虛擬信道數據單元提取，並給出解碼質量信息，然後進行存檔和分發處理。
2.根據權利要求1所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述解調器接收前端送來的兩路中頻模擬信號，對這兩路中頻模擬信號分別進 行輸入匹配隔離、自動增益控制放大和帶通濾波，得到兩路恆定電平的帶限信號，然後對這 兩路帶限信號進行高速模擬/數字採樣，得到兩路中頻數位訊號，接著將該兩路中頻數字 信號與本地數字載波進行正交混頻和低通濾波整形，得到I、Q兩路正交基帶信號，再對這 兩路基帶信號進行碼同步後，得到I、Q兩路串行數據，送入CCSDS處理器。
3.根據權利要求1或2所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系 統，其特徵在於，所述解調器包括依次連接的中頻信道裝置、分集合成裝置、載波解調裝置 和碼同步裝置，其中中頻信道裝置，用於對接收自前端的70MHz中頻信號進行自動增益控制放大，然後進 行模擬帶通濾波，濾除信號有效帶寬之外的頻率分量，避免採樣時發生頻譜混疊，然後依據 帶通採樣定理進行模擬/數字轉換，將模擬信號轉換為數位訊號，得到兩路數字中頻信號 送入分集合成裝置；分集合成裝置，用於對接收自中頻信道裝置的兩路數字中頻信號分別進行正交下變 頻，變為零中頻信號，然後對這兩路零中頻信號進行差模鑑相，得到兩路零中頻信號之間的 相位誤差，再將該相位誤差送入差模環路濾波器，得到兩路本地載波數字控制振蕩器的差 模控制量，再將該差模控制量與載波解調裝置送來的共模控制量合成，同時將得到的兩路 合成後的I路和Q路信號輸出給載波解調裝置；載波解調裝置，用於對接收自分集合成裝置的兩路合成後的I路和Q路信號進行載波 鑑相，鑑相結果經過環路濾波後，得到共模控制量，送至分集合成裝置，完成共模環閉環過 程；同寸，載波解調裝置將這兩路合成後的I路和Q路信號傳送給碼同步裝置；碼同步裝置，用於採用數據轉換跟蹤環路，並結合重採樣方法，對接收自載波解調裝置 的兩路合成後的I路和Q路信號首先經過重採樣，使數據樣點變為碼率整數倍，再對信號進 行同相積分和中相積分，經過碼元判決或延遲得到I路和Q路兩路串行數據和時鐘，並將該 I路和Q路兩路串行數據和時鐘輸出給CCSDS處理器。
4.根據權利要求3所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述中頻信道裝置進一步根據分集合成裝置送來的反饋控制信號控制放大增 益，實現自動增益控制。
5.根據權利要求3所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述分集合成裝置進一步使用所述兩路合成後的I路和Q路信號控制本地載波 數字控制振蕩器，實現差模閉環過程。
6.根據權利要求5所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述分集合成裝置支持二重分集合成功能，具有一分集合成環路，該分集合成環路採用對稱分集鎖相環。
7.根據權利要求6所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述對稱分集鎖相環由共模環和差模環組成，其中，共模環用於跟蹤輸入信號的 公共頻率和相位變化，實現在載波解調裝置；差模環用於跟蹤兩路輸入信號之間的頻率和 相位變化，並對稱控制兩路輸入信號的對應的本振數字控制振蕩器頻率和相位，保證兩路 信號的合成。
8.根據權利要求7所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述解調器採用對稱分集鎖相環和自動增益控制/調幅加權最大比合成器，利 用共模環跟蹤輸入信號的公共頻率和相位變化，差模環跟蹤兩路輸入信號之間的頻率和相 位變化，並對稱控制兩路輸入信號的對應的本振數字控制振蕩器頻率和相位，保證跟蹤的 連續性；同時，所述解調器將共模環和差模環的輸出作為控制信號，輸出無相位階躍，實現 快衰落信號的分集合成，避免信號深衰落造成的數據丟失。
9.根據權利要求3所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述碼同步裝置採用數據轉換跟蹤環來提取碼同步信息。
10.根據權利要求1所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，其 特徵在於，所述CCSDS處理器包括幀同步器，用於按照CCSDS幀格式對所述解調器輸入的高速串行數據流和同步時鐘 信號完成數據幀同步，產生幀同步脈衝、字同步脈衝及幀鎖定狀態指示，輸出給解隨機化單 元；解隨機化單元，用於去掉疊加在CADU上的偽隨機化數據，將幀同步以後的數據恢復成 原始數據，並輸出給數據解碼器；數據解碼器，用於對接收自解隨機化單元的數據進行RS解碼，得到糾錯後的數據，輸 出給VCDU的分路提取單元，同時送入數據緩存分發單元；VCDU分路提取單元，用於對接收自數據解碼器的RS解碼後數據，檢查VCDU主導頭中的 VCDU-ID,將VCDU按不同業務類型進行分路，去除填充VCDU，進行VCDU提取，並完成質量信 息生成，然後將提取的經過幀同步並加上時間標記的成幀數據、用戶數據和質量信息存儲 到數據緩存分發單元；數據緩存分發單元，用於存儲提取的經過幀同步並加上時間標記的成幀數據、用戶數 據和質量信息，通過CPCI總線經過數據網絡進行分發，或按照系統管理者設定的接口關 系，由數字輸入/輸出接口輸出。
11.根據權利要求10所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述幀同步器包括幀相關器、三態轉換器和字同步器，其中幀相關器，用於將串行數據與預先設置的幀同步碼組逐位實時進行相關比較，得到誤 碼個數，進而檢出串行信號中的幀同步碼組，得到搜索、校核、鎖定或極性指示信號，輸出給 三態轉換器；三態轉換器，用於對接收自幀相關器的搜索、校核、鎖定或極性指示信號進行轉換，增 強幀同步器對錯鎖和漏鎖的免疫能力；字同步器，用於利用幀同步脈衝將脈碼調製串行數據劃分成幀，在每幀的裡面，根據設 置的字長將比特流劃分成字，完成幀格式的提取，並送出字同步脈衝。
12.根據權利要求11所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述幀同步器中的工作參數為可編程控制，並具有反序同步的能力，保證對於 星載記錄器回放的需求；在幀碼組同步後，幀同步器對數據流進行處理，將反序的數據流轉 換為正序的數據流。
13.根據權利要求11所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述幀同步器以搜索態、校核態和鎖定態三態方式工作，對應於搜索、校核和 鎖定三種狀態，幀相關器分別設置有不同的容錯數，用某一狀態下的容錯數與誤碼個數作 比較，在誤碼個數小於等於容錯數時，給出檢出幀同步碼的指示，反之給出未檢出幀同步碼 的指示。
14.根據權利要求13所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述幀相關器進一步輸出一個極性指示信號，若該信號為高電平，則表示檢出 了正極性串碼信號的幀同步碼組；該信號為低電平，則表示檢出了反極性串碼信號的幀同 步碼組。
15.根據權利要求13所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述搜索、校核和鎖定三個狀態在一個時刻只有一種狀態出現，並由幀鎖定狀 態指示信號指示出來；所述三態轉換器在啟動時處於搜索態，使搜索態判決指示信號有效； 一旦該信號指示檢出，則三態轉換器轉到校核態，在校核態下，校核態判決指示信號有效， 一旦該信號指示未檢出，則回到搜索態；若連續出現指示為檢出的次數達到預置的校核幀 數，則轉到鎖定態，送出幀同步脈衝；在鎖定態下，鎖定態判決指示信號有效，若連續出現該 信號指示為未檢出的次數達到預置的鎖定幀數，則回到搜索態，否則保持鎖定態。
16.根據權利要求10所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述解隨機化單元是按照高級在軌系統標準規定的多項式要求設計的一個隨 機序列發生器，產生的隨機序列與物理信道數據單元中除同步碼組外的每一位異或，可得 到解隨機化的V⑶U。
17.根據權利要求16所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述解隨機化單元採用的隨機序列的生成多項式為F(X) = x8+x7+x5+x3+l，其 周期為255。
18.根據權利要求10所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述VCDU分路提取單元是按照業務類型提取用戶數據，完成位流業務數據的 提取，在進行VCDU分離的同時，提取VCDU主導頭中虛擬信道計數單元內容，統計虛擬信道 計數連續性，從而得到每個虛擬信道VCDU丟失情況，並將質量信息存儲到數據緩存分發單元。
19.根據權利要求10或18所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的 系統，其特徵在於，所述VCDU分路提取單元提取的質量信息包括每幀同步狀態，以及每個 虛擬信道V⑶U丟失情況。
20.根據權利要求18所述的對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統， 其特徵在於，所述位流業務是將某些對CCSDS主網來說其字邊界未知的數據通過空間鏈路 子網傳送；位流業務將來自每個空間鏈路子網用戶的位流切短成若干數據塊，這些數據塊 的大小剛好是一個指定虛擬信道數據單元的固定長度數據域；來自不同的空間鏈路子網用戶的位流不能用位流業務多路合併到一個虛擬信道上傳輸，一個虛擬信道只用於一個位流 數據源。
全文摘要
本發明公開了一種對類CCSDS標準的探測器下行數據進行解調處理的系統，包括解調器，用於對接收自前端的兩路中頻模擬信號分別進行中頻信道、分集合成、載波解調和碼同步處理，得到到I、Q兩路串行數據，並將該I、Q兩路串行數據和時鐘信號同時送入CCSDS處理器；CCSDS處理器，用於對接收自解調器的I、Q兩路串行數據和時鐘信號進行幀同步、解隨機化、RS解碼和VCDU提取，並給出解碼質量信息，然後進行存檔和分發處理。本發明是針對CE-1探測器下行數據的特殊格式，能夠滿足CE-1探測器下行數據的接收要求，併兼容CCSDS標準數據格式的解調處理，使系統具有良好的兼容性。
文檔編號H04L27/26GK102065050SQ20101029736
公開日2011年5月18日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者孔德慶, 張洪波, 朱新穎, 李俊鐸, 李春來, 蘇彥, 鄭磊 申請人:中國科學院國家天文臺