專利名稱：雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，屬于航天測(cè)控通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
基于擴(kuò)頻技術(shù)的航天測(cè)控通信系統(tǒng)的核心是將偽碼擴(kuò)頻、偽碼測(cè)距、碼分多址等數(shù)字通信技術(shù)引入到測(cè)控系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的遙測(cè)、遙控、測(cè)距、測(cè)速、跟蹤、測(cè)角、數(shù)傳等功能，完成測(cè)控任務(wù)，靠碼分多址實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)測(cè)控通信。
無(wú)線電測(cè)距原理是測(cè)量無(wú)線電波的傳輸時(shí)延。首先發(fā)射無(wú)線電波，然后測(cè)量返回信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)延τ，從而計(jì)算出目標(biāo)距離R。R與τ的關(guān)系為R＝τc/2，其中，c為無(wú)線電傳播速度(光速)。因此，測(cè)距就是測(cè)傳播時(shí)延τ。
偽碼測(cè)距是根據(jù)偽碼可復(fù)制且其自相關(guān)函數(shù)為沖擊函數(shù)這一特點(diǎn)，來(lái)測(cè)定電波傳播時(shí)延τ的。接收機(jī)在本機(jī)產(chǎn)生與發(fā)射信號(hào)相同的測(cè)距偽碼，不斷改變其相位，與帶有噪聲的接收信號(hào)進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，當(dāng)相關(guān)函數(shù)出現(xiàn)尖銳的相關(guān)峰時(shí)，本地偽碼就可完全替代接收信號(hào)，此時(shí)測(cè)量收發(fā)測(cè)距偽碼之間的時(shí)延，就是電波傳播時(shí)延τ。
相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)如下 測(cè)距模式(方法)收發(fā)端的時(shí)鐘存在時(shí)間和頻率差，必須首先獲得和(或)消除這一誤差，才能得到正確的電波傳播時(shí)延τ。通過(guò)采取選擇不同的時(shí)差/頻差處理方法，可以得到基于擴(kuò)頻技術(shù)的不同測(cè)距模式(方法)，并顯示出各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
擴(kuò)頻信號(hào)的同步和電波傳播時(shí)延的測(cè)定接收機(jī)需要在本機(jī)產(chǎn)生與發(fā)射信號(hào)相同的本地載波和本地偽碼，并進(jìn)一步從本地復(fù)現(xiàn)偽碼的相位值中提取時(shí)延信息?？梢岳面i頻環(huán)、科斯塔斯環(huán)、延遲鎖定環(huán)等方法實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻信號(hào)的同步。接收機(jī)在本地歷元時(shí)刻采樣本地復(fù)現(xiàn)偽碼的碼相位值，可以得到本機(jī)接收信號(hào)時(shí)刻相對(duì)于對(duì)方信號(hào)發(fā)射時(shí)刻的偽時(shí)延值，進(jìn)一步處理后得到真正的傳播時(shí)延。
測(cè)距精度誤差及其測(cè)試測(cè)量設(shè)備鐘差及其變化、測(cè)量設(shè)備距離變化、測(cè)量設(shè)備固有的電波傳播和信號(hào)處理時(shí)延、天線相位中心誤差、以及接收機(jī)熱噪聲和動(dòng)態(tài)應(yīng)力等因素都會(huì)給最終的距離測(cè)量精度帶來(lái)誤差，在這些誤差因素中，前4項(xiàng)屬于系統(tǒng)誤差，后一項(xiàng)屬于隨機(jī)誤差。由于誤差因素較多，很難一一分析，對(duì)于各種誤差因素給距離測(cè)量帶來(lái)的總誤差的評(píng)估，可以利用相應(yīng)的方法和檢定設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，以確定該測(cè)量設(shè)備的測(cè)距精度等指標(biāo)。
與本發(fā)明相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù) 1、基于擴(kuò)頻技術(shù)的相干測(cè)距模式 如圖1所示，在相干測(cè)距模式下，由測(cè)量設(shè)備A實(shí)現(xiàn)雙程距離測(cè)量。在設(shè)備A和設(shè)備B的信號(hào)正常同步的情況下，在某一時(shí)刻，設(shè)備A產(chǎn)生測(cè)距偽碼，調(diào)制到載波f1向設(shè)備B發(fā)射的同時(shí)，鎖存該測(cè)距偽碼的初始相位值；該時(shí)刻所發(fā)射的測(cè)距偽碼由設(shè)備B接收，并在本地生成同步于接收信號(hào)的測(cè)距偽碼，調(diào)制到載波f2后轉(zhuǎn)發(fā)；設(shè)備A對(duì)由設(shè)備B發(fā)來(lái)的測(cè)距偽碼進(jìn)行跟蹤復(fù)現(xiàn)，并將復(fù)現(xiàn)偽碼的相位與鎖存的發(fā)射偽碼初始相位進(jìn)行比較，根據(jù)二者的相位差獲得電波傳播時(shí)延。這里設(shè)備B的接收偽碼與轉(zhuǎn)發(fā)偽碼相參，二者的碼鐘頻率同步變化，即相干測(cè)距模式。
這種基于擴(kuò)頻技術(shù)的相干測(cè)距模式的缺點(diǎn)如下 (1)由于采用相干測(cè)距，兩條鏈路的信號(hào)相關(guān)，當(dāng)從設(shè)備A到設(shè)備B的鏈路信號(hào)不穩(wěn)定時(shí)，會(huì)引起另一條鏈路的失鎖，從而無(wú)法正常測(cè)距，并且調(diào)制在測(cè)距偽碼上的遙測(cè)、遙控等數(shù)據(jù)信息也無(wú)法正常傳送。
(2)這一方法最初只能在設(shè)備A這一端獲得測(cè)距結(jié)果，只有通過(guò)采用附加信息幀或在已有信息幀中添加額外信息的方法將測(cè)距結(jié)果傳送到設(shè)備B，才能實(shí)現(xiàn)測(cè)距結(jié)果的共享。
(3)這一方法要求兩條鏈路的測(cè)距碼速率、調(diào)制方式等參數(shù)保持一致，否則兩條鏈路間的時(shí)間同步較難實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)速率不對(duì)稱的雙向測(cè)控鏈路中，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了很大的不便。
(4)當(dāng)電波傳播媒介不均勻，或當(dāng)電波通過(guò)電離層時(shí)，該方法中兩條鏈路的電波傳播時(shí)延同向變化，無(wú)法對(duì)消其帶來(lái)的時(shí)延測(cè)量誤差。
2、傳統(tǒng)的測(cè)距精度誤差檢定方法 如圖2或圖3所示，檢定某一系統(tǒng)的測(cè)距精度誤差時(shí)，傳統(tǒng)的方法是將測(cè)量設(shè)備A和測(cè)量設(shè)備B裝載在實(shí)際的載體上，或者將二者通過(guò)信道模擬器相連，用來(lái)模擬兩臺(tái)測(cè)量設(shè)備間的信噪比變化、初始距離差和相對(duì)運(yùn)動(dòng)等情況；并將實(shí)際載體或信道模擬器的模擬值和設(shè)備A的測(cè)距結(jié)果連到數(shù)據(jù)記錄設(shè)備，對(duì)各次測(cè)距結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，以對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和測(cè)距精度等指標(biāo)進(jìn)行檢定。
這種傳統(tǒng)的測(cè)距精度誤差檢定方法的缺點(diǎn)是 (1)各設(shè)備相互獨(dú)立，系統(tǒng)復(fù)雜，集成度低。
(2)測(cè)距精度誤差的檢定精度受限于對(duì)實(shí)際載體運(yùn)動(dòng)情況的模擬精度，或者信道模擬器的信號(hào)時(shí)延模擬精度，誤差檢定精度一般不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
為有利于理解本發(fā)明，先將相關(guān)的原理闡述如下 雙向單程偽距測(cè)量(Dual One-way Ranging，DOWR)是現(xiàn)代航天測(cè)控中廣泛應(yīng)用的一種測(cè)距-時(shí)間比對(duì)方法，在這種方法中，兩個(gè)小衛(wèi)星(衛(wèi)星A和衛(wèi)星B)各自安裝發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，通過(guò)偽碼和載波相位測(cè)量，兩個(gè)小衛(wèi)星各自得到相對(duì)偽距，通過(guò)雙向測(cè)量消除鐘差，實(shí)現(xiàn)星間測(cè)距、時(shí)間同步和數(shù)據(jù)交互。
雙向單程偽距測(cè)量原理如4所示。
在圖4中，終端A和終端B分別以自身時(shí)鐘為基準(zhǔn)發(fā)射前向測(cè)距信號(hào)和反向測(cè)距信號(hào)，由于雙方時(shí)間不一致，雙方發(fā)送的測(cè)距信號(hào)幀同步之間存在鐘差Δt。在終端A，通過(guò)捕獲跟蹤反向測(cè)距信號(hào)可以得到前向測(cè)距信號(hào)幀同步與反向測(cè)距信號(hào)幀同步之間的時(shí)延T1，該時(shí)延除了包括終端B與終端A天線間的電磁波傳播時(shí)延τ外，還包括終端B的發(fā)射設(shè)備時(shí)延t2、終端A的接收設(shè)備時(shí)延r1和終端B與終端A間的鐘差Δt，其關(guān)系為 T1＝t2+τ+r1+Δt(3.1) 同理，終端B可以測(cè)量得到時(shí)延T2，其時(shí)間關(guān)系 T2＝t1+τ+r2-Δt(3.2) 由以上兩式即可得到終端A和終端B間的真實(shí)距離和鐘差 設(shè)t12＝t1+r2，t21＝t2+r1，則 在工作中，A星和B星的測(cè)距-時(shí)間比對(duì)和數(shù)據(jù)交換過(guò)程完全相同，以A星為例，將A星測(cè)量的偽距測(cè)量值(實(shí)際實(shí)現(xiàn)用A星測(cè)到的本地時(shí)延測(cè)量值T1計(jì)算)代入方程(3.1)，同時(shí)利用接收到的B星傳輸幀勤務(wù)段內(nèi)偽距數(shù)據(jù)(B星發(fā)出傳輸幀頭時(shí)刻測(cè)得的B星本地偽距測(cè)量值，實(shí)際實(shí)現(xiàn)用B星測(cè)到的本地時(shí)延測(cè)量值T2計(jì)算)帶入方程(3.2)。方程(3.5)和方程(3.6)分別給出了A星-B星間距離、和鐘差的計(jì)算公式。
在測(cè)量中，T1和T2可以分別從終端A和終端B的碼跟蹤環(huán)中提取(通過(guò)載波相位平滑偽距技術(shù)提高精度)，并嵌入到傳輸幀勤務(wù)段數(shù)據(jù)區(qū)內(nèi)，通過(guò)星-星數(shù)據(jù)交換鏈路向?qū)Ψ桨l(fā)送。由于單向傳播時(shí)延t12和t21可以通過(guò)標(biāo)校得到，從而通過(guò)雙向單程偽距測(cè)量即可得到準(zhǔn)確的距離和時(shí)間比對(duì)測(cè)量值。
雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端的單程偽距測(cè)量方法與GPS偽距測(cè)量過(guò)程相同終端A的碼跟蹤環(huán)在鎖定后輸出幀同步、數(shù)據(jù)位、位計(jì)數(shù)M，以及整數(shù)碼相位N和小數(shù)碼相位R，這樣終端A可計(jì)算得到本地幀發(fā)射幀同步時(shí)刻與接收到B發(fā)射幀幀同步時(shí)刻的時(shí)延測(cè)量值 公式(3.7)就是用時(shí)延表示的終端A本地偽距計(jì)算公式。
強(qiáng)調(diào)此方法計(jì)算獲得的距離是B星發(fā)出傳輸幀頭時(shí)刻A星B星之間的距離值，每收到B星發(fā)出的幀頭就輸出一次新的距離值，幀長(zhǎng)為0.2s，因此距離計(jì)算值輸出率為5Hz。
本發(fā)明一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，包括功能和性能指標(biāo)完全相同的兩套終端，兩套終端設(shè)備各自的射頻輸入/輸出均為140MHz，通過(guò)中頻(或上/下變頻擴(kuò)展后的射頻)有線連接可實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸、測(cè)距和時(shí)差測(cè)量等功能。兩套終端可直接互聯(lián)實(shí)現(xiàn)自環(huán)檢測(cè)和相互標(biāo)校，實(shí)現(xiàn)兩套終端(衛(wèi)星-衛(wèi)星間)的微波雙向測(cè)距-時(shí)間比對(duì)功能。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可靠性和可測(cè)性等設(shè)計(jì)原則，每一套終端具體包括 頻率基準(zhǔn)； 射頻前端，包含噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道； 中頻信號(hào)處理機(jī)； 機(jī)箱； 顯控系統(tǒng)； 電源配電器；及 LAN轉(zhuǎn)接模塊。
整個(gè)處理終端的配置為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜緊固的4U機(jī)箱后背板接頭互聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述的頻率基準(zhǔn)、發(fā)射通道、接收通道、中頻信號(hào)處理機(jī)和電源配電器安裝在標(biāo)準(zhǔn)的4U的機(jī)箱內(nèi)，顯控系統(tǒng)計(jì)劃配置外置筆記本和顯控軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)LAN轉(zhuǎn)接模塊與外界交互。
1、頻率基準(zhǔn)的設(shè)計(jì) 頻率基準(zhǔn)子系統(tǒng)置于4U機(jī)箱內(nèi)，獨(dú)立供電外接220VAC，并通過(guò)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件上的的SMA、BNC、DB9的接頭與雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端主機(jī)箱的后面板的SMA、BNC、DB9的接頭聯(lián)接。頻率基準(zhǔn)提供 [1]頻率基準(zhǔn)子系統(tǒng)向主機(jī)箱輸出1路10MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)； [2]主機(jī)箱對(duì)外輸出4路10MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)、1路可調(diào)1PPS、1路可調(diào)1PPM基準(zhǔn)脈沖信號(hào)、1路相對(duì)基準(zhǔn)源固定相位的1PPS信號(hào)；主機(jī)箱提供1PPS、1PPM的外部調(diào)整接口。
所述的射頻基準(zhǔn)系統(tǒng)選擇Stanford的HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為系統(tǒng)頻率基準(zhǔn)。
(1)HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的工作原理 銣原子頻標(biāo)原理框圖見(jiàn)圖5，主要由電源單元，銣原子振蕩器單元，銣原子振蕩器鎖定狀態(tài)及各路輸出狀態(tài)檢測(cè)電路，N個(gè)整形、分配單元，M個(gè)整形、放大、匹配單元組成。
銣原子振蕩器單元提供秒同步輸出、鎖定信號(hào)輸出、10MHz信號(hào)輸出；當(dāng)銣原子振蕩器鎖定信號(hào)輸出有效時(shí)，其輸出10MHz信號(hào)的準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、老化率等指標(biāo)，滿足出廠技術(shù)指標(biāo)；整形、分配單元主要是為整形、放大、匹配單元提供基準(zhǔn)信號(hào)；整形、放大、匹配單元提供輸出信號(hào)；銣原子振蕩器鎖定狀態(tài)及各路輸出狀態(tài)檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提供本機(jī)的工作狀態(tài)信息，并可通過(guò)兩個(gè)彼此獨(dú)立的RS232串口發(fā)送工作狀態(tài)信息。
(2)HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的功能

銣原子頻標(biāo)提供六路10MHz信號(hào)；

銣原子頻標(biāo)提供兩路秒脈沖輸出；

銣原子頻標(biāo)提供一個(gè)RS232串口，用于輸出工作狀態(tài)信息和配置設(shè)備參數(shù)；

銣原子頻標(biāo)提供一個(gè)外同步秒輸入端，用于自動(dòng)校頻。


銣原子頻標(biāo)提供鎖定信號(hào)指示燈、六路10MHz信號(hào)的輸出狀態(tài)指示燈、兩路1pps信號(hào)的輸出狀態(tài)指示燈、同步狀態(tài)指示燈、電源開(kāi)關(guān)及其指示燈；

銣原子頻標(biāo)提供交流電源工作方式。
2、射頻前端的設(shè)計(jì)方案 射頻前端子系統(tǒng)主要由噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道等四部分組成。
其中，頻率綜合部分，共需要三個(gè)PLL頻率合成器，分別產(chǎn)生頻率分別為115MHz、155MHz、62MHz的本振信號(hào)。主要模塊包括基準(zhǔn)頻率、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、分頻器等部分。壓控振蕩器主路輸出為本振源信號(hào)輸出，副路經(jīng)過(guò)可編程分頻器進(jìn)行分頻，然后送到鑒頻鑒相器和參考信號(hào)進(jìn)行鑒頻鑒相。鑒頻鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通環(huán)路濾波器后輸出直流控制信號(hào)，送到壓控振蕩器的控制端，控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的變化。整個(gè)頻率綜合部分為閉環(huán)鎖相控制系統(tǒng)。在工作中，PLL頻率合成器輸出PLL鎖定狀態(tài)指示信號(hào)，信號(hào)電平LVTTL，“1”表示鎖定，“0”表示失鎖，由中頻信號(hào)處理機(jī)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)。
其中，噪聲源部分，噪聲源產(chǎn)生器產(chǎn)生寬帶低功率噪聲信號(hào)，對(duì)此信號(hào)先進(jìn)行帶通濾波，再進(jìn)入帶自動(dòng)增益控制的放大器進(jìn)行放大，然后通過(guò)數(shù)控衰減器進(jìn)行幅度步進(jìn)控制，最后輸出滿足用戶指標(biāo)要求的噪聲信號(hào)。
其中，發(fā)射通道部分，主要由混頻器，BPSK調(diào)制器，帶通濾波器，帶自動(dòng)增益控制(AGC)放大器、功率合成器、功分器、衰減器等模塊組成。中頻信號(hào)處理機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器輸出反映多普勒偏移的中心頻率25MHz的單載波信號(hào)，進(jìn)入混頻器，與115MHz本振信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生140MHz載波信號(hào)。140MHz載波信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器和帶自動(dòng)增益控制的放大器，然后經(jīng)過(guò)功分器分成兩路，一路直接輸出頻率140MHz、電平3dBm載波信號(hào)，一路進(jìn)入BPSK調(diào)制器，對(duì)由中頻信號(hào)處理機(jī)輸入的基帶擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行直接調(diào)制。BPSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器和AGC放大器，輸出幅度恒定的調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)進(jìn)入功率合成器，與噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號(hào)合成，輸出一定信噪比的調(diào)制信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)功率分配器分成兩路，經(jīng)衰減器進(jìn)行幅度衰減后，輸出BPSK調(diào)制信號(hào)，中心頻率140MHz，電平-20dBm。
其中，接收通道部分，主要由帶通濾波器、帶自動(dòng)增益控制(AGC)放大器、混頻器、低通濾波器以及檢波器等模塊組成。對(duì)接收到的信號(hào)先進(jìn)行帶通濾波，再進(jìn)入帶自動(dòng)增益控制的放大器進(jìn)行放大，然后與155MHz的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)過(guò)濾波和放大，最后輸出中心頻率為15MHz的中頻信號(hào)，輸出穩(wěn)定在0dBm～3dBm。
3、中頻信號(hào)處理機(jī)的設(shè)計(jì) 中頻信號(hào)處理機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)發(fā)送功能/數(shù)據(jù)接收功能的中頻數(shù)字信號(hào)處理部分和測(cè)距-時(shí)間比對(duì)處理，以及各種時(shí)鐘頻率/時(shí)間基準(zhǔn)的產(chǎn)生。中頻信號(hào)處理機(jī)是系統(tǒng)的重要組成部分，主要由時(shí)鐘分配、A/D和D/A變換、接口控制和數(shù)字信號(hào)處理部分等組成，其中數(shù)字信號(hào)處理部分采用XILINX公司的大規(guī)模FPGA XC4VSX55和TI公司的高性能浮點(diǎn)DSPTMS320C6701實(shí)現(xiàn)。
在中頻信號(hào)處理機(jī)，射頻前端輸出的62MHz時(shí)鐘其中一路作為FPGA的工作時(shí)鐘，另一路經(jīng)過(guò)放大、差分后作為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。15MHz中頻輸出信號(hào)經(jīng)放大、差分后進(jìn)入高性能A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD6645。AD6645轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)后進(jìn)入FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。
由FPGA和DSP組成的數(shù)字信號(hào)處理電路主要完成捕獲、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)、雙向測(cè)距、時(shí)間比對(duì)和數(shù)據(jù)調(diào)制等數(shù)字信號(hào)處理工作。中頻信號(hào)處理機(jī)通過(guò)RS232接口與LAN接口控制電路實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制終端間的通信，通過(guò)數(shù)據(jù)交互可實(shí)現(xiàn)控制命令和發(fā)送原始數(shù)據(jù)的下傳、測(cè)量結(jié)果和接收原始數(shù)據(jù)的上傳，從而在遠(yuǎn)程控制終端完成各種控制、顯示和誤碼率測(cè)試等工作。
為了模擬多普勒，在遠(yuǎn)程操作終端，原始數(shù)據(jù)經(jīng)LAN接口控制電路下傳至中頻信號(hào)處理機(jī)，根據(jù)遠(yuǎn)程操作終端的多普勒模擬控制，中頻信號(hào)處理機(jī)采用載波NCO+D/A和碼NCO+D/A的方式同時(shí)控制載波和碼多普勒頻率模擬，其中將包含多普勒的25MHz正弦信號(hào)輸出至射頻前端，通過(guò)上變頻輸出140MHz射頻信號(hào)，將包含多普勒的5MHz正弦信號(hào)經(jīng)濾波、比較等處理后輸出包含多普勒的5MHz碼時(shí)鐘，用于產(chǎn)生發(fā)射偽碼。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，中頻信號(hào)處理機(jī)同時(shí)輸出各種包含TTL電平和LVDS電平的1PPS和1PPM時(shí)鐘信號(hào)。
為了便于調(diào)試，中頻信號(hào)處理機(jī)設(shè)置狀態(tài)顯示接口，通過(guò)面板顯示終端各種狀態(tài)。
4、機(jī)箱的設(shè)計(jì) 該處理終端采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊置于4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱之內(nèi)，各模塊之間通過(guò)接插件連接，方便安裝和拆卸，機(jī)箱內(nèi)部布局如圖7所示。
在機(jī)箱內(nèi)部采用分層放置的方法，電源配電器、噪聲源、頻率基準(zhǔn)子系統(tǒng)和射頻前端緊貼機(jī)箱底板，同時(shí)利用機(jī)箱底板進(jìn)行散熱，LAN轉(zhuǎn)接模塊和中頻信號(hào)處理機(jī)放置在上層，這樣便于安裝和調(diào)試。
機(jī)箱前面板主要安裝重要的開(kāi)關(guān)和各種狀態(tài)指示燈，布局如圖8所示。具體包括電源開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)、內(nèi)時(shí)鐘源指示燈、內(nèi)部噪聲源指示燈、載波鎖定及偽碼鎖定指示燈。
機(jī)箱后面板主要設(shè)置各種接口140M接口、10M接口、噪聲接口、數(shù)據(jù)接口、秒信號(hào)接口、邏輯接口及電源。如圖9所示。
5、顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 顯控系統(tǒng)包括主機(jī)箱內(nèi)置的顯控信息處理電路板、顯控計(jì)算機(jī)及其互聯(lián)接口、對(duì)外接口。通過(guò)運(yùn)行在PC機(jī)的控制軟件和顯示軟件，顯控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及誤碼率測(cè)試等功能；響應(yīng)用戶要求給出各種中間數(shù)據(jù)結(jié)果，完成各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、比較和顯示。
主要的接口包括 [1]主機(jī)箱顯控信息處理電路板與主機(jī)箱內(nèi)其它功能電路板的數(shù)據(jù)接口； [2]顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與主機(jī)箱顯控信息處理電路板的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口； [3]顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口； [4]主機(jī)箱顯控信息處理電路板與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-422數(shù)據(jù)接口； [5]顯控系統(tǒng)的LAN以太網(wǎng)接口。
根據(jù)雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端研制技術(shù)要求，顯示控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能

具有數(shù)據(jù)接口，能夠完成信息輸入/輸出和人機(jī)交互控制功能；整機(jī)工作狀況顯示和控制功能；

控制雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端進(jìn)行動(dòng)態(tài)信道模擬及參數(shù)設(shè)定；

測(cè)量信息的存儲(chǔ)與顯示功能；

各種中間過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示功能；

各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析等后處理。
為了更好的發(fā)揮雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端的功能，并考慮到操作與攜帶的方便性，以筆記本電腦作為顯控計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸接口使用10/100M以太網(wǎng)接口，目的是使得處理終端可以在一定時(shí)間內(nèi)傳送更多的測(cè)試數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析?？紤]到系統(tǒng)的擴(kuò)展，顯控計(jì)算機(jī)預(yù)留了可擴(kuò)展的USB2.0接口。顯控計(jì)算機(jī)使用Windows 2000操作系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了基于Windows 2000操作系統(tǒng)的文件管理軟件、圖形顯示軟件、控制軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議管理軟件。在軟件設(shè)計(jì)方面充分考慮到數(shù)據(jù)備份的重要性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、具備死機(jī)后自動(dòng)重啟動(dòng)等多種自我保護(hù)功能。
6、電源配電器的設(shè)計(jì) 電源配電器為主機(jī)箱提供配電，外接220VAC市電，配置單塊電路板插在主機(jī)箱母線背板上。電源配電器為主機(jī)箱內(nèi)四塊電路板獨(dú)立提供二次電源，劃分為4個(gè)獨(dú)立的供配電單元，根據(jù)各電路板不同對(duì)電壓種類和品質(zhì)的要求進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。在每個(gè)供配電單元中包括變壓器、EMI濾波器、AC/DC變換器、輸出穩(wěn)壓/濾波、終端電壓三端穩(wěn)壓/濾波輸出。各供配電單元通過(guò)磁珠單點(diǎn)共地，抑制不同電路板的地線之間互擾。
本發(fā)明雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其優(yōu)點(diǎn)及功效在于 (1)設(shè)備簡(jiǎn)單、集成度高； (2)將通信、測(cè)距、時(shí)間比對(duì)在統(tǒng)一信道內(nèi)完成，節(jié)省頻帶資源； (3)雙向測(cè)距雙發(fā)各自都在本地知道測(cè)距結(jié)果，不需通過(guò)采用附加信息幀或在已有信息幀中添加額外信息的方法將測(cè)距結(jié)果傳送到對(duì)方設(shè)備； (4)當(dāng)電波傳播媒介不均勻，或當(dāng)電波通過(guò)電離層時(shí)，雙向測(cè)距的兩條鏈路的電波傳播時(shí)延反向變化，可以對(duì)消其帶來(lái)的時(shí)延測(cè)量誤差； (5)采用偽碼測(cè)距體制，測(cè)距精度高； (6)具備在發(fā)射通道模擬動(dòng)態(tài)和時(shí)延功能，用以定量檢測(cè)接收終端性能。


圖1所示為基于擴(kuò)頻技術(shù)的相干測(cè)距模式； 圖2所示為傳統(tǒng)的測(cè)距精度誤差檢定方法1； 圖3所示為傳統(tǒng)的測(cè)距精度誤差檢定方法2； 圖4所示為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)圖； 圖5所示為雙向單程偽距測(cè)量原理； 圖6所示為銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)原理框圖； 圖7所示為機(jī)箱內(nèi)部布局框圖； 圖8所示為前面板布局示意圖； 圖9所示為后面板布局示意圖； 具體實(shí)施例方式 本發(fā)明一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、可靠性和可測(cè)性等設(shè)計(jì)原則，具體包括(如圖6所示) 頻率基準(zhǔn)； 射頻前端，包含噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道； 中頻信號(hào)處理機(jī)； 機(jī)箱； 顯控系統(tǒng)；及 電源配電器。
整個(gè)處理終端的配置為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜緊固的4U機(jī)箱后背板接頭互聯(lián)結(jié)構(gòu)；頻率基準(zhǔn)、發(fā)射通道、接收通道、中頻信號(hào)處理機(jī)和電源配電器安裝在4U的機(jī)箱內(nèi)，顯控系統(tǒng)計(jì)劃配置外置筆記本和顯控軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)LAN轉(zhuǎn)接模塊與外界交互。
1、頻率基準(zhǔn)的設(shè)計(jì) 頻率基準(zhǔn)子系統(tǒng)置在系統(tǒng)的4U機(jī)箱內(nèi)，獨(dú)立供電外接220VAC，并通過(guò)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件上的SMA、BNC、DB9的接頭與雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端主機(jī)箱的后面板的SMA、BNC、DB9的接頭聯(lián)接。頻率基準(zhǔn)提供 [1]頻率基準(zhǔn)子系統(tǒng)向主機(jī)箱輸出1路10MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)； [2]主機(jī)箱對(duì)外輸出4路10MHz基準(zhǔn)頻率信號(hào)、1路可調(diào)1PPS、1路可調(diào)1PPM基準(zhǔn)脈沖信號(hào)、1路相對(duì)基準(zhǔn)源固定相位的1PPS信號(hào)；主機(jī)箱提供1PPS、1PPM的外部調(diào)整接口。
所述的射頻基準(zhǔn)系統(tǒng)選擇Stanford的HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為系統(tǒng)頻率基準(zhǔn)。
(1)HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的工作原理 銣原子頻標(biāo)原理框圖見(jiàn)圖6，主要由電源單元，銣原子振蕩器單元，銣原子振蕩器鎖定狀態(tài)及各路輸出狀態(tài)檢測(cè)電路，N個(gè)整形、分配單元，M個(gè)整形、放大、匹配單元組成。
銣原子振蕩器單元提供秒同步輸出、鎖定信號(hào)輸出、10MHz信號(hào)輸出；當(dāng)銣原子振蕩器鎖定信號(hào)輸出有效時(shí)，其輸出10MHz信號(hào)的準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度、老化率等指標(biāo)，滿足出廠技術(shù)指標(biāo)；整形、分配單元主要是為整形、放大、匹配單元提供基準(zhǔn)信號(hào)；整形、放大、匹配單元提供輸出信號(hào)；銣原子振蕩器鎖定狀態(tài)及各路輸出狀態(tài)檢測(cè)電路，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)提供本機(jī)的工作狀態(tài)信息，并可通過(guò)兩個(gè)彼此獨(dú)立的RS232串口發(fā)送工作狀態(tài)信息。
(2)HT5502銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的功能

銣原子頻標(biāo)提供六路10MHz信號(hào)；

銣原子頻標(biāo)提供兩路秒脈沖輸出；

銣原子頻標(biāo)提供一個(gè)RS232串口，用于輸出工作狀態(tài)信息和配置設(shè)備參數(shù)；

銣原子頻標(biāo)提供一個(gè)外同步秒輸入端，用于自動(dòng)校頻。


銣原子頻標(biāo)提供鎖定信號(hào)指示燈、六路10MHz信號(hào)的輸出狀態(tài)指示燈、兩路1pps信號(hào)的輸出狀態(tài)指示燈、同步狀態(tài)指示燈、電源開(kāi)關(guān)及其指示燈；

銣原子頻標(biāo)提供交流電源工作方式。
2、射頻前端的設(shè)計(jì)方案 射頻前端子系統(tǒng)主要由噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道等四部分組成。
其中，頻率綜合部分，共需要三個(gè)PLL頻率合成器，分別產(chǎn)生頻率分別為115MHz、155MHz、62MHz的本振信號(hào)。主要模塊包括基準(zhǔn)頻率、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、分頻器等部分。壓控振蕩器主路輸出為本振源信號(hào)輸出，副路經(jīng)過(guò)可編程分頻器進(jìn)行分頻，然后送到鑒頻鑒相器和參考信號(hào)進(jìn)行鑒頻鑒相。鑒頻鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)環(huán)路低通濾波器后輸出直流控制信號(hào)，送到壓控振蕩器的控制端，控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的變化。整個(gè)頻綜系統(tǒng)為閉環(huán)鎖相控制系統(tǒng)。在工作中，PLI頻率合成器輸出PLL鎖定狀態(tài)指示信號(hào)，信號(hào)電平LVTTL，“1”表示鎖定，“0”表示失鎖，由中頻信號(hào)處理機(jī)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)。
其中，噪聲源部分，噪聲源產(chǎn)生器產(chǎn)生寬帶低功率噪聲信號(hào)，對(duì)此信號(hào)先進(jìn)行帶通濾波，再進(jìn)入帶自動(dòng)增益控制的放大器進(jìn)行放大，然后通過(guò)數(shù)控衰減器進(jìn)行幅度步進(jìn)控制，最后輸出滿足用戶指標(biāo)要求的噪聲信號(hào)。
其中，發(fā)射通道部分，主要由混頻器，BPSK調(diào)制器，帶通濾波器，帶AGC放大器、功率合成器、功分器、衰減器等模塊組成。中頻信號(hào)處理機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器輸出反映多普勒偏移的中心頻率25MHz的單載波信號(hào)，進(jìn)入混頻器，與115MHz本振信號(hào)進(jìn)行混頻，產(chǎn)生140MHz載波信號(hào)。140MHz載波信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器和帶自動(dòng)增益控制的放大器，然后經(jīng)過(guò)功分器分成兩路，一路直接輸出頻率140MHz、電平3dBm載波信號(hào)，一路進(jìn)入BPSK調(diào)制器，對(duì)由中頻信號(hào)處理機(jī)輸入的基帶擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行直接調(diào)制。BPSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)入帶通濾波器和AGC放大器，輸出幅度恒定的調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)進(jìn)入功率合成器，與噪聲源產(chǎn)生的噪聲信號(hào)合成，輸出一定信噪比的調(diào)制信號(hào)。然后經(jīng)過(guò)功率分配器分成兩路，經(jīng)衰減器進(jìn)行幅度衰減后，輸出BPSK調(diào)制信號(hào)，中心頻率140MHz，電平-20dBm。
其中，接收通道部分，主要由帶通濾波器、帶AGC放大器、混頻器、低通濾波器以及檢波器等模塊組成。對(duì)接收到的信號(hào)先進(jìn)行帶通濾波，再進(jìn)入帶自動(dòng)增益控制的放大器進(jìn)行放大，然后與155MHz的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，經(jīng)過(guò)濾波和放大，最后輸出中心頻率為15MHz的中頻信號(hào)，輸出穩(wěn)定在0dBm～3dBm。
需要進(jìn)一步說(shuō)明的是對(duì)EMC設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì) 整個(gè)射頻前端系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，需要仔細(xì)考慮可靠性、電磁兼容性等方面的設(shè)計(jì)技術(shù)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能避免或減少電磁干擾(EMI)的發(fā)生，使EMI控制在最小的范圍內(nèi)，從而使系統(tǒng)具有良好的電磁兼容性。
具體措施是盡可能選擇相互干擾小的器件、電路，各器件要降額使用，并進(jìn)行合理的布局，同時(shí)通過(guò)接地、屏蔽及濾波等技術(shù)予以隔離和抑制。系統(tǒng)中，電源輸入端設(shè)有電源濾波器，每個(gè)部件電源的進(jìn)出線都經(jīng)過(guò)穿心電容器濾波。本振源、BPSK調(diào)制器、功放、濾波器及電源等各個(gè)模塊之間都有隔墻隔開(kāi)，以防信號(hào)互相干擾，減少輻射泄露。
3、中頻信號(hào)處理機(jī)的設(shè)計(jì) 中頻信號(hào)處理機(jī)，主要完成數(shù)據(jù)發(fā)送功能/數(shù)據(jù)接收功能的中頻數(shù)字信號(hào)處理部分和測(cè)距-時(shí)間比對(duì)處理，以及各種時(shí)鐘頻率/時(shí)間基準(zhǔn)的產(chǎn)生。中頻信號(hào)處理機(jī)是系統(tǒng)的重要組成部分，主要由時(shí)鐘分配、A/D和D/A變換、接口控制和數(shù)字信號(hào)處理部分等組成，其中數(shù)字信號(hào)處理部分采用XILINX公司的大規(guī)模FPGA XC4VSX55和TI公司的高性能浮點(diǎn)DSPTMS320C6701實(shí)現(xiàn)。
在中頻信號(hào)處理機(jī)，射頻前端輸出的62MHz時(shí)鐘其中一路作為FPGA的工作時(shí)鐘，另一路經(jīng)過(guò)放大、差分后作為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)鐘。15MHz中頻輸出信號(hào)經(jīng)放大、差分后進(jìn)入高性能A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD6645。AD6645轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離驅(qū)動(dòng)后進(jìn)入FPGA進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理。
由FPGA和DSP組成的數(shù)字信號(hào)處理電路主要完成捕獲、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)、雙向測(cè)距、時(shí)間比對(duì)和數(shù)據(jù)調(diào)制等數(shù)字信號(hào)處理工作。中頻信號(hào)處理機(jī)通過(guò)RS232接口與LAN接口控制電路實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)程控制終端間的通信，通過(guò)數(shù)據(jù)交互可實(shí)現(xiàn)控制命令和發(fā)送原始數(shù)據(jù)的下傳、測(cè)量結(jié)果和接收原始數(shù)據(jù)的上傳，從而在遠(yuǎn)程控制終端完成各種控制、顯示和誤碼率測(cè)試等工作。
為了模擬多普勒，在遠(yuǎn)程操作終端，原始數(shù)據(jù)經(jīng)LAN接口控制電路下傳至中頻信號(hào)處理機(jī)，根據(jù)遠(yuǎn)程操作終端的多普勒模擬控制，中頻信號(hào)處理機(jī)采用載波NCO+D/A和碼NCO+D/A的方式同時(shí)控制載波和碼多普勒頻率模擬，其中將包含多普勒的25MHz正弦信號(hào)輸出至射頻前端，通過(guò)上變頻輸出140MHz射頻信號(hào)，將包含多普勒的5MHz正弦信號(hào)經(jīng)濾波、比較等處理后輸出包含多普勒的5MHz碼時(shí)鐘，用于產(chǎn)生發(fā)射偽碼。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，中頻信號(hào)處理機(jī)同時(shí)輸出各種包含TTL電平和LVDS電平的1PPS和1PPM時(shí)鐘信號(hào)。
為了便于調(diào)試，中頻信號(hào)處理機(jī)設(shè)置狀態(tài)顯示接口，通過(guò)面板顯示終端各種狀態(tài)。
4、機(jī)箱的設(shè)計(jì) 終端采用模塊化設(shè)計(jì)，各功能模塊置于4U標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱之內(nèi)，各模塊之間通過(guò)接插件連接，方便安裝和拆卸，機(jī)箱內(nèi)部布局如圖7所示。
在機(jī)箱內(nèi)部采用分層放置的方法，電源配電器、噪聲源、頻率基準(zhǔn)子和射頻前端緊貼機(jī)箱底板，同時(shí)利用機(jī)箱底板進(jìn)行散熱，LAN轉(zhuǎn)接模塊和中頻信號(hào)處理機(jī)放置在上層，這樣便于安裝和調(diào)試。
機(jī)箱前面板主要安裝重要的開(kāi)關(guān)和各種狀態(tài)指示燈，布局如圖8所示。具體包括電源開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)、內(nèi)時(shí)鐘源指示燈、內(nèi)部噪聲源指示燈、載波鎖定及偽碼鎖定指示燈。
機(jī)箱后面板主要設(shè)置各種接口140M接口、10M接口、噪聲接口、數(shù)據(jù)接口、秒信號(hào)接口、邏輯接口及電源。如圖9所示。
5、顯控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 顯控系統(tǒng)包括主機(jī)箱內(nèi)置的顯控信息處理電路板、顯控計(jì)算機(jī)(筆記本電腦)及其互聯(lián)接口、對(duì)外接口。通過(guò)運(yùn)行在PC機(jī)的控制軟件和顯示軟件，主控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及誤碼率測(cè)試等功能；響應(yīng)用戶要求給出各種中間數(shù)據(jù)結(jié)果，完成各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、比較和顯示。
主要的接口包括 [1]主機(jī)箱顯控電路板與主機(jī)箱內(nèi)其它功能電路板的數(shù)據(jù)接口； [2]顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與主機(jī)箱顯控電路板的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口； [3]顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口； [4]主機(jī)箱顯控電路板與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-422數(shù)據(jù)接口； [5]顯控系統(tǒng)的LAN以太網(wǎng)接口。
根據(jù)雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端研制技術(shù)要求，顯示控制系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能

具有數(shù)據(jù)接口，能夠完成信息輸入/輸出和人機(jī)交互控制功能；整機(jī)工作狀況顯示和控制功能；

控制雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端進(jìn)行動(dòng)態(tài)信道模擬及參數(shù)設(shè)定；

測(cè)量信息的存儲(chǔ)與顯示功能；

各種中間過(guò)程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與顯示功能；

各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、分析等后處理。
為了更好的發(fā)揮雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端的功能，并考慮到操作與攜帶的方便性，以筆記本電腦作為顯控計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)傳輸接口使用10/100M以太網(wǎng)接口，目的是使得處理終端可以在一定時(shí)間內(nèi)傳送更多的測(cè)試數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析?？紤]到系統(tǒng)的擴(kuò)展，顯控計(jì)算機(jī)預(yù)留了可擴(kuò)展的USB2.0接口。顯控計(jì)算機(jī)使用Windows 2000操作系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了基于Windows 2000操作系統(tǒng)的文件管理軟件、圖形顯示軟件、控制軟件和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議管理軟件。在軟件設(shè)計(jì)方面充分考慮到數(shù)據(jù)備份的重要性、系統(tǒng)的穩(wěn)定性、具備死機(jī)后自動(dòng)重啟動(dòng)等多種自我保護(hù)功能。
6、電源配電器的設(shè)計(jì) 雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端的電源配電器為主機(jī)箱提供配電，外接220VAC市電，配置單塊電路板插在主機(jī)箱母線背板上。電源配電器為主機(jī)箱內(nèi)四塊電路板獨(dú)立提供二次電源，劃分為4個(gè)獨(dú)立的供配電單元，根據(jù)各電路板不同對(duì)電壓種類和品質(zhì)的要求進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。在每個(gè)供配電單元中包括變壓器、EMI濾波器、AC/DC變換器、輸出穩(wěn)壓/濾波、終端電壓三端穩(wěn)壓/濾波輸出。各供配電單元通過(guò)磁珠單點(diǎn)共地，抑制不同電路板的地線之間互擾。
權(quán)利要求
1. 一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于其包括功能和性能指標(biāo)完全相同的兩套終端，兩套終端設(shè)備各自的射頻輸入/輸出均為140MHz，通過(guò)中頻或上/下變頻擴(kuò)展后的射頻有線連接實(shí)現(xiàn)雙向信息傳輸、測(cè)距和時(shí)差測(cè)量等功能；兩套終端可直接互聯(lián)實(shí)現(xiàn)自環(huán)檢測(cè)和相互標(biāo)校，實(shí)現(xiàn)兩套終端的微波雙向測(cè)距-時(shí)間比對(duì)功能；
所述的每一套終端具體包括
頻率基準(zhǔn)；
射頻前端，包含噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道；
中頻信號(hào)處理機(jī)；
機(jī)箱；
顯控系統(tǒng)；
電源配電器；及
LAN轉(zhuǎn)接模塊；
整個(gè)處理終端的配置為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜緊固的4U機(jī)箱后背板接頭互聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述的頻率基準(zhǔn)、發(fā)射通道、接收通道、中頻信號(hào)處理機(jī)和電源配電器安裝在標(biāo)準(zhǔn)的4U的機(jī)箱內(nèi)，顯控系統(tǒng)計(jì)劃配置外置筆記本和顯控軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)LAN轉(zhuǎn)接模塊與外界交互；
所述的頻率基準(zhǔn)置于4U機(jī)箱內(nèi)，獨(dú)立供電外接220VAC，并通過(guò)子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)件上的SMA、BNC、DB9的接頭與雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端主機(jī)箱的后面板的SMA、BNC、DB9的接頭聯(lián)接；
所述的射頻前端子系統(tǒng)主要由噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道等四部分組成；所述的頻率綜合部分，共需要三個(gè)PLL頻率合成器，分別產(chǎn)生頻率分別為115MHz、155MHz、62MHz的本振信號(hào)；所述的噪聲源產(chǎn)生器產(chǎn)生寬帶低功率噪聲信號(hào)，對(duì)此信號(hào)先進(jìn)行帶通濾波，再進(jìn)入帶自動(dòng)增益控制的放大器進(jìn)行放大，然后通過(guò)數(shù)控衰減器進(jìn)行幅度步進(jìn)控制，最后輸出滿足用戶指標(biāo)要求的噪聲信號(hào)；所述的發(fā)射通道部分，主要由混頻器，BPSK調(diào)制器，帶通濾波器，帶自動(dòng)增益控制放大器、功率合成器、功分器、衰減器等模塊組成；所述的接收通道部分，主要由帶通濾波器、帶自動(dòng)增益控制放大器、混頻器、低通濾波器以及檢波器等模塊組成；
所述的中頻信號(hào)處理機(jī)，主要由時(shí)鐘分配、A/D和D/A變換、接口控制和數(shù)字信號(hào)處理部分組成；主要完成數(shù)據(jù)發(fā)送功能/數(shù)據(jù)接收功能的中頻數(shù)字信號(hào)處理部分和測(cè)距-時(shí)間比對(duì)處理，以及各種時(shí)鐘頻率/時(shí)間基準(zhǔn)的產(chǎn)生；
所述的機(jī)箱，在其內(nèi)部采用分層放置的方法，電源配電器、噪聲源、頻率基準(zhǔn)和射頻前端緊貼機(jī)箱底板，同時(shí)利用機(jī)箱底板進(jìn)行散熱，LAN轉(zhuǎn)接模塊和中頻信號(hào)處理機(jī)放置在上層，這樣便于安裝和調(diào)試；機(jī)箱前面板主要安裝重要的開(kāi)關(guān)和各種狀態(tài)指示燈；機(jī)箱后面板主要設(shè)置各種接口；
所述的顯控系統(tǒng)包括主機(jī)箱內(nèi)置的顯控信息處理電路板、顯控計(jì)算機(jī)及其互聯(lián)接口、對(duì)外接口；通過(guò)運(yùn)行在顯控計(jì)算機(jī)的控制軟件和顯示軟件，顯控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的人機(jī)交互控制、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及誤碼率測(cè)試等功能；響應(yīng)用戶要求給出各種中間數(shù)據(jù)結(jié)果，完成各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、比較和顯示；
所述的電源配電器為主機(jī)箱提供配電，外接220VAC市電，配置單塊電路板插在主機(jī)箱母線背板上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的頻率綜合部分為閉環(huán)鎖相控制系統(tǒng)，主要模塊包括基準(zhǔn)頻率、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器、分頻器等部分；壓控振蕩器主路輸出為本振源信號(hào)輸出，副路經(jīng)過(guò)可編程分頻器進(jìn)行分頻，然后送到鑒頻鑒相器和參考信號(hào)進(jìn)行鑒頻鑒相，鑒頻鑒相器輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)低通環(huán)路濾波器后輸出直流控制信號(hào)，送到壓控振蕩器的控制端，控制壓控振蕩器輸出信號(hào)的變化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的數(shù)字信號(hào)處理部分采用XILINX公司的大規(guī)模FPGA XC4VSX55和TI公司的高性能浮點(diǎn)DSPTMS320C6701實(shí)現(xiàn)；主要完成捕獲、跟蹤、數(shù)據(jù)解調(diào)、雙向測(cè)距、時(shí)間比對(duì)和數(shù)據(jù)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)處理工作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的機(jī)箱前面板的開(kāi)關(guān)和狀態(tài)指示燈具體包括電源開(kāi)關(guān)、系統(tǒng)復(fù)位開(kāi)關(guān)、內(nèi)時(shí)鐘源指示燈、內(nèi)部噪聲源指示燈、載波鎖定及偽碼鎖定指示燈。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的機(jī)箱后面板主要設(shè)置各種接口為140M接口、10M接口、噪聲接口、數(shù)據(jù)接口、秒信號(hào)接口、邏輯接口及電源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的顯控系統(tǒng)的互聯(lián)接口、對(duì)外接口包括
主機(jī)箱顯控信息處理電路板與主機(jī)箱內(nèi)其它功能電路板的數(shù)據(jù)接口；
顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與主機(jī)箱顯控信息處理電路板的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口；
顯控系統(tǒng)操作平臺(tái)與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-232/USB1.0數(shù)據(jù)接口；
主機(jī)箱顯控信息處理電路板與外部4096bps數(shù)據(jù)發(fā)送/接收設(shè)備的RS-422數(shù)據(jù)接口；
顯控系統(tǒng)的LAN以太網(wǎng)接口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的電源配電器劃分為4個(gè)獨(dú)立的供配電單元，根據(jù)各電路板不同對(duì)電壓種類和品質(zhì)的要求進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)；各供配電單元通過(guò)磁珠單點(diǎn)共地，抑制不同電路板的地線之間互擾。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于所述的每個(gè)供配電單元中包括變壓器、EMI濾波器、AC/DC變換器、輸出穩(wěn)壓/濾波、終端電壓三端穩(wěn)壓/濾波輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種雙向測(cè)距與時(shí)間比對(duì)處理終端，其特征在于該處理終端具體包括頻率基準(zhǔn)；射頻前端，包含噪聲源、頻率綜合、發(fā)射通道、接收通道；中頻信號(hào)處理機(jī)；機(jī)箱；顯控系統(tǒng)；電源配電器；及LAN轉(zhuǎn)接模塊；整個(gè)處理終端的配置為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜緊固的4U機(jī)箱后背板接頭互聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述的頻率基準(zhǔn)、發(fā)射通道、接收通道、中頻信號(hào)處理機(jī)和電源配電器安裝在標(biāo)準(zhǔn)的4U的機(jī)箱內(nèi)，顯控系統(tǒng)計(jì)劃配置外置筆記本和顯控軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)LAN轉(zhuǎn)接模塊與外界交互。整個(gè)處理終端設(shè)備簡(jiǎn)單、集成度高；將通信、測(cè)距、時(shí)間比對(duì)在統(tǒng)一信道內(nèi)完成，節(jié)省頻帶資源；采用偽碼測(cè)距體制，測(cè)距精度高；具備在發(fā)射通道模擬動(dòng)態(tài)和時(shí)延功能，用以定量檢測(cè)接收終端性能。
文檔編號(hào)G01S19/13GK101251594SQ20081010336
公開(kāi)日2008年8月27日 申請(qǐng)日期2008年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月3日
發(fā)明者雪 李, 勇 徐, 青 常, 磊 劉, 張其善, 吳鑫山 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)