绪论
1.1课题研究的背景和现状
用途、高容量、长寿命的大卫星一直是过去几十年卫星发展的主流，在科研、军事和认知等领域为社会作出了重大的贡献。但是，由于大卫星的研制费用高、周期长、风险大和发射费用高，随着大规模集成电路（VLSI)、微机电技术(MEMS)、卫星光学技术、新材料和新工艺的发展，人们开始将目光投向微小卫星研究领域。由于采用了新技术和新的设计思想，微小卫星具有重量轻、体积小、研制周期短、成本低和方便灵活等许多大卫星无法比拟的优点，因此越来越受到广大研究人员的青睐，卫星小型化已成为当今国际航天领域一个不可忽视的趋势⑴。2010年9月22日，浙江大学自主研研制的皮卫星“ZDPS-1A”顺利入轨。“ZDPS-1A”仅重3.5kg，尺寸为15cmX 15cmX 15cm，是我国第一颗公斤级卫星，入轨后成功进行了电源、测控、热控、结构等皮玉星基本单元的功能和环境适应能力验证，并实现了姿态的测量及控制，同时对携带的半球成像全景相机、MEMS加速度计和加速度传感器进行了飞行试验，将我国微小卫星的发展又向前推进了 一大步。随着卫星通信技术的不断发展以及人类对空间资源的需求日益增长，徼小卫星将凭借其自身的优势在军事、远程通信、环境监测等领域得到广泛的发展和应用[2]。
测控地检设备是微小卫星在研制开发和测试阶段必不可少的终端。测控地检设备可以模拟地面测控站向卫星发送上行遥控信号和测量信号，接收卫星下传的遥测信号和测量信号，完成星地间距离和卫星运行速度的测量，并实时地监测及控制卫星的工作状态。目前国际上测控地检设备的研制得到了广泛的支持和应用，如VSATCVerySmall Aperture Teminal),即甚小孔径终端，也被称为甚小地球站卫星通信系统，美国已经有10万多套VSAT设备投入应用[3][4]。VSAT设备结构紧凑、功耗小、成本低、安装方便、环境要求低，能够利用卫星信道与远端设备进行数据传输、文件交换或远程处理，广泛应用于行政、金融、教育、物流等领域[5]。
美国卫讯公司（ViaSat)是研究VSAT系统的先行者之一，在中国已有30多个卫星双向通信主站，10000多个双向VSAT小站，其用户包括中国电信集团公司、中国网络通信集团公司、上海证券通信有限公司、中国银行等。ViaSat最新的LinkStar系统，能提供最高迗126Mbps的主站至小站的下行速率，4.2Mbps的小站至主站的上行速率。图1.1是LinkStar系统的应用示意图，各个VS AT小站通过与主站或其他VS AT小站进行通信，主站负责对整个网络进行检测、管理、控制和维护[6]。德国诺达卫星通信公司（NDSatCom)是卫星广播、宽带VSAT和其他卫星地面站解决方案提供商。ND SatCom的新一代产品SkyWAN卫星通信网络是目前市场上灵活性最高、扩容性最强和综合性最广的VSAT卫星通信解决方案，提供语音、视频和数据等应用。SkyWAN每个地面站能以64Kbps-8.75Mbps的速率进行数据传输，可组建星状、网状和混合状网络拓扑的卫星通信网。图1.2是SkyWAN混合状网络的拓扑结构示意图，在网状结构处，各个地面站（IDU 5000)之间点都能通过卫星单跳进行连接；而在星状结构处地面站（IDU2000)仅与主站进行通信，彼此之间不直接通信[7][8]。
国内从事测控地检设备研制的单位主要有中国电子科技集团第五十四研究所、第十研究所，中国航天科技集团公司704所等，产品以专用地面检测设备为主。以五十四所研制专用地面检测设备为例，由上变频器、下变频器、数字基带和时频信号发生器等分立设备通过外部电缆连接而成。其突出特点是通用性强，能够兼容S波段统一测控（USB体制）、扩频测控等常用测控体制，上下行频率可在全频段内任意配置，支持遥控、遥测码速率的实时设置，具备测距测速功能等。凭借自身强大的功能和友好的操作界面，此类专用地面检测设备能够“优秀”地完成卫星的测控工作，但是它体积和质量都较大，携带不方便，并且研制成本也较尚。
1.2论文研究的目的和意义
在微小卫星的研制过程中，测控地检设备不仅能够帮助卫星各个模块尤其是星载应答机的开发人员定位问题及调试系统，也是后续卫星各项电性能测试中至关重要的测试设备。随着卫星通信技术的不断发展以及通信需求的日益增长，卫星釆用的测控体制也趋于多样化，星载应答机也朝着多模式的方向发展[9]性，研制能够在不同测控体制下工作的多模式测控地检设备就显得尤其重要.。因此，为满足日益多样化的卫星测控需求，增加测控地检设备在卫星测控中的通用.
2 便携多模式测控地检设备总体设计.................... 6
2.1便携多模式测控地检设备需求分析.................. 6
2.2便携多模式测控地检设备的总体方案设计 ..................9
3 便携多模式测控地检设备硬件模块设计实现 ..................13
3.1结构设计 ..................13
3.2电压转换模块设计实现 ..................15
3.3 射频收发模块设计实现 ..................16
4便携多模式测控地检设备软件模块开发 ..................29
4.1 USB体制地面基带算法设计实现.................. 30
4.2非相干扩频体制地面基带算法设计实现 ..................33
4.3数传体制地面基带算法设计实现 ................36
4.4 PLL动态配置模块................ 37
4.5 CY7C68013 通信接口 模块................ 37
总结
本文主要致力于以下几个方面的工作：
(1)对微小卫星的优点、应用前景、工程化现状以及测控地检设备的国内外研究现状进行了调研、总结，在此基础上提出了便携多模式测控地检设备的特点以及实现的必要性。
(2)结合项目组的应用需求，对便携多模式测控地检设备在USB、非相干扩频和数传三种体制下分别进行了需求分析，并提出了便携多模式测控地检设备的总体方案设计，对其中的电源模块、射频收发模块、数字基带处理模和PC控制软件的设计逐一进行了分析。
参考文献
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