CubeSat低功耗高功能密度U/L波段收发信机设计与实现

摘要

近几年来，随着微纳米技术、电子信息技术、微机械技术和水平的提高，许多新技术和研究成果层出不穷，大大推动了微纳卫星的发展。微纳卫星以其体积小，重量轻，成本低，研制周期短，功耗低以及适用于星座形式工作等优势受到了各国的青睐。然而在如此密集的系统内，多个不同任务、不同频段的电子设备将构成频谱占用拥挤、设备组建布局密集、大功率发射链路和干扰敏感链路共存的电子系统。时域，频域、空域和数据域的共享和兼容问题日益尖锐，仅靠单一的系统或多种系统的简单叠加已无法提供相应独立的空间或资源。测控系统作为微纳卫星的一个重要组成部分，在各分系统耦合性逐渐增强的小卫星领域，要做的不仅仅是使用高集成度的器件实现大卫星测控系统的小型化与低功耗化，更应该注重的是在优化的同时进行整星系统级的整合，实现对射频资源的复用与综合，这点正是本论文研究的基础。
　　本文针对低功耗，一体化，高功能密度的设计理念，提出了一套适用于紫丁香2号微纳卫星的U/L波段测控收发信机。其射频收发功能由直接调制架构的发射机与低中频超外差式的接收机实现，主要调制解调电路由工业级的高集成度数传芯片构成，配合高性能的MCU便可替代 FPGA与 DSP的高功耗组合完成对数据的处理，极大地降低了功耗。由于微纳卫星较苛刻的硬件资源限制，出于一体化的设计思路，本收发信机将下行遥测信道与载荷数传信道合并，实现下行信道的复用，即去除了一个发射信道的硬件开销，在节省了频谱资源的同时进一步的降低了功耗。另外，针对上行信号的频率相近特点，采取了同频段载荷天线与上行天线共用的设计，这样的做法不但节省了安装空间，并且降低了系统复杂度。本文详细介绍了该测控模块的方案，包括对收发信机硬件与软件以及配套天线的设计，希望通过本论文，可以对微纳卫星一体化设计提供新的思路。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及目的和意义

1.2 CubeSat发展现状及趋势

1.3微纳卫星测控系统发展现状及趋势

1.4主要研究内容及论文结构

第2章 测控模块需求分析以及方案设计

2.1引言

2.2卫星总体方案

2.3测控模块需求分析

2.4测控模块方案设计

2.5本章小结

第3章 信道设计

3.1引言

3.2收发信机设计

3.3天线设计

3.4信道编码设计

3.5本章小结

第4章 测控模块详细设计

4.1引言

4.2测控模块硬件设计

4.3测控模块软件设计

4.4本章小结

第5章 测试与分析

5.1引言

5.2测试环境设计

5.3测试方案

5.4测试结果及分析

5.5本章小结

结论

参考文献

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致谢