一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块及其工作方法

摘要

本发明公开了一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块及其工作方法，该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的射频处理单元、本振处理单元、VHF波段处理单元、UHF波段处理单元、L波段处理单元。本发明所公开的射频模块，能够提高空间电离层环境层析成像测量设备的灵敏度和相位精度，减少各个波段同步引起的测量误差和三个波段信标信号的相位误差，从而进一步提高包括电离层闪烁指数、电离层TEC和电离层不均匀体的测量精度。

说明书

技术领域

本发明属于空间电离层环境层析成像测量的信标信号处理领域，特别涉及该领域中的一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块及其工作方法。

背景技术

针对空间天气监测预警、地震前兆预警、空间科学研究对空间电离层大范围、不间断、高精度测量需求，突破电离层参数实时监测与成像反演等关键技术，开发具有自主知识产权、质量稳定可靠、核心部件国产化的空间电离层环境层析成像测量仪，实现对电离层总电子含量和电子密度、电离层闪烁等参数的精确测量是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块及其工作方法。该射频模块是一种针对特定空间电离层环境层析成像测量的接收设备的核心模块。

本发明采用如下技术方案：

一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块，其改进之处在于：该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的射频处理单元、本振处理单元、VHF波段处理单元、UHF波段处理单元、L波段处理单元，本振处理单元为VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元提供进行下变频的本振信号，射频处理单元将VHF波段信标信号输入到VHF波段处理单元、UHF波段信标信号输入到UHF波段处理单元、L波段信标信号输入到L波段处理单元，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态，电源处理单元为模块内的其他单元供电。

进一步的，前面板接口单元的参考时钟信号调理输入符合射频模块要求的时钟信号；射频信号调理输入符合射频模块要求的射频信号；前面板接口单元把射频模块的处理结果通过V_IF中频信号调理、U_IF中频信号调理与L_IF中频信号调理输出符合中频处理模块要求的中频信号。

进一步的，射频处理单元首先通过低噪放放大VHF、UHF、L三个波段信标信号，然后通过多工器分离VHF、UHF、L三个波段的信标信号。

进一步的，CPCI接口处理单元符合CompactPCI R3.0标准；CompactPCI R3.0信号通过欧式卡座进入模块内部，电源信号通过电源处理单元转换为与模块内其他单元兼容的电源信号；智能监控单元通过PCI协议与外界通信。

进一步的，CPCI接口处理单元包括P1/J1 接口和P2/J2接口，CPCI接口处理单元的电路包括33MHz32位PCI通信电路、热插拔设计电路、ESD设计电路和电源设计电路。

进一步的，CPCI接口处理单元的电源设计电路以12V电源为输入。

进一步的，智能监控单元与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接。

进一步的，智能监控单元内包括接口转换电路和MCU，其中接口转换电路与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接，MCU则监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态。

进一步的，电源处理单元从CPCI接口处理单元的电源设计电路取电。

一种工作方法，适用于上述的射频模块，其改进之处在于：射频处理单元把前面板接口单元天线输入的三个波段射频信号分离为VHF、UHF和L三个波段，分别送入VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元；本振处理单元以前面板接口单元输入的参考时钟信号为基准分别产生VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元进行下变频的本振信号；VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元分别对VHF、UHF和L三个波段的信标信号进行下变频处理，处理结果通过前面板接口单元输出；电源处理单元从CPCI接口处理单元取电后，为模块内的其他单元供电；智能监控单元监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态，智能监控单元通过CPCI接口处理单元与外部通信，接收并执行外部指令，将监控结果实时向外传输。

本发明的有益效果是：

本发明所公开的射频模块，能够提高空间电离层环境层析成像测量设备的灵敏度和相位精度，减少各个波段同步引起的测量误差和三个波段信标信号的相位误差，从而进一步提高包括电离层闪烁指数、电离层TEC和电离层不均匀体的测量精度。

本发明所公开的工作方法，运行流畅，稳定性高。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开射频模块的组成框图；

图2是本发明实施例1所公开射频模块中电源处理单元的电路连接示意图；

图3是本发明实施例1所公开射频模块中前面板接口单元输出时钟信号的流程示意图；

图4是本发明实施例1所公开射频模块中射频处理单元的工作流程示意图；

图5是本发明实施例1所公开射频模块中CPCI接口处理单元的组成框图；

图6是本发明实施例1所公开射频模块中智能监控单元的电路连接示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种基于空间电离层环境层析成像测量的射频模块，该模块包括前面板接口单元和与前面板接口单元电连接的射频处理单元、本振处理单元、VHF波段处理单元、UHF波段处理单元、L波段处理单元，本振处理单元为VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元提供进行下变频的本振信号，射频处理单元将VHF波段信标信号输入到VHF波段处理单元、UHF波段信标信号输入到UHF波段处理单元、L波段信标信号输入到L波段处理单元，该模块还包括CPCI接口处理单元和与CPCI接口处理单元电连接的智能监控单元、电源处理单元，智能监控单元监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态，如图2所示，电源处理单元为模块内的其他单元供电，为模块稳定工作提供可靠电源。

在本实施例中，如图3所示，前面板接口单元的参考时钟信号调理输入符合射频模块要求的时钟信号；射频信号调理输入符合射频模块要求的射频信号；前面板接口单元把射频模块的处理结果通过V_IF中频信号调理、U_IF中频信号调理与L_IF中频信号调理输出符合中频处理模块要求的中频信号。即前面板接口单元的接收射频信号进行射频信号处理；同时接收参考时钟信号进行本振处理；并且把处理结果通过三个波段的中频信号（V_IF、U_IF、L_IF）输出。

如图4所示，射频处理单元首先通过低噪放放大VHF、UHF、L三个波段信标信号，然后通过多工器分离VHF、UHF、L三个波段的信标信号。

CPCI接口处理单元符合CompactPCI R3.0标准；CompactPCI R3.0信号通过欧式卡座进入模块内部，电源信号通过电源处理单元转换为与模块内其他单元兼容的电源信号；智能监控单元通过PCI协议与外界（例如计算机）通信，实时监控模块的工作状态。时钟同步单元以高精度低相位噪声的恒温晶振为基础产生其他单元所需的时钟同步信号。

如图5所示，CPCI接口处理单元包括P1/J1 接口和P2/J2接口，为6U CPCI模块，CPCI接口处理单元的电路包括33MHz32位PCI通信电路（计算机可以通过本接口控制时钟同步模块的工作状态）、热插拔设计电路（符合PICMG2.1 Hot Swap R2.0规范）、ESD设计电路（确保符合CompactPCI R3.0标准要求）和电源设计电路。

CPCI接口处理单元的电源设计电路以12V电源为输入，提供其他单元需要的电源。

智能监控单元与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接。

如图6所示，智能监控单元是模块的控制中心，在智能监控单元内包括接口转换电路和MCU，其中接口转换电路与CPCI接口处理单元的33MHz32位PCI通信电路电连接，MCU则监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态，如果工作状态异常，智能监控单元可以切断电源，接口转换电路与MCU之间通过RS232接口电连接。

电源处理单元从CPCI接口处理单元的电源设计电路取电。

该射频模块充分利用我国发射的张衡一号卫星，与相关国家（美国、俄罗斯等）卫星发射的信标信号进行综合处理，同时进一步综合GNSS卫星信号，提高电离层层析成像的测量灵敏度，减少信标信号信噪比引起的相位误差。

本实施例还公开了一种工作方法，适用于上述的射频模块，射频处理单元把前面板接口单元天线输入的三个波段射频信号分离为VHF、UHF和L三个波段，分别送入VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元；本振处理单元以前面板接口单元输入的参考时钟信号为基准分别产生VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元进行下变频的本振信号；VHF波段处理单元、UHF波段处理单元和L波段处理单元分别对VHF、UHF和L三个波段的信标信号进行下变频处理，处理结果（符合要求中频信号）通过前面板接口单元输出；电源处理单元从CPCI接口处理单元取电后，为模块内的其他单元供电；智能监控单元监控模块内与前面板接口单元电连接的各单元的工作状态，智能监控单元通过CPCI接口处理单元与外部通信，接收并执行外部指令，将监控结果实时向外传输。