基于FPGA的TDRSS基帶信號處理系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

摘要：跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS）是國防和載人航天的重要支撐系統(tǒng)。它不僅可以減少地面測控站的數(shù)量，還能增大對中低軌航天器的覆蓋率。針對TDRSS前向鏈路中的基帶信號處理系統(tǒng)做了完整設計，并介紹了關鍵技術和系統(tǒng)設計要點，最后通過FPGA實現(xiàn)了整個系統(tǒng)，證明了方案可行性。

關鍵詞：跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)；非平衡QPSK；數(shù)字匹配濾波器；PN碼捕獲；多普勒頻偏

    “跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS，Tracking and Data Relay Satellite System）”是一個利用同步衛(wèi)星和地面終端站，對中、低軌飛行器（稱為用戶航天器）進行高覆蓋率測控和數(shù)據(jù)中繼的測控通信系統(tǒng)[1]。70年代以來，美國和俄羅斯的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星相繼組網(wǎng)成功，并投入運行。為了適應現(xiàn)代航天測控技術的需要，我國目前也在積極發(fā)展此系統(tǒng)。

 
    TDRSS由TDRS、地面終端站、用戶航天器組成，具有跟蹤（T）和數(shù)據(jù)中繼（TR）兩方面的功能。地面→TDRS→用戶航天器的通道稱為前向鏈路，通過此鏈路，地面終端站發(fā)射的遙控指令、測距信號和其它數(shù)據(jù)通過TDRS轉發(fā)給用戶航天器，用戶航天器接收、解調出遙控指令并反向發(fā)回測距信號和遙測數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)雙向測距測速和跟蹤測軌及數(shù)據(jù)中繼。TDRS衛(wèi)星運行在高度3.6萬公里的同步軌道上，由于整個TDRSS系統(tǒng)限制了TDRS的發(fā)射功率、發(fā)射天線和地面站天線的增益，由星地鏈路計算出，用戶航天器星載收發(fā)機接收信號信噪比可以低至－20dB，最大的多普勒頻偏為