气象卫星接收机设计（精选10篇）
气象卫星接收机设计 篇1
1 概述
无线接收机是通信网络中的关键组成部分, 目前接收机的市场需求是主要是无线通信系统, 尤其是卫星通信系统和移动通信系统。接收机的噪声系数和动态范围都是重要的技术指标。为了满足远距离小信号探测下视强杂波小信号探测的目的, 都需要接收机系统具有良好的噪声系统和大的动态范围。无线应用的迅猛发展对无线接收机的需求增多, 需要其具有低成本、低功耗、小的波形因数。该文着重研究接收机的前端结构的设计, 低噪放部分主要采用安捷伦公司ATF54143晶体管, 以使得获取较低的噪声和较大的功率。本振源部分采用锁相环频率合成技术, 用到ADI公司的ADF4360_3锁相环芯片, 并用STC12C2052单片机控制锁相环芯片, 产生1803.6MHz的LO信号。最后将RF信号和LO信号通过混频器输出IF信号, 以便完成对信号的解调。如图1所示。
2 低噪声场放的设计
求他的噪声越小越好, 但又要求有一定的增益, 最小噪声和最大增益一般不能同时满足, 获取最小噪声和最大功率是矛盾的, 一般电路设计总是选择折中的方案来达到设计的要求, 以牺牲一定的增益来获得最小噪声, 而在射频微波通信电路中, 需要处理微弱的射频微波信号, 因此, 合适的低噪声放大器电路的设计具有非常实际的意义。
本设计放大器前级放大采用ATF-54143是安捷伦科技公司的一个高动态范围, 低噪声放大模式PHEMT表面贴装塑封的晶体管它具有, 两级高线性度和低噪声及高增益的优点, 450 MHz-6 GHz的动态范围, 能达到0.5d B的噪声系数, 广泛应用于蜂窝PCS的基站MMDS, 和其他系统, 为特性上达到增益指标.在此选择直流偏置为:DS V=3V, DS I=60m A, 增益20Db。后级放大采用MINI的高动态放大器, 保证放大器的稳定性, 在增益、噪声系数等几项指标中取折中以达到最终要求, 由此来确定匹配网络和直流偏置的参数。对整体电路进行优化设计, 通过调整匹配网络元件的参数值, 使放大器的各项指标满足要求。
低噪放部分的实现如图2先通过两次的放大滤波, 最后通过两级放大输出。其中场放部分采用ATF54143芯片, 滤波器为定制1687MHz的滤波器, 放大器采用GALI_74。
该电路通过外接电源给ATF54143提供正确的工作点:输入0.5V, 输出2.0V, 输出电流大约10m A。外部电路进行匹配, 扩大放大器的线性范围, 并控制放大器带宽, 使其满足相关技术指标。ATF54143可以提供20d Bm的功率。根据要求及以上数据, 可以使得低噪放模块达到50d B的增益。
3 下变频模块的设计
超外差接收机利用一个或几个本振和混频器把回波变换成便于滤波和处理的中频信号。改变第一本振频率, 对接收机进行调谐, 不会妨碍接收机的中频部分。接收机内中频以后的频移通常是由附加本振完成的, 附加本振的频率通常是固定的。脉冲放大型发射机也采用相同的本振, 以得到与第一本振有所需频率偏移的雷达载波频率。
频率合成技术是指能由一个高稳定度和准确度的标准参考频率, 经过一系列的处理, 产生大量离散的具有同一稳定度和准确度的信号频率输出, 并且输出信号的频率可由数字信号控制改变。频率合成的基本方法有3种:直接频率合成、锁相式频率合成以及直接数字频率合成。
本振源部分的实现如图3所示, 用STC12C2052单片机控制锁相环芯片ADF4360_4输出稳定的频率:1571MHz, 然后通过放大器输出。
下变频部分的实现如图4所示, 混频器采用RMS_11F, 混频之后通过放大器 (GALI_74) 输出, 然后再经过一中频滤波器 (116MHz) 输出。
4 场放和下变频器的测试结果
5 结论
本文着重研究接收机的前端结构的设计, 低噪放部分主要采用安捷伦公司ATF54143晶体管, 以使得获取较低的噪声和较大的功率。测试结果表明, 文中设计的低噪声放大器符合指标要求。
参考文献
[1]陈邦媛.射频通信电路[M].2版.北京:科学出版社, 2007.
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[5]夏永祥.基于AD9858的快速捷变频频率合成器的设计[J].现代雷达, 2005 (7) .
一款低价位的卫星数字接收机 篇2
“好日子Ｄ8000”与“小神童8000”同属金泰克系列数字卫星接收机一族，两者外形完全相同，为时尚的超簿设计，金色的机身。虽然机壳为全塑结构，但看上去与金属机壳别无二致。正面看左边有一电源开关按键。正中间为数码多功能显示管，偏右有一个信号锁定灯，右侧下边依次排列着七个轻触按键，可实现全功能操作。背面板十分简捷，一只天线输入端口、一对立体声音频输出端子，两路视频输出端子。由于该机系低价位设计，故省略了射频输出、Ｓ端子以及ＵＳＢ接口等较少使用的不必要之物。随机配带的遥控器小巧美观，手感极好而且灵敏度非常高。
由于该机选用国内最先进的Haier方案，使得各项性能均有不俗表现。首先，在画质上清晰明亮、色彩艳丽，经与几款“名机”相比毫不逊色。换台速度之快，令笔者和几位爱好者无比惊叹，可以说“一触即发，立竿见影”，并且开机检索迅速，无论内存多少频道，打开电源开关，只需三、四秒钟便呈现图象。用过之后，再也无法容忍百胜3500机的迟缓。
“好日子Ｄ8000”操作界面设计的相当不错。主菜单下设八个项目，当进入“电视节目”一项后，屏幕右侧出现当前正在播出频道的小画面，左侧为频道列表，用△*9荦键移动光标，小画面会随选择的频道显示相应的频道内容，按*9茳*9荥键为前后快捷翻页。在“编辑节目”一项里又下设了“删除频道”、“移动频道”、“喜爱频道”三个子项目，操作极为简单，一用即会。该机在“系统设置”一项中有多种菜单背景色供选择。还有，中文、俄文显示菜单供选择，另外还有输出制式选择，而且为数字制转，这对没有制式转换功能的单一制式电视机非常必要。进入“节目参数设置”，除了设置或修改各项参数外，还能修改或编写频道名称，这一功能对有些节目下载后没有频道名称字符的，或频道名称字符仅以“CH”表示的，以及需要添加PID码方可收看的，都可由用户随心所欲来编写，便于频道列表查看。还有，该机软件内存了几种游戏，用户可一边观赏卫视节目，一边用遥控器把玩，特别是遇到广告时，可调出游戏来消磨度过。这些功能在低价位接收机中尚不多见。最值得一提的是，该机还具有隐藏盲扫功能，既然为"隐藏"式，所以这一功能在说明书中只字未提，现将操作方法介绍如下，以供拥有该机的用户掌握和利用！
按菜单键调出“金泰克主菜单”，进入“默认设置”一项，选择“默认语言”为中文，按“确认”键，画面出现提示文字：“输入密码！”此时，如果输入1、2、3、4，该机将擦除用户搜索及编辑的节目并自动恢复出厂预置。该机2.12版出厂时预置了亚洲3S和亚太1A卫星上的国内免费节目。如果输入5、6、7、8，那么该机则在频道列表中自动多出了亚洲3S卫星上的香港和国外的免费节目。2.13版增加了亚洲2号卫星上的免费节目。除此之外，在“节目设置”一项菜单中，原有的四项选择又多出“网络设置”与“设置”两项。用户如欲盲扫，先进入到“网络设置”一项，按照界面提示，分别输入：选择卫星、本振频率、极化方式、0/22k开关、Disepc开关（支持同时接收十六颗卫星）等相关参数，按“确认”后，稍候自动退回到“节目设置”选项菜单，然后再进入到“设置”一项，继续按照界面提示分别输入：起始频率、终止频率等相关参数，最后按“确认”键开始盲扫，几分钟之后盲扫结束，所收电视广播自动归类，并显示频道总数。该机盲扫速度明显快于同洲3188C，接收门限也低于后者，用一付一百多元的1.5米六瓣普通天线配普斯PS－900高频头，轻松全收亚洲3S卫星上的所有节目，难以置信的是该机竟能解开部分加密频道的伴音。此外符号率容错范围之宽更是让人不可思议，这虽然不算什么优点，不过对于某些刊物刊登的参数有误时，却起到了将错就错的作用。
限于篇幅，该机的其它常规功能不作详述。下面说说该机的几点不足和改进建议：
第一，没有多层伴音选择功能，遇到像美亚电视这样的双语伴音频道，无法转换，好在可以进入“节目参数设置”一项，采用修改音频PID码来解决，但不是很方便。
第二，盲扫设置过于繁琐，须先进入“网络设置”，然后再进入“设置”，操作起来比较麻烦，其实完全可以设计在同一界面下操作完成。
第三，收看卫视节目时，伴音效果倒也尚可，但是如果与高保真音响连接之后收听音频广播时，会明显感觉声音有“毛刺”，高频略有失真。
北斗卫星授时接收机的设计与实现 篇3
时间和频率与人类的生活越来越息息相关,对国民经济建设和发展起着重要作用。随着北斗一号卫星导航系统日趋成熟,基于该系统的授时应用也越来越得到人们的关注。基于卫星信号传递时间的方法一般有2种:① 卫星共视法,地面上距离很远的2台或几台时钟进行比较而实现同步;② 载波相位法,通过计算2台接收机与卫星之间的几何距离得到时间信息。针对简单便捷应用的授时,前2种方法虽然精度更高,但设计复杂需要多台接收机同时工作以互相比对提取时间信息,而且地域性受到制约不利于授时接收机的普遍应用。因而提出了应用单颗卫星采用位置保持模式授时的方法,并在实践中得到验证。
1 授时接收机设计方案
1.1 授时接收机的组成
授时型接收机是在卫星接收机的基础上添加了授时模块。授时模块主要由本地钟、时刻比对、钟差计算、秒脉冲(1pps)合成和秒脉冲(1pps)合成控制等部分组成,如图1所示。
从硬件实现上包括可编程逻辑器件(FPGA)和处理器(DSP)两部分,通过相互配合来完成授时时标的输出,其中钟差计算和1pps合成控制在DSP中实现,其他部分在FPGA内部实现。
1.2 授时模块的功能分析
本地时钟是一个由温度补偿晶体振荡器(TCXO)驱动的数字时钟,它为整个模块提供一个本地时刻基准,其实质为一个自由运行的计数器。
时刻比对单元实现接收机的脉冲信号与本地时钟的比对。具体工作过程是脉冲信号首先经过2级同步化处理,当脉冲信号有效时,锁存当前的本地时钟时刻,然后通知后端DSP读取,送入钟差计算单元。
钟差计算单元利用时标信号的比对结果和接收机的卫星星历、本地坐标等数据,得出本地时钟与北斗系统时钟的钟差。该钟差送入1pps合成控制单元作为本地钟调整和1pps合成的依据。
1pps合成包括硬件和软件两部分。硬件部分FPGA内部实现,其实质为一累加器,通过控制累加器的溢出时刻来控制1pps脉冲的产生时刻,具体有软件根据本地钟差、合成策略和模式来实现。
该授时接收机天线位置坐标是已知的,只需要一颗卫星即可实现授时,跟踪冗余卫星以发现异常。这种方式在授时接收机中称为位置保持模式。
2 关键技术分析
2.1 本地时钟选择
频率准确度是一个静态指标,容易处理,而频率稳定度相对复杂,授时应用对其要求也更高。设计中选择了20 M的TCXO,准确度优于1 ppm,10 s稳定度指标可达10-12～10-13,而长期稳定度指标在10-6～10-7左右,为授时模块的数字电路部分提供时钟驱动。
利用卫星信号恢复的时标,受到接收机噪声和多普勒影响的因素,在时标上叠加有强烈的抖动,其次由于系统残差,也存在短时的抖动和长期的漂移。其中长期漂移可以通过卫星运控系统修正,通过修正后的长期稳定度是非常高的,可达10-13～10-14。
因此对于授时应用来讲,应充分利用卫星时间信息和本地TCXO,发挥TCXO的短稳特性好及卫星信号长稳特性好的优势,来恢复出稳定、可靠的授时时标信号。
2.2 本地钟差的处理
本地时钟是指相对于北斗系统时钟的钟差,这部分可以根据北斗卫星播发信号的整秒间隔作为参照进行消除,通常本地钟差在较短的一段时间内,如600 s,可以认为具有二次曲线特性。由于噪声的存在,实际的钟差测量信号应为在该二次曲线上叠加了扰动,这里采用了基于LSM的数据处理(最小二乘法)。采用最小二乘法计算,有5方面优点:① 运算简单,便于嵌入式实现;② 具有较高的运算精度和较长的时间常数;③ 一致性好,通用性强,可采用不同参数配置;④ 算法稳定,易于收敛;⑤ 可实现滤波、查值和预估。
2.3 卫星位置偏差处理
由于卫星位置不是实时广播,而且实际的卫星位置与导航测控预估的位置,也即是广播中携带的位置是有一定偏差的,所以要对这些偏差做一定的处理。这里仿真采用了最小二乘的处理方法。图2是仿真预估的卫星位置的x轴坐标,图3是预估卫星位置与实际卫星位置x轴坐标之间的偏差。图2和图3中横轴样点的间隔均为min,其他两轴坐标处理方法与x轴相同。
2.4 授时时标合成策略
授时时标信号一般设为正脉冲信号,其上升沿时刻为该卫星信号的参考时标时刻。不要求时标脉冲与接收机工作时钟同步,但其上升沿宽度应大于工作时钟频率所对应的周期,以保证时标被可靠地采样。通常时标信号由前端接收机的NCO产生,不必因为接收机失锁或工作异常而切断该信号,应保持持续输出,但当卫星星历信息异常时应指示时标不可用。这样设计的原因在于当接收机由于干扰短暂失锁或异常时,后端软件处理时序可保持与前端接收机一致,异常解除后可充分利用之前的已有数据,快速进入稳定工作状态。1 pps时标信号是通过对本地钟调节后的最后输出,用户可以对该时标信号设置,以实现一些特殊功能:① 设置北斗时或北京时;② 设置1 pps自监测阈值,当由于干扰等原因时,关闭1 pps输出或指示不可用,一般为300 ns;③ 设置跟踪方式,可为单颗卫星跟踪或多颗卫星跟踪;④ 1 pps脉宽度设置;⑤ 1 pps相位调节。
2.5 试验结果分析
将接收机输出调整后的1 pps与MOTOROLA的GPS授时模块M12t输出的1 pps分别接入安捷伦时间间隔计数器53132A的通道1和通道2,记录2个输出脉冲之间的时间间隔。为了更方便测量,将接收机的输出秒脉冲提前了1.25 μs。然后将测试结果在计算机上进行记录,图4即是72小时的测试数据。
对图4中的数据进行分析可得,标准差为34.7 ns(1σ),符合北斗卫星授时系统的要求。
3 结束语
该设计已经在ALTERA EP3C80加DSP6713平台上成功实现。结果表明直接从卫星信号提取时间的方法是切实可行的、实现简单,且能够很好地确定电波传播折射误差,校正本地采样时钟的钟差,得到精度高的授时时标。北斗卫星授时技术正在成熟,逐步深入日常生产和生活的各个方面。授时产品稳定可靠、成本低、精度高,今后将逐步在电力、电信和交通等系统中广泛应用。
摘要：针对北斗卫星导航系统的时钟高稳特性,研究了高精度、低成本授时接收机的设计和实现方法。介绍了授时接收机从北斗卫星提取授时时标的设计方案,对方案中各部分做了功能分析。对产生授时时标中的关键环节、本地时钟的选择、本地时钟钟差的处理、卫星位置偏差的处理和授时时标合成策略进行了阐述。给出了授时系统的测试方法,分析了性能指标,测试结果表明能够达到优于100ns(1σ)的授时精度。
关键词：授时时标,本地钟差,卫星星历
参考文献
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[3]易鸿锋,谷春燕,易克初.一种高精度的符号定时同步方法[J].陕西:西安电子科技大学学报,2005,32(6):915-919.
气象卫星接收机设计 篇4
由于各种条件的制约,目前有很多地方无法安装有线数字电视,以致部分人群不能看到中央各套和各省市卫星频道节目,从而阻塞了一条快捷掌握外部信息、感受时代娱乐的重要途径。2009年,党中央提出了《村村通卫星电视》和《家电下乡》工程的改革方案,本公司积极响应、全力出新,推出一种高科技尖端产品——村村通“无锅卫星电视接收机”。
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城乡、平原、山区、室内外阳台均可使用。性能卓越、外观精美、图像清晰、安装简单、携带方便,全新上市,销售火爆,现诚招各地代理商。
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卖点三:覆盖面积大:和地面上的有线数字电视相比,卫星直播数字电视具有覆盖面积大的优势。目前一个卫星电视接收套站的价格只有几百元,具体来说,卫星投入使用后,不仅大大增加了传输容量,提高了节目收视质量,而且将我国广播电视覆盖率提高到98%以上。
卖点四:信号稳定,无马赛克:由于接收技术的限制,以前的DVB-S接收技术的机子容易出现马赛克现象,而这种ABS-S接收技术,弥补了以前的缺陷,从而解决了信号不稳定问题,就是在打雷、下雨天也能正常接收或者使用。
卖点五:隐蔽性好,广电局认可的地面接收设备:全套设备包括——卫星专用接收机、接收机遥控器、无锅平板天线、专用电缆线——随机附送详细安装说明及调试方法,坐在家中享受免费高清卫星电视节目。
※中星9号节目表:
1、cctv12、cctv23、cctv音乐4、cctv105、cctv116、cctv127、cctv78、cctv新闻9、cctv少儿10、cetv111、北京卫视12、天津卫视15、河北卫视16、山西卫视17、内蒙古卫视18、内蒙古蒙语19、辽宁卫视20、吉林卫视21、吉林朝鲜语22、黑龙江卫视23、东方卫视24、江苏卫视25、浙江卫视26、安徽卫视29、福建东南卫视30、江西卫视31、山东卫视32、河南卫视33、湖北卫视34、湖南卫视35、广东卫视36、广西卫视38、重庆卫视39、四川卫视40、贵州卫视41、青海综合(藏语)43、云南卫视44、西藏卫视45、西藏藏语46、陕西卫视47、甘肃卫视50、宁夏卫视51、新疆卫视52、新疆维语53、新疆哈语54、陕西农林
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气象卫星接收机设计 篇5
低噪声放大器 (Low Noise Amplifier, LNA) 在整个接收机的设计中极为重要, 根据噪声系数级联公式, 作为接收路径中的第一个增益级, LNA的噪声因子将直接加到整个系统的噪声系数上。对于接收系统而言, 除了要求LNA具有较低的噪声系数并且能够提供足够的增益外, 为避免非线性对接收信号的影响, 一般还要求LNA具有较高的线性度。本文介绍了一种宽带LNA, 采用带有源极退化电感的共源共栅结构, 工作频段适用于GPS, 北斗及GLONOSS导航系统。
1 电路设计
1.1 带源级负反馈电感的共源共栅结构
在当前LNA设计中, 应用最广泛的是带有源极负反馈电感的共源共栅结构[3], 其结构如图1所示。这种结构是一种窄带放大器, 主放大管是共源管M1, M1的栅漏电容会引起Miller效应, 共栅管M2用以减小此种效应, 进而使得整体电路的反向隔离性能增强。同时源极负反馈电感可提供具有正实部的输入阻抗, 且该结构可在功耗受限的情况下得到噪声系数。
如图2所示的小信号模型忽略了晶体管的输出阻抗ro和Cgs之外的所有寄生电容, 从等效电路中可得出, 输入阻抗为
式 (1) 中, gm为M1的跨导;Ls是源极负反馈电感;Cgs是M1的栅源级电容;ωT是晶体管的特征频率;ωT=gm/ (Cgs+Cex) 。考虑到LNA的前级通常是分立的射频带通滤波器, 而滤波器的特性直接受终端所接的负载影响, 因此LNA的输入阻抗一般设定为50Ω, 以此配合滤波器[4]。若LC串联谐振电路在工作频率附近谐振, 输入阻抗的虚部为0, 阻抗匹配时需要满足的条件为
在晶体管尺寸一定时, 通过选择合适的Ls和Lg可使阻抗实部匹配到50Ω。
1.2 宽带LNA设计
上述推导可得Cascade结构在工作频率附近的窄带范围内, 可形成一个较好的输入阻抗匹配。但在多模式要求下, LNA的工作频段宽, 卫星导航系统频率要求如表1所示。在传统设计中, 接收机通常采用多个独立的窄带LNA并行工作于每个频段, 但这会成倍地增加尺寸、成本和功耗。为解决这一问题, 本文采用宽带结构来实现LNA[5]。宽带LNA必须在较宽的频带范围内实现输入阻抗匹配、提供平坦的增益、尽量少地引入噪声。本文在源极退化电感的基础上引入了并联反馈回路, 这种结构可以降低输入端的品质因子, 从而提高输入阻抗匹配网络的带宽, 其结构如图3所示。
Rf是反馈电阻, Cf是交流耦合电容, 经推导可得到放大器输入端的品质因子
式 (3) 中, Rf M=Rf/ (1-Av) 是Rf的Miller等效电阻, Av是放大器的开环电压增益。本文在设计时先在中心频点1.4 GHz处设计窄带放大器, 选择Rf来拓展系统带宽。
1.3 噪声分析
根据经典二端口噪声理论, 一个二端口网络通过噪声匹配网络, 在匹配最优的情况下, 可得到最小的噪声系数Fmin, 共源共栅结构可近似采用MOS管的二端口噪声模型分析, 最小噪声系数为[6,7,8]
对于低噪声放大器而言, 功耗是一个重要的限制条件, 因此LNA的噪声系数必然>Fmin, 可利用噪声优化手段来降低噪声系数。根据文献, 当给定的漏电流以及满足匹配条件时, 存在晶体管的最优宽度使得功耗受限时噪声系数达到最小, 最优宽度
式中, W为栅宽;L为栅长, Cox是单位面积的栅氧化层电容, 式中的参数因不同的工艺而改变, 需通过实际仿真进行验证。本文采用无锡上华CSMC 0.18μm工艺, 此时得到的噪声系数为Fmin P。
式中, Fmin P>Fmin, 这是由于与最佳匹配适配以及较大的源极负反馈电感引起的, 但这种方法利用源端负反馈电感得到了较好的输入匹配, 同时在功耗受限的情况下使噪声系数尽量减小, 而输入端的电感谐振提供了较大增益, 因此其被广泛应用于CMOS低噪声放大器的设计中。
2 电路仿真
经计算后, 得到整体电路原理如图4所示。
由于射频CMOS集成电路设计的复杂程度越来越高, 设计指标也日益增高, 使用计算机EDA仿真工具进行辅助设计已成为趋势, 在进行CMOS模拟射频集成电路设计时Cadence ADE是应用广泛的仿真工具。通过射频仿真软件, 对LNA进行直流仿真, 噪声分析, S参数仿真和周期稳定性仿真。仿真结果与理论计算值存在一定偏差, 经过调整, 宽带LNA的噪声系数和S参数仿真结果如图5~图7所示。仿真结果表明, 增益在多模式导航频段内达到10 d B以上, S11和S22均在-10 d B以下, 符合工程要求。噪声系数均<2.3 d B, 输出1 d B压缩点为-5.585 d B。
图8是利用Virtuoso版图设计平台绘制的宽带LNA版图, 本文所使用的器件模型和仿真标准均基于CSMC 0.18μm工艺库。
3 结果分析
表2是本文设计的LNA与其他文献设计结果的对比。如表2所示, 本设计在卫星导航频段上实现了较好的噪声性能和线性度, 同时也保证了足够的增益。
4 结束语
气象卫星接收机设计 篇6
1 伺服监控软件功能分析
伺服监控软件需具备数据及信息的自动采集处理、控制和调节算法来实现自动化运行、监控、报警及测试等功能,具有实时性强、自动化程度高、容错性、可靠性及扩展性好等特点[5]。伺服监控软件安装在天线监控单元的计算机内,该软件为整个伺服控制系统的逻辑控制中心,如图1所示,主要完成的功能有[6]:
(1)天线操控功能:实现ACU本/远控两种运行模式切换;实现天线的各种工作方式管理,包括待机、手速、置位、程序跟踪、自动捕获/跟踪、收藏、锁定/解锁、叠加扫描等工作方式的手动和自动切换。
(2)控制和调节算法:完成环路调节器计算和天线控制策略选择及实施,包括速度控制、位置控制、复合控制、误差随动控制功能等。
(3)任务自动化运行管理:实现任务的自动化管理和运行,包括轨道点位数据的读入、有效性检查、轨道特征点分析与提取等,并生成程序跟踪所需的引导数据;按照任务开始及结束时间,自动调用相关设备实现任务的自动化运行,包括读取任务参数、置位、下发设备参数、自动控制任务开始转程引、任务结束转待机、上报任务执行报告等。
(4)数据通信功能:实现ACU与其他设备的数据交互,包括与站监控管理单元(SMCU)的通信、与各频段跟踪接收机(TRK)的数据接收和参数配置接口通信、与ADU的网络通信、与时码编码单元(PDU)的数据接收和零值修正以及中断电平采集接口通信、与极化控制单元(PCU)的串口通信。
(5)人机交互功能:完成人机界面的主信息显示、参数配置、控制调度、辅助信息显示等。
(6)数据存储记录功能:实现伺服系统测角数据、相关设备综合状态信息以及操控运行日志的记录存储。
(7)自动校相功能:实现各频段对塔和对星自动校相控制,生成、维护参数列表,并具备参数提取、运算、配置、验证、存储等能力。
(8)自动化测试功能:实现伺服系统性能、参数的自动化测试,包括运动范围测试、最大角速度测试、伺服带宽测试、指向精度测试、跟踪精度测试等。
(9)故障综合功能:监视、汇总伺服系统中设备和运行状态信息,并进行初步的综合,给出状态结果。
2 伺服监控软件设计
2.1 软件结构
监控软件由系统支持软件(操作系统)和应用软件组成,整体软件架构采用了数据总线、动态链接库、软件组件等技术,通过动态可重构体系结构设计,将大量的功能组件设计为相互完全独立的通用组件,通过控制脚本的动态配置,将必要的组件结合起来,实现强大而灵活的监控功能。应用软件模块划分充分考虑了功能独立、代码复用原则,为了方便模块的编写、调试、运行维护以及软件的升级和扩展,每个模块独立封装自已的参数、方法、界面,并单独编译,除主框架调度程序以可执行文件(.exe)形式存在外,其他模块均以动态链接库(.dll)的形式存在。应用软件划分为25个软件部件(CSC),运行在Windows XP操作系统之上,采用单进程、多线程、并行多模块的结构,软件结构如图2所示。各个CSC按照其具备的功能、操控的设备进行划分,并设计为单独的可执行动态链接库。主控CSC是惟一可以独立运行的部件,其他的CSC由主控CSC进行控制,彼此之间不进行控制的交互。
2.2 系统控制流程
整体软件架构使用单进程、多线程的工作模式。运行时序以10 ms周期信号为基准来控制整个软件系统的时序,要求所有的实时算法及操作控制必须在10 ms内完成,具体控制流程如图3所示。控制流程如下:
(1)初始化系统程序。在启动程序时,首先初始化系统全局变量、SSI高速串口通信卡、多串口通信卡以及A/D数模转换卡。其次初始化人机界面,创建可视化的系统组件;
(2)创建主线程,打开系统配置文件,读取并设置系统工作参数,包括位置环PID调节器参数、收藏位置、网络配置、跟踪参数、扫描参数以及自动捕获条件等;
(3)转入等待中断事件:若没有中断信号,则一直等待,直到收到中断信号为止;若结束系统进程,则程序关闭;若等到中断信号,则复位该中断事件到无信号,表示该次中断等待有效,调系统主控函数,完成主控功能;经中断采集卡将中断信号引入,产生Win32事件对象供线程使用,并标示为有效。然后再次转入等待中断事件。
2.3 状态转换
伺服控制系统可由SMCU或外部设备(诸如手轮手杆等)进行控制,系统读入控制指令,然后内部进行一系列的控制操作,控制天线运行,并实时将天线状态及异常监控出现时的状况及时反馈至主界面,如图4所示。
(1)SMCU控制状态发出的远控信号,或手轮手速控制状态发出的脉冲信号,激活系统的读入命令状态;
(2)读入命令后,发送反馈信号,激活系统信息反馈状态,将命令状态送主界面显示,同时发送启动信号,激活异常监控状态;
(3)系统接收到控制指令,如无异常,则发送命令信号,激活天线运行控制状态,并将天线状态实时反馈于界面显示;若出现异常,则激活系统信息反馈状态,将异常信息反馈至界面显示,同时激活异常处理机制,发送返回信号,等待控制人员下一步指令。
2.4 数据流向
数据流主要分为系统命令流、控制指令流以及系统信息流三种,操作命令处理单元和系统状态显示单元是两大核心单元,数据流主要通过这两大核心单元与其他控制单元进行数据操作,如图5所示。
(1)操作人员或SMCU发出的控制命令,以及手杆等产生的脉冲信号与站时统的B码信号通过中断采集、脉冲处理计数控制单元,发出的控制命令送至操作命令处理单元。
(2)操作命令处理单元将处理过的控制命令送至D/A转换控制单元,经过数/模转换,以速度及状态指令形式发送给ADU,完成控制天线的操作;操作命令处理单元将零值、匹配值修正命令发送至PDU控制模块,PDU发送BT时统信息给系统状态显示单元;操作命令处理单元将极化控制命令发送至PCU控制单元,经过处理,将极化状态实时反馈至系统状态显示单元;操作命令处理单元将系统配置信息及控制信息进行实时存储,并实时反馈于系统状态显示单元;
(3)系统状态显示单元接收来自于TRK的Ua,Ue,Uagc及锁定LOCK信号,发送至显示界面并发送至SMCU;系统状态显示单元接收来自于ADU的驱动状态信息,PDU的BT时统信号,PCU的极化状态信息,发送至显示界面并发送至SMCU;系统状态显示单元实时读取系统配置信息及控制信息,发送至显示界面并发送至SMCU;系统状态显示单元将所有数据流实时以日志的形式进行保存。
2.5 自动化测试
自动化测试主要负责实现天伺馈的性能、参数的自动化测试。其包括天线运动范围、最大角速度、最大角加速度、伺服带宽、指向精度、跟踪精度等测试。针对每个测试项,采用统一的结构设计,包括参数管理、测试开始/停止、测试运行体、测试进度显示、测试结果显示,以及测试结果的自动上报等。
2.6 人机界面
软件人机界面设计的出发点是显示的信息直观明了,操作使用方便可靠。人机界面分为常驻和非常驻两大部分。常驻部分不能被其他部分覆盖,它包括实时角度、误差电压、工作方式等主要信息。非常驻部分包括功能参数设置、帮助提示信息、输入对话框等。人机界面示意图如6图所示。该界面在继承以往工程所应用界面的基础上设计,在保证充分继承性的同时,进行相关细节完善,还可根据用户对设备操作等多方面的要求进行调整。
3 结语
遥感卫星地面接收系统伺服控制系统集机、电于一体,采用计算机处理控制技术,实现灵活的系统功能,具有执行机构多、驱动电机多、传感器多和控制系统复杂的特点,可靠性和安全性要求高。本文采用单进程、多线程、并行多模块的结构,设计了伺服系统监控软件,实现了天线控制、设备监视、信息显示、数据处理、通信等功能。该设计已应用于实际工程项目中,使用结果表明:系统控制精度高,可靠性和可扩展性好,易操作维护。
摘要：伺服系统是遥感卫星地面接收系统的重要组成部分,可靠性和安全性要求高。采用单进程、多线程、并行多模块的结构,设计伺服系统监控软件,实现了天线控制、设备监视、信息显示、数据处理、通信及伺服性能指标自动化测试等功能,具有实时性强,自动化程度高,容错性、可靠性及扩展性好等特点。该设计已用于实际工程项目中,实际使用结果表明该设计是合理可行的。
关键词：遥感卫星,伺服系统,软件结构,监控软件
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气象卫星接收机设计 篇7
如今, 人们对在移动中通过卫星网络进行通信的需求越来越大, 特别是基于车载、船载在移动中收看直播卫星电视节目的需求增长很快。本文介绍了一种车载移动卫星接收天线, 具有稳定性强、适用范围广、抗抖动等特点, 在高时速抖动路面也可以稳定接收, 可广泛应用于房车、轿车、SUV、M PV、大巴车、中巴车等, 并可用于长途客运、商务旅游、自驾游等场合。
产品采用高精度惯性测量和信号跟踪相结合的技术, 使载体在多种运动情况下天线中心轴都能准确对星, 即使卫星信号被遮挡, 通过高精度的惯性测量系统, 也可实现实时对星, 从而使载体在通过遮挡物后可瞬间捕获卫星信号。并且在复杂运动中 (如剧烈颠簸路面、急转弯、高速运动、船体运动) 正常工作, 电视画面不间断。
2 主要性能指标
3 基本工作原理和系统框图
3.1 基本工作原理
车载移动卫星电视接收天线系统分为室外单元和室内单元。室外单元即天线伺服系统;室内单元包括电源隔离器和接收机, 各设备之间采用同轴电缆线连接。
天线伺服系统由天线、高频头、伺服硬件电路、伺服软件、步进电机、陀螺仪、电旋转连接器、轴承、皮带、天线罩、底盘等部件组成。
车载移动卫星电视接收天线系统在初始静态状态下和静中收系统的接收原理一样, 即自动搜索定位。在仰角固定的情况下转动方位, 并以信号极大值方式自动对准卫星。而当车体在运动过程中时, 系统将根据陀螺的变化量测量出车体的姿态变化, 再通过伺服机构调整天线方位角, 以保证车体在变化过程中, 能够对卫星进行持续跟踪。
3.2 系统框图
4 车载动中通天线主要单元电路设计
4.1 天线
4.1.1 天线的结构设计
平板波导裂缝天线是一种具有增益高、副瓣电平低等特点, 其结构特点具有刚强度好、厚度薄、重量轻、安装方便等。因此, 在车载、雷达及通信等领域的应用日益广泛。随着应用不断推广和电讯要求的不断提高, 天线的结构设计愈发复杂多变。
天线采用波导裂缝形式, 采用4×16单元组阵, 方位向16单元, 俯仰向4单元。天线共三层结构, 第一层为变极化微带板层, 第二层为辐射缝层, 第三层为馈电网络层。天线各层间通过自定位结构和螺钉连接。天线馈电采用1分16E弯功分网络, 经扭波导变为开口波导, 开口波导馈4个辐射缝。为增加增益, 辐射单元间距为0.9λ, 辐射单元间通过加金属栅, 压单元波瓣, 以抑制栅瓣, 提高增益。辐射缝隙为单线极化, 通过在其上方加耦合微带振子的形式实现圆极化。通过从波导宽边分层等设计, 提高了天线的公差容忍能力, 为降低成本, 减轻重量, 天线采用高压注塑和表面金属化形式。
4.1.2 天线的指标
从系统角度出发, 为满足二级路面、轻微颠簸爬坡以及华南地区南北向大部覆盖, 天线俯仰面采用宽波束;受接收区域天线增益要求的限制, 即天线增益需大于29d B, 因此在天线方位向增加单元数, 来满足增益要求。单元数增加、天线波束变窄、天线尺寸变大, 通过折中考虑, 天线采用4×16阵列, 即俯仰向4单元, 方位向16单元。
在系统中天线可选的形式为微带天线或波导缝隙天线。微带天线优点为重量轻、成本低, 缺点为效率低, 天线增益低;波导缝隙天线优点为效率高、增益高, 缺点为成本高、重量重。在满足同样电性能的前提下, 微带天线需要更大的空间尺寸, 这对整机的尺寸、剖面以及伺服带来不利影响。因此, 方案选择波导缝隙天线方案, 其设计重点为降低成本、减轻重量。
4.2 伺服系统
系统在自动跟踪卫星的过程中, 采用了“陀螺闭环稳定+电平跟踪”的方案。在载体运动过程中, 使用陀螺作为电机伺服控制的反馈元件, 敏感载体运动过程中在方位角度的变化, 通过反馈补偿保证载体运动过程中的稳定。但由于陀螺长时间工作产生的零点漂移等因素的影响, 在陀螺稳定的基础上, 还需借助电平辅助跟踪。
系统上电后, 步进电机驱动天线旋转进行信号搜索, 一旦发现信号电平大于设定的门限值, 就进入步进跟踪状态。系统根据检测的卫星信号电平, 通过步进跟踪, 逐步逼近最大信号电平对应的位置。
4.2.1 测姿单元
因为系统遮挡的时间总是比较短的, 因此, 陀螺仪的长期稳定性并不需要考虑太多。因为搜索整个空域的时间比较短 (大约在5s左右) , 故不需要GPS设备, 直接利用卫星信号来确定初始位置。伺服电路板中的陀螺仪选用日本某公司的MEV-50A-R。
4.2.2 跟踪策略
在初始对星以及因为遮挡短时间内无法收到卫星跟踪信号的情况下, 只有依赖姿态测量系统的输出开环跟踪, 即姿态测量发现偏置多少, 就修正多少。这时, 偏置量的选择就显得十分重要, 偏置量越大, 灵敏度越高, 但损失越大;反之, 偏置量小, 灵敏度不足, 但损失较小。为了解决这个问题, 在跟踪时可以采用变偏置角的方法, 即搜索时采用大偏置角, 稳定跟踪时将偏置角减小。这种利用信号大小的反馈来跟踪卫星的做法叫闭环跟踪方法。
在车载系统中, 遮挡是影响的关键要素, 除跟踪的策略以外 (如何更好地融合闭环和开环跟踪) , 接收灵敏度或者说信噪比可能也影响图像的连续性。
4.2.3 单片机及软件设计
单片机选用某公司的PIC16F873A, 其引脚定义如图4所示。
4.2.4 伺服控制电路印制板图
5 车载接收天线结构设计
车载移动卫星电视接收天线系统的结构设计充分考虑到其性能特点和各种恶劣的工作环境, 确保有良好的环境适应性、防水、防潮等性能, 使其能够在各种环境下稳定的接收信号, 且更加经济实用, 大大提高了生产效率。天线的底座采用铝合金压铸成型, 铝合金具有良好的结构强度、耐腐蚀性和易加工铸造性, 从而很好的满足了产品的结构性能和高可靠性的要求。
天线系统的重量小于8kg, 射频输出接口采用标准的FL10-75Z Y接口形式, 易于维护。由于工作在室外, 工作温度范围应达到-10℃~50℃, 与馈线连接处采用防水胶带缠绕保护结构设计, 可保护连接处不被雨淋, 且易于安装、操作。在安装方式上, 采用磁性吸盘吸附于车顶。
6 结束语
通过大量的跑车试验、高低温试验、拷机试验表明, 本系统具有优越的驱动性能, 快速的系统响应能力, 可靠的稳定性能和很高的跟踪精度, 达到了设计的要求, 满足了在不同路况条件下准确跟踪目标卫星的使用条件, 确保了能稳定、流畅地收看卫星电视节目。
参考文献
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气象卫星接收机设计 篇8
关键词：数字电视,卫星接收天线,设计
随着社会的进步与科技的发展, 数字电视正以迅猛之势进入到普通老百姓的家中, 数字电视信号与模拟电视信号相比不仅节目数量多, 而且信号稳定性好, 信息量大, 既可以收看电视节目, 也可以实现多媒体信息传送, 人机智能交互等功能。现在数字电视信号采用的是卫星传送, 这就需要设计一个数字电视卫星接收天线来接收信号, 所以卫星天线作为数字电视通信系统中不可缺少且非常重要的部件, 其本身的质量直接影响着数字电视卫星通信系统的整体性能, 本文从数字电视卫星接收天线的原理、天线设计要素、天线焦点确定方法、天线支架的选择以及天线的调试与安装等几个方面来讲述数字电视卫星天线的设计与制作。
1 数字电视卫星接收天线的原理
天线是任何无线电通信系统都离不开的重要前端器件, 尽管设备的任务并不相同, 但天线在其中所起的作用基本上是相同的, 它是将发射机输出的高频电流能量转换成电磁波辐射出去, 或将空间电波信号转换成高频电流能量传送给接收机, 天线一般要具备一定的方向特性, 较高的转换效率, 并能满足系统正常工作的频带宽度。天线的种类有很多, 有面天线、板状天线和柱状天线等, 设计时根据不同的情况来进行选择。数字电视卫星接收天线通常采用面天线, 其最常用的是抛物面天线。抛物面天线的主体是抛物面反射器, 它的基本原理和聚光灯相似, 即利用抛物面的光学性质将卫星传到地面的微弱电视信号反射后聚焦, 使信号能量集中到安装在焦点上的馈源, 通过馈源传送到卫星接收机进行解码成为高清的电视信号。天线的增益与抛物面的直径、卫星信号的波长、天线的效率有关, 当工作波长一定时, 抛物面的直径越大, 其效率也越高, 天线的增益也越大。
2 数字电视卫星接收天线设计的要素
数字电视卫星接收天线形式与尺寸的选择要符合要求。设计制作数字电视卫星接收天线时, 要注意其反射面材料的选择, 以提高天线的增益, 避免选择那些表而粗糙对光线反射效果不好且不易加工的材料。比如铝制的抛物反射面在这里就是一个很合适的选择, 它不仅能根据需要进行方便的加工, 而且其表面光滑平整对信号的反射效果也很好, 总之, 接收天线增益和口径的选择, 主要依据接收卫星的等效全向辐射功率和接收图像所要达到的质量等级。通常先对接收系统的品质因素提出要求, 然后结合室外单元的噪声温度来确定。
设计天线时还要考虑各种波段的特点, 如C波段天线, 口径越大接收效果越好;Ku波段天线, 当接收信号强度达到接收机门限后, 其接收效果与天线口径大小无直接关系, 但接收天线口径增大后可以减小电波在雨中传播时引起的损耗。这方面Ku波段的电波受降雨的影响较C波段的大, 为此为提高信号接收质量, 可以适当增大接收天线的口径, 即提高增益来减少雨衰, 还可以通过在馈源口处罩上一个尖形塑料帽等方法减少馈源口雨滴的存在时间, 最终来降低能量损耗。
设计数字电视卫星接收天线在馈源的选择时应选择能灵活方便地工作于垂直极化与水平极化两种状态的馈源, 若是接收中星9号的下行信号, 它的极化方式为圆极化, 只需特定的高频头即可, 因此可不考虑极化角的调整。
另外根据当地的气候状况、环境以及使用寿命来选择板状天线还是网状天线。对于一些化工业比较集中的地方还应当选择抗腐蚀的材料来制作, 以提高使用寿命。
3 数字电视卫星接收天线焦点确定的方法
由于反射面制作时有一定误差, 难以达到理想的抛物面效果, 所以有时可以通过增大反射面的直径来提高信号质量。天线正焦点C1处可以较其他部位多凹1cm左右, 这样可使得接收的信号能更有效地反射进入高频头, 使天线的效率得到进一步的提高。
天线的焦距确定的一种方法是利用太阳光对焦, 在调好天线的仰角之后, 让光线通过窗户照在反射面上, 让反射后的光线聚在一个平面上, 这时慢慢地移动反射面, 当平面上的光斑最小或光点最亮处即为天线的焦点F。但也要注意这样做会有两个焦点, 其中一个是正焦点。调整方法是将反射面中心正对太阳, 然后将反射面向下压, 让光点和L杆接近, 使光点满足FE等于DG间的距离, 并使DF平行于BE, 便可安装高频头了。在安装时, 应让CDBEF五点共面, 并且使该面和反射口面在水平面上的交线相互垂直, 这样才能使天线的效率最大。
另一种方法是已知卫星方位和仰角, 将反射面对准卫星, 接好接收机, 调星时手拿高频头, 在L杆上沿BE方向移动 (要注意的是, 极化角的存在不要有太大的晃动) , 当然如果是接收中星9号的下行信号, 由于它的极化方式是圆极化的, 可以忽略极化角这个因素, 以减少对焦的工作量。
4 数字电视卫星接收天线支架的选择
支架的选择应根据天线的大小和重量来选定。一般来讲天线反射面为铝制材料, 支架可采用硬度较小且便于加工的普通角钢, 通过铁钉、毛螺丝、铰链将各部分连成一体。通过铰链的使用, 可方便天线仰角的调整。
5 数字电视卫星接收天线的调试
数字电视卫星天线的调试就是对其仰角、方位角与极化角的调整, 所以调试时首先要知道当地经纬度及卫星定点的轨位, 并利用曲线图来查找当地的仰角及方位角。例如天津的北纬为39.13N, 东经为117.20E, 其所接收的亚洲3号卫星轨位是东经105.5°, 当地经度与卫星经度差为11.70°, 在曲线图可以找到该点仰角为43°, 方位角为19°。另外还可以登陆中国电视卫星网站查询各个城市接收卫星的方位角、仰角及极化角。
数字电视卫星天线方位角调整时一般以正南方向为标准, 根据接收地与接收卫星的经度关系将卫星天线的指向偏东或偏西调整一个角度, 接收最强的卫星信号。仰角的大小调整可以通过天线螺杆上的螺母, 螺母向上调, 天线下沿边向上调, 仰角增大, 反之减小。调整好天线的方位角和仰角后, 通过正确连接卫星接收机与电视机的连接线接口, 启动电视机与卫星接收机, 将电视机置于对应的AV接口状态下。对于目前常见的盲扫型的卫星接收机, 当天线的方位角、仰角、极化角调整好之后, 只要进行一次自动搜索之后就可以收看电视节目。卫星接收饥多数为盲扫型, 直接按摇控器进入调星界面, 在视窗界面中天线仰角与方位角正确或差不多时, 立即出现相应的信号强度与信号质量, 在接收的“信号质量”达到一定数值后 (一般为30%以上时) 就能正常观看卫星传送的数字电视节目。
6 数字电视卫星接收天线安装
安装数字电视卫星接收天线时不能影响电视信号的接收, 尽量避免装在高层建筑和树木的后方, 以及干扰信号较强的地方。另外天线的基础要牢固, 防止在风力大的时候产生位移及损坏, 与天线连接的F型连接头性能要良好, 射频电缆质量较高, 选择正确的阻抗, 室外天线与IRD之间的距离不要过长, 正确连接天线避雷线, 并牢固连接或深埋地下。
总之, 数字电视卫星接收天线的设计与制作过程并不简单, 需要细心收集、整理材料, 精确地确定焦点, 精心地制作出表面光滑, 符合要求的天线面, 这样设计出的数字电视卫星接收天线才能接收到更多高质量的节目信号。
参考文献
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气象卫星接收机设计 篇9
韩国近年来对此研究有了长足的发展，CAMOS公司的产品很有代表性，其BS/CS车载卫星接收天线是较成熟的数字产品之一，可兼收圆、线极化信号，即韩国的直播信号11G/12G频段。它的产品还出口亚洲其它国家（包括日本）和欧洲地区。其它相关公司还有MICROFACE公司、WIWORLD公司等。德国KVH公司的产品享誉世界，TracVisionG4便是其代表产品之一。
移动卫星接收天线系统从军事远洋已发展为普通的民用市场，目前技术与市场规模为德国KVH和韩国CAMOS所垄断，而韩国在移动卫星接收天线技术上，特别是民用小型车载船载移动卫星接收技术上为世界领先，目前日本松下电器公司和YAMAHA公司和日本通信公司均OEM韩国CAMOS公司的产品，全产品引入日本市场。韩国CAMOS公司产品不仅成功登陆日本，在欧洲、美国和亚太其它国家，做为民用级产品为世界一流技术的可信赖产品，目前无任何品牌与其竞争。
德国KVH公司产品广泛应用于欧美船舶市场，适合欧美直播卫星的线性极化方式，无小型化产品，不太适合日本、韩国及中国的小型化圆极化方式产品。韩国CAMOS公司产品： A、适合500吨的中小型船舶使用、家庭普通车辆使用的民用级产品，不仅应用于线性极化方式；更适合日、韩、中的圆极化方式。B、从松下公司、雅马哈公司、三菱巴士和日本通信公司完全引入CAMOS公司产品，完全 OEM化可见，其产品技术已超越日本，为全球最信赖的最好产品；C、目前日本通信公司已把CAMOS公司产品应用于日本海洋船舶卫星通信服务，解决近海海渔船的卫星电视接收，数据通信接收和因特网接入服务；D、日本三菱巴士已把CAMOS公司的产品整合入三菱巴士中，作为巴士的一项服务进行推广。
目前国内已有若干家企业也在做卫星电视移动产品，但都没有形成规模，前面我们已经说过，之所以没有更广阔的市场，主要是中国的国情所限制：一是技术上尚待进一步完善，另一方面是过高的价格制约着它的进一步发展。中国其实是一个很大的市场，要真正地占有这个市场，就必须适应中国的国情，生产出真正的物美价廉的产品，质量可靠的产品，才能有进一步拓展市场的可能。BBMAX公司经过三年多的论证、考察与测试，认为在中国发展移动卫星电视接收的时机已经成熟，而最终选定了韩国CAMOS公司作为合作的伙伴，所有的移动接收产品均采用韩国CAMOS公司的技术，并取得了在大中华地区销售的唯一代理权。
韩国的CAMOS公司拥有世界先进的设计、生产技术，CAMOS公司的产品在性价比上更适合中国的国情（价格比同类产品低1/3左右）；2、CAMOS公司拥有丰富的生产销售经验，CAMOS公司的产品在日本、韩国及欧美等国已取得了巨大的成功。
中国不仅有世界上最大的消费群体，而且具备了应有的天时和地利，有得天独厚的众多卫星资源，有良好的接收环境（直播卫星上天，必然要开放个人接收市场）。目前至少有四颗大功率直播卫星覆盖我国，其场强值高，在部分区域或整个中国的平均场强值，均适合移动天线所需的最小场强值。用45厘米小型普通天线即可正常接收，有些地方更小至25厘米天线接收，它们大都是大陆内地及港、澳、台的中文节目，其中也不乏一些知名的国际频道，可谓门类齐全，丰富多彩。
其实卫星移动天线的选择与常规卫星天线的选用是一样的，天线的尺寸与卫星落地信号的场强成反比，天线越小，要求卫星的信号越强，反之如果卫星信号弱了，要能正常地接收，就必须选用更大的天线，当然天线尺寸越大，相应的价格就越高，关键是有些安装的地方可能不合适，所以优选尺寸小的天线为原则，这就要求卫星的落地信号要足够强，只有直播卫星（或准直播卫星）的信号才能满足这个要求，目前亚太地区在轨的卫星中，在中国落地场强满足这个要求的卫星有：亚太5号、亚太6号、亚洲4号、马布海2号和即将发射的中星9号卫星等。这些高功率卫星上大都有一些直播系统的信号，如亚太5号上有数码天空、香港有线、长城亚洲平台、艺华直播等；亚太6号上有CBTV平台、中国广播网信号及教育平台；亚洲4号有香港天浪信号；马布海卫星上有菲律宾的梦幻直播信号。
其它的卫星上的直播信号并不是信号不强，而是在我国落地的信号不强，在他们本国的信号也是相当强劲的，如韩星3号上的韩国直播、马星2号上的越南直播、泰星5号上的泰国直播信号、百合花卫星3A/4A上的BS/CS直播信号等，在本国的信号都是很强的，所以他们这些国家也完全可以搞自己的车载移动接收系统，日本和韩国不很早就已经在应用了吗？我们做出的产品也可以出口卖给他们嘛。在中国，其实最适合搞移动（车载或船载）的地区是在中国的华东、华南地区，包括广大的沿海地区，因为这些地区有如下的优势：
1、中国东南沿海地区是中国最发达的地区，就数字产品而言，这里就集中了全国80%以上的卫星数字接收机生产厂家；
2、我们从卫星场强覆盖图也可以明确地看到，几乎所有的亚太卫星，都在我国东南沿海地区（华南、华东地区）加强了场强覆盖，更适合于移动的接收和推广；
3、科技的发展也促进了经济的快速发展，这里的人均国民生产总值也位居全国前列，使其成为全国最具潜力的消费群体；
4、东南沿海地区也是最开放的地区，交通、旅游、物流业、航运、渔业都特别发达，尤其是珠三角毗邻港澳，GDP值增加极快，中港商务车大量流动，为移动接收创造了良好的条件，这里也是人均拥有私家车及商务车最高的地区。
大量的实践证明，最适合移动接收的卫星信号源还是圆极化信号，地面固定接收圆极化信号较接收线极化信号容易，移动接收中同样如此，所以就目前而言，最适合移动接收的还是香港天浪39套信号，可看性也比较强：新闻、体育、娱乐、音乐、电影、剧集、时装、地理、卡通等等都很全面。在今年稍晚时候发射的第2颗直播卫星———中星9号，同样采用圆极化方式工作，是另一颗最适合移动接收的卫星。
前面给大家介绍过的那款CSA-210M小天线，由于受体积的限制，其增益较低，但同样的面积而做为金属抛物面天线，是永远也达不到这个指标的，这说明这个小天线的效率是相当高的，这是因为它采用了新型的薄膜式天线，这种天线很轻很薄，是非常适合应用在车载天线中的，但也有缺点，就是价格相对其它形式的天线较高，但就这么小的体积而言，天线面还要达到接收卫星信号的要求，除了这种天线，别无其它选择。我们曾试着将此接收单元收视亚太6号上的中国广播网及河北卫视信号，都可以正常下载，而接收其它高功率卫星上的信号却不行，这是因为这两组信号都采用了1/2的FEC，相对接收容易一些，另外就是圆极化的信号比线极化的节目要好接收一些，因为它完全可以忽略极化角的问题，当然这里也有另一个因素，这就是圆极化高频头接收线极化的信号，不可避免地带来一些损耗。
气象卫星接收机设计 篇10
对于用户较少、分散居住的农村地区而言，如何以更加经济且安全的方式充分利用我国广播电视卫星的现有节目资源使农民群众接收到套数多的且质量高的下行信号，或者在原有广电村村通平台的基础上提供更多套数的节目，以满足其日益增长的文化需求，就成了需要解决的问题。随着“鑫诺3号”与“中星6B”的在轨正常运行，目前，国家信息产业部及某些省的信息产业厅已开始在部分农村地区推广专为我国广大农民群众接收合法卫星广播节目而设计的新一代农村卫星电视接收系统，该系统的主要特点是使用双星(“鑫诺3号”与“中星6B”)接收基站及专用的卫星接收机、每户均能接收到40多套电视节目。此举同时也可防止用户对境外卫星节目的非法接收，但该系统至少存在以下两点不足：还不是针对以上问题最经济的解决方案;随着“中星9号”目前的正式开播与“鑫诺4号”的即将发射，系统的使用范围还有待扩大。本文就针对这两个问题，基于笔者的实践经验及对目前农村卫星共用接收站与农民群众个体接收站普遍存在的问题的了解，并结合一项国际上的最新技术，粗浅的提出了一套较经济与完整的卫星广播信号农村接收简易系统的设计方案，同时，本文也侧重于对系统建设中的关键环节及建成后的维护等进行了探讨，以更大程度的减少投资费用、延长系统的使用寿命并增强系统对‘终端用户或多或少’的适应能力。
2 本设计方案简介
(1) 本系统为若干农户共用一个卫星广播接收站而设计;
(2) 考虑到需建设集体接收站的农村地区的自然条件与我国广播卫星(“中星6B”、“鑫诺3号”与“中星9号”)免费节目资源状况，大体上，本设计包括两套方案，即：用一副前馈抛物面天线接收“中星6B”与“鑫诺3号”上的C波段节目信号;用一副0.9m偏馈天线接收“中星9号”传输的Ku波段节目信号。不同的农村地区可根据实际情况来选择方案一或方案二来建设集体接收站;
(3) 本系统组成的简易框图如图1所示。
笔者曾在数次工程实践中做过测试，发现把线放串接在高频头与馈线接口处要比将其串接在功分器之后所得的SNR(信噪比)值要大。
以下就接收系统建设中的关键环节(如接收站址、器材选择、施工规范、接收机的设置及系统运行维护等)简要的进行探讨。
3 对接收站址与系统器材的选择
该接收系统包括：接收站址、天线、高频头、卫星信号线路放大器、第一中频信号传输线、功分器、‘二切一’选择开关及数字接收机。由于我国未通广播电视的自然村及需要安装卫星广播集体接收系统的农村地区的自然条件不一，且群众居住的集中程度各异，同时，卫星广播信号的EIPR(等效全效辐射功率)值在某个地区是基本稳定的，因此，为了减少系统的建设成本、增大终端用户的数目并实现高质量的安全接收，即使在异常天气状况(雷天除外)下也能正常接收，就需要合理选择天线及相关器材并规范的施工。
3.1 对接收站址的选择
在实施本设计方案建设农村集体接收站时，对站址的选择，应综合考虑以下因素：
(1) 较平衡的考虑站址到各用户家中接收机的距离，以尽量缩短信号传输线缆的长度;
(2) 应选在视野开阔、前方无任何遮挡物的地方;
(3) 应选在土质坚硬、干燥的地方，否则会发生天线基座下陷或腐蚀等现象;
(4) 应选在猪、牛等家畜触及不到的地方;
(5) 在平原地区，若附近有微波信号(如MMDS)发射源，则站址的选择应尽量避开其信号的传输方向;
(6) 若附近有小灵通基站(其所发射信号的二次谐波落在C波段内)或移动通信基站，可以先用一副天线连一台接收机的方式进行预调试，看其是否会对接收产生影响，以确定是否使用该站址。
3.2 对天线的选择
(1) 常见的卫星广播信号接收天线有正馈(前、后馈)抛物面天线、偏馈天线、微带天线、卡塞格伦天线、格里高利天线与球形反射面天线;
(2) 从成本及市场供应等情况考虑，本设计选用正馈抛物面天线及Ku波段偏馈天线：
由于使用后馈天线时，必须密封好馈源口，以免雨水或其他杂物进入高频头，日久后其内部原件发生氧化，易造成系统故障，给维护工作带来极大不便;且在相同尺寸时，后馈天线的性价比要比前馈天线的小(虽然由于高频头对卫星广播下行信号的遮挡而使后者的功率增益要比前者低0.2dB左右，但该值甚小，对信号接收质量的影响可以忽略不计)。故最好选择正好正馈抛物面天线。
又由于接收Ku波段卫星广播信号时，相对于正馈天线而言，偏馈天线的焦距F要小些(这样便于安装与调试)，且增益略高，因此，一般宜选择后者;
(3) 由于雨、雪等对Ku波段信号的衰减较大，因此，为了保证信号接收质量及便于维护，在多雨或多雪地区实施本设计方案接收东经92.2度‘中星9号’传输的信号时，一般不宜选用偏馈天线;
(4) 在多风的地区，若要兼顾信号接收的更高质量，可选用玻璃钢结构的天线，否则可以选择铝网天线(虽其增益较板式天线的要低，且其受雨雪的影响较大，但它有较强的抗风能力)，以确保天线指向的长期精确;
(5) 在某些较理想的站址处，由于大山或密林的遮挡，在上文中的三颗广播卫星中，可能有一颗或两颗不在天线的视野范围之内，如东经92.2度的‘中星9号’，此时则不能选用偏馈天线，而是选用前馈天线来接收我国的C波段广播节目信号。总之，要灵活处理。
(6) 同时，应选择制作精良、未产生物理形变、精度较高的采用铝等不易生锈材料制成的天线。选购天线时，还要看其结构是否合理：支撑杆牢固与否、仰角与方位角调整杆的螺距的粗细情况及调节是否方便等;
(7) 为了保证较多的节目套数与较高的信号质量，C波段前馈天线的直径可定为2.0m，而Ku波段偏馈天线的直径可定为0.9mㄢ
3.3 对高频头的选择
广播卫星的下行信号经天线接收以后，被反射到高频头，经低噪声放大、变频及中频放大以后，输出第一中频数字信号。又由于天线系统(由高频头及天线组成)的品质因数Q=G/T=G/ (Ta+Tr) =G/Tr (Tr为高频头的噪声温度)，因此综上，高频头的性能优劣直接关系到卫星广播信号集体接收的质量。故应选择本振频率稳定度较高、本振相位噪声较小、动态功率增益较大且噪声温度较低的高频头。
同时，由于方案一用于接收两颗广播卫星上的C波段节目，故应选用两个高频头：其一为一个双本振(5150/5750MHz)双极化(线性)单输出馈源一体化高频头用于接收东经115.5度“中星6B”传输的水平与垂直极化节目信号(对接收机的设置，详见下文);另一为本单振(如5150MHz)水平极化单输出馈源一体化高频头，用于接收东经125度“鑫诺3号”传输的水平极化节目信号。若运用方案二，则由于“中星9号”传输的是L(左旋)圆极化波，且其下行频率均处于Ku频段的高波段，因此，应选择本振频率为10.750GHz的左旋圆极化高频头。
另外，在选择高频头时，一定要注意观察金属极化针是否和其与高频头圆柱形外筒内壁的接触点所在的切平面成严格的垂直关系，以及极化针有无弯曲或其他变形现象等。
3.4 对第一中频信号线路放大器的选择
为了弥补信号在“长线”及功分器等之中的衰减损耗，可在系统中加入线放。显然，宜选择工作频率范围为950～2050(或2150) MHz、动态功率较大且噪声温度较低的线放。
3.5 对第一中频信号传输线的选择
实施本方案时，可能要用到较长的传输线(超过30m甚至50m)，因此，对其的选择至关重要。
(1) 众所周知，光缆是目前把信号进行有线传输的最理想的一种媒介，但用其进行信号传输时，还需在头端加一个电光转换设备，在末端加一个光电转换设备，而且目前的市场上还没有能将950～2050(或2150) MHz的信号转变为光信号的设备。即使有，若运用之，则建设系统的成本会大大增加。因此，实施本设计方案时，宜选用第一中频同轴电缆。
(2) 如何选择第一中频同轴电缆
表1为笔者在一次工程实践中所测得的不同参数的同轴电缆的衰减值 (dB/100m) 。
由此可见，电缆越细，其对所传输信号的衰减越大;第一中频信号的频率越高，电缆对其的衰减也越大。
又由于经高频头低噪声放大且下变频的第一中频信号将在‘长线’中传输，因此，同轴电缆越长，信号的衰减就越大。
综上，在建设农村集体接收站时，对电缆的选择也成了保证信号质量的关键一环：
(1)宜选用物理发泡SYWV同轴电缆;
(2)最好不用75-5缆，而应根据所估计的第一中频同轴电缆的长度及终端用户的数目灵活选择75-7、75-9甚至75-12型电缆;
(3)所选电缆的内/外导体的同心度要好，偏轴电缆则不宜选用;
(4) 宜选用外导体中的金属编织网较密或铝箔质量较好的电缆, 以增强其屏蔽干扰的能力, 并减少有用信号的泄露;,
注:受测电缆均为物理发泡SYWV型, 且其外导体均为铝箔+金属编织网。
(5)购买选中的电缆时，应仔细检查电缆的绝缘外套有无变形与开裂等现象，同时，应使电缆的长度比所估计的最大长度值大2.5～3.0m，作为裕量。
3.6 对功分器的选择
功分器可把第一中频信号的功率均分成若干份，并有效的隔离各个卫星接受机。由于有源功分器也可以起到弥补信号的衰减的作用，因此，当终端用户数目较大或信号传输距离较长时，可选用有源功分器，否则，宜选用无源功分器。同时，有源功分器是由晶体(固态)三级管来实现隔离功能的，故应选择噪声温度较低者。
3.7 对Diseqc开关的选择
要求其工作速度较大。
3.8 对卫星数字广播接收机的选择
接收机的工作原理：第一中频数字信号经电缆送入接收机的RF输入端口后，调谐器即进行频率的选择及信号的再放大，并对信号进行第二次变频，然后进行QPSK(四相相移键控)解调与FEC(前向误差校正)滤波，以还原出MPEG-2数据流信号。之后，解码复用器对其解包，分解出A、V同步控制信号，该信号再经过MPEG-2解码器、视频数字解码器及音频D/A转换器以后，模拟电视机能接收的信号便产生了。故，根据本方案建设集体接收站时，宜选购具有门限扩展功能的接收机，以降低数字信号接收的门限电平。又由于接收机门限电平的高低决定着信号SNR值的大小，因此，宜选择低门限值的卫星数字广播接收机，以接收到有较大分贝裕量的信号，从而获得较高且稳定的信号质量。以下列出选择接收机时的一些参考指标：
(1) 输入频率的范围：950～2050 (或2150) MHz;
(2) 门限值：小于3～2.2dB;
(3) DVB/MPEG-2兼容;
(4) SCPC(单路单载波方式)与MCPC(多路单载波方式)兼容。
另外，从经济及实用的角度考虑，不要选择具有条件接收功能及数据输出功能的接收机。
最后，若要接收东经92.2度“中星9号”传输的节目信号，笔者建议使用ABS-S专用数字广播接收机，因为这样不但能接收到47套电视节目与47套广播节目，而且还能随时浏览包括EPG(电子节目指南)、时事新闻、农业资迅、科教园地及天气预报在内的信息服务等。但要注意的是：必须选用本振频率为10.750GHz的高频头。
4 建设农村集体接收系统的规范施工
在选好站址及器材后就可以进行接收系统的建设了，从笔者的经验来看，‘规范施工’对整个系统的接收质量及运行稳定度等有着重大的改善及格增强作用。以下便对‘规范施工’中的几个主要注意事项进行粗浅的探讨。
(1) 笔者曾数次对众多卫星广播农户单收站(某些地方的广电‘村村通’技术方案之一)进行过调研，发现其中普遍存在的一个较严重的问题是：农民群众接收不到目标卫星(“中星6B”或“鑫诺3号”)上所传输的所有免费节目的信号。经过技术分析，发现其主要原因是天线的初装较粗糙且细调不到位。在这里，笔者推广一种行之有效的方法：向相关技术人员特别是农民群众传播我国广播卫星传输的所有免费节目的主要参数。这样，在用户的监督下，技术人员在安装与调试系统时便会比较负责与细心了，从而更加保证了系统的接收质量。
(2) 应密封好馈源口，以免由于一些爬行类昆虫或蜘蛛等在高频头内安家、拉丝网，日久后易造成高频头微波网络及低噪声放大器的损坏。
(3) 在高频头的输出口与第一中频电缆F头连接处，电缆应留有适当的裕量，且应当弯成凸弧状(弯曲程度不能太大，以免增大信号衰减)，以免在雨天或雪天，水分浸入F头，日久后，外导体甚至内导体发生氧化，使得内导体与高频头内部的金属插孔接触不良，造成电缆不能传送较低频的信号，情况严重时，来自接收机的直流电不能进入高频头，从而使信号全部中断。
(4) 在有的集体接收站或单收站中，高频头上常年罩有一个塑料瓶，我认为比较科学的方法应当是只在下雨或下雪时才罩上，平时则不罩，以利于高频头内部电路在工作时及时与充分的散热。
(5) 系统中的各线缆均需悬空处理，而不能随意放在地上，以避免发生形变或进水受潮。
(6) 该系统中有较多的接头处，因此，必须要用质量较好的防水胶布密封好。
(7) 由于线放及功分器均置于室外，故需就地取材(如废弃轮胎的橡胶等)将其封牢。同时，应在下方钻出若干小孔用于散热。
5 对接收机的设置
(1) 由于ABS-S专用接收机内置有“中星9号”传输的节目参数，故用户在调试系统时，不用对接收机进行设置。
(2) 由于接收“中星6B”传输的节目信号时用的是双本振双极化单输出高频头，而有的接收机支持5150/5750MHz双本振自动切换，有的则不支持。对于前者，可把接收机的本振设为5150MHz与5750MHz来分别接收水平及垂直极化信号(直接输入相关参数);对于后者，则可把接收机的本振设置为5150MHz，以接收水平极化信号，再把本振设置为5750MHz，然后把各垂直极化信号的下行频率减去600MHz后再输入接收机。
6 如何进一步增大本接收系统的终端用户数
在不久的将来，还可以运用目前在国外还处于室、试验阶段的‘光缆连接LNB’(光纤LNB)，由于卫星广播的极化信号在其中传输时几乎无衰减(衰减值约为0.3dB/km)，故第一中频信号便可以几乎无限制的分送下去，几乎无损耗的到达每个独立的用户。这样，可以想见的是，届时本设计的应用范围将会得到较大程度的扩展，系统将由此具有更好的传输质量及更明显的经济性。
7 系统运行的日常维护
根据本设计建成的集体接收站应该具有较高的质量，且由于是共同投资，农户会对其倍加爱惜，以下便简要的就系统的日常维护提出几点建议。
(1) 采取‘主动防雷’措施。在估计可能会打雷之前，不要对系统供电，并拔下接收机的电源插头及与其RF信号输入端连接的电缆F头。同时，为了防止电缆的‘感应雷’损坏高频头等器件，也应把与高频头输出口连接的电缆F头拔下(之后要注意对这两者做好防水处理);
(2) 若遇雪天，则应在雪停后及时的除去天线反射面上的积雪;
(3) 一些体积较大、形状不规则的杂物可能会被风吹到天线的反射面上，应及时的清除之;
(4) 更换已老化的电缆前，应断开电源，以免损坏某些器件(如高频头等);
(5) 在接收机的下方开了许多气孔，尘埃、细小杂物及水汽有可能从其侵入接收机内部的微处理芯片，故，平时应做好除尘等保养工作;