基于FPGA的TDRSS基帶信號處理系統的設計與實現

摘要：跟蹤與數據中繼衛星系統（TDRSS）是國防和載人航天的重要支撐系統。它不僅可以減少地面測控站的數量，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做了完整設計，并介紹了關鍵技術和系統設計要點，最后通過FPGA實現了整個系統，證明了方案可行性。

關鍵詞：跟蹤與數據中繼衛星系統；非平衡QPSK；數字匹配濾波器；PN碼捕獲；多普勒頻偏

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

 
    TDRSS由TDRS、地面終端站、用戶航天器組成，具有跟蹤（T）和數據中繼（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，地面終端站發射的遙控指令、測距信號和其它數據通過TDRS轉發給用戶航天器，用戶航天器接收、解調出遙控指令并反向發回測距信號和遙測數據，從而實現雙向測距測速和跟蹤測軌及數據中繼。TDRS衛星運行在高度3.6萬公里的同步軌道上，由于整個TDRSS系統限制了TDRS的發射功率、發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機接收信號信噪比可以低至－20dB，最大的多普勒頻偏為