皮卫星是目前航天器发展的一个重要方向。皮卫星具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等优点,可用于通信、导航、对地观察和深空探测等。多颗皮卫星可以在轨道上组成星座,实现资源共享,完成遥控遥测,进行有效载荷搭载试验等。 地面站可以对在轨道上飞行的皮卫星进行测量与监控。但是地面站是一个复杂而庞大的系统,且研制周期长、造价昂贵。而要在实验室中对皮卫星进行测试,必须研制一套专门对皮卫星测控应答机功能进行测试的廉价的、功能专一模拟地面站。随着皮卫星测控应答机功能的增强,原先的模拟地面站已不能满足对皮卫星测试的要求。本论文主要研究工作是改进原有模拟地面站,使其满足皮卫星测试的要求。 本论文的主要工作内容与特色如下: 改进模拟地面站测距终端处理电路,增加了侧音提取器,采用窄带锁相环滤波器,使得提纯的侧音测距信号更加稳定,测距结果更加精确。同时实现模拟地面站的侧音轮发机制与遥测遥控的切换功能。 设计高精度的相位计数器,实现测距数据智能化操作。相位计数器采用鉴相器检测发送侧音与接收侧音的相位差,采用高精度的计数器对相位差进行计数,同时将测距音相位差信息通过USB通道反馈到计算机,实现了连续、稳定的测量。相位计数器采用100MHz的晶振作为计数脉冲,测量的最大误差为0.36°。 采用Matlab软件设计测距数据的统计程序。相位计数器发送给计算机的是发送与接收测距音相位差的计数值,而要得到真正测量的距离需要通过一系列的算法将这个相位差值转化为实际距离值,同时对采集的数据进行统计分析。人工的数据处理已经远远不能满足侧音测距的发展要求,而采用Matlab设计的统计程序可以实现测距信息的批量处理,实现数据的统计化、归一化,使测量得到的数据更加可信。 采用Matlab软件实现模拟地面站接收机的相位噪声仿真。地面站接收机的性能直接影响了皮卫星测距的准确度与精度,本文通过对地面站接收机的接收本征环、载波跟踪环路、嵌套环路、载波提取环路以及解调器的仿真进一步说明了相位噪声对测距的影响。