[發明專利]一種基于RFSoC軟件無線電架構的衛星通信系統

在審

• 申請號: 202210955120.1
• 申請日: 2022-08-10
• 公開（公告）號: CN115347938A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 郭建敏;蔡林均;馬承志;李偉強;王良松;韓乃龍
• 申請（專利權）人: 山東航天電子技術研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W24/02
• 代理公司: 北京金碩果知識產權代理事務所(普通合伙) 11259
• 代理人: 劉珂瑋

本發明提供一種基于RFSoC軟件無線電架構的衛星通信系統，包括：RFSoC基帶，系統管理FPGA、配置文件存儲區和射頻前端；所述RFSoC基帶，用于衛星平臺或衛星載荷通信的信號處理、RF DATA Converter軟件定義和天線波束指向控制；所述系統管理FPGA，用于RFSoC配置文件三模冗余存儲、加載、地面注入和在軌重構；所述配置文件存儲區劃分為固化區和多份重構區，固化區用于存儲系統軟件程序，重構區用于三模冗余存儲地面上注的在軌軟件重構配置文件，通過軟件控制方式選擇通信系統軟件啟動區，系統管理FPGA上電默認固化區啟動，當收到重構區啟動指令后，完成重構區配置文件加載；所述射頻前端，用于完成寬帶低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制以及輸出功率放大功能。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，尤其涉及一種基于RFSoC軟件無線電架構的衛星通信系統。

背景技術

衛星通信系統是衛星平臺或衛星載荷的指令、遙測和數據的無線傳輸的系統，在傳統衛星平臺中，衛星通信系統都是由多臺單機分別實現對地測控、高速上行、高速數傳和星間通信等功能，其基本構型如圖1所示。

隨著軟件定義衛星軟件無線電技術發展，星上通信系統向一體化、通用化和可重構的軟件定義方向發展，傳統衛星通信系統的基本構型中每臺單機都負責一種通信功能，其集成度低、通用化差。商業航天和低軌組網衛星等小衛星平臺迅速發展，傳統的衛星通信系統已經無法適應當前需求。

因此，如何實現衛星通信系統一體化、通用化和軟件可重構成為解決問題的關鍵

發明內容

本發明提出了一種基于RFSoC軟件無線電架構的衛星通信系統，如圖2所示，通過一臺單機RFSoC硬件平臺，軟件實現測控、數傳、星間(高速、低速)等的一體化通信功能，并完成天線指向在軌實時計算，通過配置文件三模冗余解決軟件配置加載可靠性問題，通過在軌上注配置文件實現軟件重構定義通信系統功能，該系統一體化程度高，軟件定義重構通用化強，可靠性高。

本發明提供一種基于RFSoC軟件無線電架構的衛星通信系統，包括：RFSoC基帶，系統管理FPGA、配置文件存儲區和射頻前端；

所述RFSoC基帶，用于衛星平臺或衛星載荷通信的信號處理、RF DATA Converter軟件定義和天線波束指向控制；

所述系統管理FPGA，用于RFSoC配置文件三模冗余存儲、加載、地面注入和在軌重構；

所述配置文件存儲區劃分為固化區和多份重構區，固化區用于存儲系統軟件程序，重構區用于三模冗余存儲地面上注的在軌軟件重構配置文件，通過軟件控制方式選擇通信系統軟件啟動區，系統管理FPGA上電默認固化區啟動，當收到重構區啟動指令后，完成重構區配置文件加載；

所述射頻前端，用于完成寬帶低噪聲放大、濾波、混頻、自動增益控制以及輸出功率放大功能。

進一步地，所述RFSoC基帶采用Zynq UltraScale+RFSoC系列芯片，其中的內嵌ARM在軌重構時控制RF Data Converter完成射頻通道采樣率和帶寬配置，并實時計算天線波束指向，以完成衛星平臺或衛星載荷通信的軟件定義重構。

進一步地，所述衛星通信系統衛星平臺通信實現測控、高速上注和星間通信基帶信號處理一體化、天線指向在軌實時控制和收發頻點在軌重構，具體原理如下：

對RFSoC基帶在射頻采樣后的信號自適應濾波完成寬帶信號的濾波抑制帶外噪聲，測控和高速上注復用同一射頻通道，通過信號處理算法完成上行信號自適應同步解調；

信號捕獲算法使用CFAR+Tong檢測算法提高信號捕獲靈敏度和概率，減小捕獲時間，在硬件邏輯實現上采用FFT計算復用設計減少硬件邏輯資源使用；

信號跟蹤算法使用二階FLL+三階PLL，解決低軌衛星大頻偏和高動態的跟蹤問題；