萤火一号火星探测器高灵敏度模拟接收机技术.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第30卷2013年第4期文章编号：1006—1630(2013)04012603萤火一号火星探测器高灵敏度模拟接收机技术赵涛，王文伟，任振(上海航天电子技术研究所，上海201109)摘要：对萤火一号(YH一1)火星探测器高灵敏度模拟接收机技术进行了研究。给出了模拟接收机的主要功能和组成，介绍了降低接收机噪声系数，减少接收机带宽等关键技术。阐述了中频锁相、指令解调等模决的工作原理，列出了研制的高灵敏度模拟接收机的主要性能指标。关键词；YH一1火星探测器；高灵敏度；接收机；中频锁相；指令解

2、调中图分类号：TN85文献标志码：ATechnologyinHighSensibilityAnalogReceiVerforYH一1MarsProbeZHA0Tao，WANGWen—wei，RENZhen(ShanghaiAerospaceElectronicTechnologyInstitute，Shanghai201109，China)Abstract：ThetechnologyinhighsensibilityanalogreceiverofYH1Marsprobewasstudiedinthispaper．Themai

3、nfunctionandcompositionofthereceiverweregivenout．Thekeytechnologiessuchasreducingthenoisefactorandbandwidthofthereceiverwerepresented．Theprinciplesoftheintermediatefrequencyphaselockandcommanddemodulationwereputforward．Thecapabilityparametersofthereceiverweregiven．K

4、eywords：YH～1Marsprobe；Highsensibility；Receiver；Intermediatefrequencyphaselock；Commandde—modulation0引言YH一1火星探测器是中国研制的第一颗火星探测器，研制过程中突破了多个技术难点，其中深空测控通信作为一项关键技术也获得了突破。YH一1火星探测器运行期间，最远处与地球将相距约4亿千米，测控通信分系统需克服此超远距离的巨大信号衰减和传输时延等不利因素，实现深空环境中的有效通信，协助地面测控站完成对探测器的跟踪测轨，提供探测器与地面测

5、控站间的遥控、遥测数据传输通道，在执行科学探测任务期间完成遥控指令接收、遥测数据传输、科学数据传输、测轨信标发送等任务‘¨。测控通信分系统是火星探测的唯一信息线，与其他测控系统相比其重要性更突出，技术难度更大[2]。除提高地面发射功率和天线增益、增大天线收稿日期：2012一09—25作者简介：赵涛(1981一)．男，硕士生，工程师，主要从事雷达接收机、深空探测接收机的研究。口径等方法外，目前提高接收机灵敏度是改善路径损失、确保火星探测通信分系统工作最有效、最可靠，也是最节省成本的方法之一。高灵敏度模拟接收机是YH一1火星探测器

6、测控通信分系统的关键单机，其主要功能是从接收天线接收地面测控站发送的遥控上行信号，对遥控上行信号进行捕获和跟踪，同时完成遥控指令的解调，将指令数据发送至译码器。YH一1系统总体对接收机的主要性能要求包括接收灵敏度优于一142dBm、载波跟踪带宽大于±5kHz、质量小于1．5kg、功耗小于8W。基于YH一1火星探测器工作特点，本文对高灵敏度模拟接收机工作原理和关键技术进行了研究。l接收机组成与关键技术1．1主要功能及组成在火星探测测控通信任务中，3．6亿千米通信距离可导致280dB的信号衰减，接收机收到的信号极其微弱，信噪比很低

7、，只能工作于10b／s量级的第30卷2013年第4期赵涛，等：萤火一号火星探测器高灵敏度模拟接收机技术极低码速率，所需信号解调灵敏度大于一140dBm。另外，由于探测器与地球相对运动引起的高动态多普勒频移(数赫兹至数十赫兹)，要求载波锁相环具备良好的动态性能，否则会引入较大的相位误差，使副载波的解调性能变差。因此，在低信噪比、低码速率、高动态多普勒频移共存的条件下，接收机的设计需同时解决微弱信号检测、载波捕获、低码速率数据解调等技术难题。高灵敏度模拟接收机采用锁相接收机体制，射频前端采用两次变频的超外差接收机方案，将接收链路增

8、益150dB平均分配至不同频率段，在射频段采用物理隔腔设计的方法，避免接收通道放大器自激振荡。中频采用模拟鉴相二阶锁相环体制，将中频低信噪比的微弱信号捕获和锁定于高稳定频率源，完成对低信噪比载波信号的捕获和跟踪。指令解调模块采用科斯塔斯环工作体制，同时完成副载波信号的捕获、跟