探测器信号链路估算方法

2017-06-02朱亚立

电子技术与软件工程 2017年10期

中国探月工程中，使用VLBI技术对嫦娥系列探测器精密测量。采用仿真方法模拟探测器信号检测VLBI系统的测量能力具有重要意义，而评估探测器信号的链路和空间传输损耗是仿真工作的关键。本文根据实际探测器信号的传输过程，研究了地面接收的探测器信号功率和噪声信号功率计算方法，为仿真工作奠定了技术基础。

【关键词】仿真探测器信号功率

1 引言

甚长基线干涉测量技术（VLBI，Very Long Baseline Interferometry）是二十世纪六十年代后期在射电天文领域出现的一项技术，它具有空间分辨率高、测量精度高的特点。我国于2007年首次在探月工程中使用VLBI技术，出色的完成了测、定轨任务。

在实际任务前，为评估和测试VLBI系统的测量能力，目前的常规做法是开展大量实际目标联测试验，耗费大量人力、物力。采用仿真方法模拟探测器信号，不仅可用于研究VLBI数据处理模块的技术方法，而且可代替那些难以实现的实际观测，全面评估VLBI系统的测量能力。而评估探测器信号的链路损耗是仿真内容的关键。

实际进行深空探测器VLBI测量时，使用探测器下行无线电调相信号。传送遥测信号、干涉DOR信号和（或）转发上行基带信号（包括测距信号、残留遥控信号等）。这些调制信号调制到载波上，经天线放大后发射。探测器信号在传输过程中会受大气等噪声的影响。地面测站将接收到的信号（包含探测器信号和噪声信号）检测并解调，最终记录至磁盘。因此，仿真中需根据实际探测器信号从发射到接收所经历的变化过程，对探测器信号链路进行估计。本文介绍了地面测站接收的探测器信号和噪声功率的计算方法。

2 基本原理

2.1 接收功率计算方法

探测器信号在发射、传输、接收过程中，信号的功率受天线增益、自由空间路径损耗等因素的影响发生变化。仿真中需要考虑整个通信链路过程，计算信号接收功率。图1给出了基本通信鏈路及其基本参数。

链路参数的定义：Pt为传输功率（W）；Pr为接收功率（W）；gt为发射天线增益；gr为接收天线增益（W）；r为路径距离（m或km）。

2.2 噪声功率计算方法

噪声信号为广谱信号。在卫星通信链路中，从发射机至最终信号检测和解调，噪声信号在信号传输路径的任何地方都可能会被引入。产生噪声的噪声源众多，分为地球噪声源，包括大气气体的辐射、云雨的辐射等；地球外噪声源，包括宇宙背景噪声、太阳和月球辐射、天体射电源辐射；人为噪声源包括电子电气设备的无意辐射、输电线和其他通信系统辐射；

综上，等效噪声温度ta主要由地球噪声源噪声温度、地球外噪声温度和人为噪声温度组成，代入式（9）得噪声功率Pnoise。仿真噪声信号，生成服从N（0，Pnoise）正态分布的随机序列。

3 正确性验证

根据实际参数分别计算探测器信号功率和噪声功率，仿真地面测站接收的信号。图2中（A）为实际信号单通道自功率谱，可观察到0.96MHz处的载波信号，距离载波500kHz、65.536kHz的测距主音信号和遥测信号、噪声信号；其他为信号谐波项。（B）为仿真信号自功率谱图（采样率4M），同样包含载波信号（0.96MHz）、测距信号（500kHz主音频率）、遥测信号（65.536kHz）、噪声信号。

仿真信号与实际信号对比，载波信号、测距信号、遥测信号的频率和功率分配与实际信号一致，噪声信号的功率和分布也与实际信号相同，验证了功率计算方法的正确性。

4 结论

探测器信号从发射至接收经历了调制、解调等一系列复杂的过程，本文根据实际过程中信号的变化，介绍了测站接收的信号功率和噪声信号的功率计算方法。通过仿真探测器信号与实际信号的对比，验证了探测器信号功率和噪声功率计算方法的正确性，为后续仿真工作打下了基础。

参考文献

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作者简介

朱亚立（1992-），男，江苏省泰州市人。硕士学位。主要研究方向为信号仿真。