卫星数字电视通信模拟评估系统设计与实现分析

刘姝姝

（湖南机电职业技术学院，湖南 长沙 410151）

0 引 言

相较于常规通信，数字卫星通信优势明显，如信号的覆盖范围更广、信号质量更好以及运行成本低等，因此在军用领域及民用领域均得到了广泛应用。但由于数字卫星的上行发射系统设备本身功率较大，在日常训练时，一旦操作不当就容易造成安全事故，因此必须设计一个卫星数字电视通信模拟评估系统，实现模拟训练，保护训练安全。

1 卫星数字电视通信模拟评估系统设计功能需求

设计卫星数字电视通信模拟评估系统的最终目的，是在开展卫星通信设备训练工作时，不直接在真实的设备上进行，而是先通过该系统实施模拟评估训练，获得一定成效后，再转为真实设备[1]。这样便能够以最高的效率与最小的代价，实现对卫星通信设备的掌握。基于上述目的，本次卫星数字电视通信模拟评估系统设计应满足以下功能需求。一是人机交互界面良好，模拟出的操作环境更加真实。在方舱内操作时，可通过窗口方式直观了解方舱外情况。二是训练平台一体化，能够在平台上获得各种培训资料信息。三是系统操作指导功能正确完善，且能够对训练结果进行考核校验。四是训练内容事无巨细，且能够全天候随时待命，满足各种训练要求[2]。五是电视画面能够真实呈现出操作后所出现的情况。六是模拟操作训练环境设施与真实的操作环境设施完全一致，包括相应设备的位置摆放和外形等。

2 卫星数字电视通信模拟评估系统设计实现

2.1 硬件设计

2.1.1 硬件电路设计

系统模拟的数字卫星终端设备有很多，如通信机、信标接收机以及卫星接收机等，增大了硬件电路设计的复杂性[3]。在设计时，可以根据系统机柜分布要求，将所有硬件设备进行分组，具体可分为5组，因此需要配置5个机柜，负责分控处理。此外，在设备的面板设计方面，也应进行1∶1配置，从而真实地模拟出设备各面板的操作情况。针对一些没有操作显示界面的设备，只需要做面板模拟即可。

2.1.2 电力原理图设计

在具体设计时，可将系统硬件分为5部分，每部分均配置1个独立机柜，实现分控处理。从而既能够独立完成本机柜的设备控制内容，又可以跟其他机柜联动控制，协同开展工作，完成系统任务。设备面板前的按键和开关等相应部件均按照真实原装设备部件1∶1复刻，从而确保在操作手感上与原设备一致。面板状态采集与控制方面，采用了PLC作为微处理芯片。在外围，为实现不同部件的通信与控制，设计配置了串口芯片、网口芯片以及按键指示灯等部件。为促使系统性能得到稳步提升，在实际设计的过程中，采用的集成电路均是高性能电路[4]。除此之外，还配置有性能比较高的微处理器。

结合实际的接口设计，采用了高性能单片机，型号为DSPIC30F6014A。在单片机的帮助下，不仅能够实现串口通信，还能够控制LED显示灯。在此基础上，结合系统控制的LED显示灯数量，采用了周立功ZIG7289芯片实施控制。该芯片功能较为强大，能够驱动8位共阴式数码管。与此同时，还能够连接64键盘矩阵单片，从而实现对LED灯准确的显示控制，只需要1片芯片就能够顺利完成相应的控制任务。

在电源供电电压串口通信控制芯片选择上，本次采用了MAX1482串口芯片，供电为5 V，满足使用要求且性能稳定，性价比优良。发射时能接入单片机进行串口信号输出控制，使其接入总线，完成通信。具体串口电路设计如图1所示。

图1 串口设计电路原理图

2.1.3 模拟终端设计实现

本次共设置有5个机柜，以编号为1的机柜终端设备设计为例，该机柜中共包含有7个设备，在印制板设计方面，以实际结构布局为依据，实现相邻设备整合，使其集成在同一个印制板中[5]。结合实际设备的情况，在设计实现上最终采用了4个印制板才完成了设备布局。其中第一个印制板为1号机柜的主控板，继承了3个设备，分别是两个卫星接收机和一个信标接收机。第二个印制板为双联屏显示模拟器，主要负责卫星接收机操作模拟，输出相应的音视频，显示具体的操作步骤。第三个印制板为频谱分析模拟器，用于模拟分析仪的一些基本操作，如宽带设置和中心频点设置等。第四个印制板为码流分析模拟器，主要负责模拟码流分析仪设备的功能[6]。

2.2 软件设计

2.2.1 软件接口设计

一个完整的模拟评估系统综合控制软件包含3大组成部分，一是三维视景软件，二是上级接口软件，三是导调控制软件，并由主控计算机进行控制[7]。与此同时，还配置有键盘、鼠标以及液晶显示器。正是上述外设的构成，组成了软件的接口，主控计算机外部接口示意如图2所示。

图2 主控计算机接口示意图

2.2.2 软件单元的运行

在软件正式启动后，需要先进行初始化，初始化的对象为数据库、网口以及相应界面。在这一过程中，操作人员会结合自身需要选择训练的项目，然后选择模拟训练场景进行训练。通过数据库获得相应的数据资源后，在通信技术的帮助下，相应训练信息便传输至模拟训练系统中，供操作人员进行训练。在此期间，通过与社会进行通信，将会采集到设备运行状态信息，然后将这一结果信息反馈至系统中[8]。与此同时，在获得相应数据处理结果后，也会在节目画面中进行显示。完成训练后，以操作人员各项训练结果为依据，完成评分，并对整个训练过程进行总结分析，确保每个操作人员都能够从中获得一定的收获。

2.3 系统功能测试

本次主要以模拟测试终端测试为例进行分析。具体测试步骤如下：第一步，准确连接被测单机设备的电源；第二步，打开单机设备；第三步，对单机设备执行面板操作；第四步，通过训练主机界面，查看在完成操作后相应面板是否能够现实正确的反馈操作训练结果[9]。

在实际测试操作时，首先通过变频器模拟器控制面板打开设备电源开关，其次设置符号率为87.654 321 MHz，调制方式为QPSK2/3，上行频率为12 345.678 99 MHz，最后点击发射按钮便能够得出变频器显示结果。具体测试记录如表1所示。

表1 调制上变频器模拟器测试

通过操作天线控制器面板打开设备电源开关，然后再操作按键打开天线，随后调整天线的方位角，具体调整数值为俯仰角90.0°，极化角10.0°，方位角10.0°[10]。天线控制器模拟器测试记录如表2所示。

表2 天线控制器模拟器测试记录

3 结 论

卫星数字电视通信模拟评估系统是一个较为复杂的系统，在实际的系统设计过程中需要充分了解系统设计的目的以及最终的功能需要，然后以此为依据，注重加强卫星数字电视通信模拟评估系统设计与功能实现，并通过测试确保功能能够稳定顺利地发挥。