摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)方式設(shè)備昂貴、通用性差、衛(wèi)星識(shí)別能力弱的缺陷，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于一體化調(diào)諧器（tuner）的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)方法。該方法通過(guò)一體化調(diào)諧器檢測(cè)DVB（Digital Video Broadcasting-Satellite，數(shù)字衛(wèi)星視頻廣播）或DSS（Direct Satellite Service，直播衛(wèi)星服務(wù)）衛(wèi)視信號(hào)，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)檢測(cè)方式相比，該方法能夠降低設(shè)備成本、具有較好的通用性。

關(guān)鍵詞：衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)；一體化調(diào)諧器；衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度；衛(wèi)星識(shí)別

中圖分類(lèi)號(hào)：TN943.3

1 基于DVB-S的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)

“動(dòng)中通”作為移動(dòng)衛(wèi)星通信的典型應(yīng)用，在車(chē)輛、輪船和飛機(jī)的遠(yuǎn)程通信中得到了廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前動(dòng)中通普遍采用的高精度慣導(dǎo)器件高昂的成本導(dǎo)致動(dòng)中通在推廣和普及上存在困難。因此采用低精度低成本慣導(dǎo)器件并輔之以衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的動(dòng)中通應(yīng)運(yùn)而生。然而，當(dāng)前動(dòng)中通的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)普遍采用專(zhuān)的衛(wèi)星信標(biāo)機(jī)[1]，其價(jià)格雖然遠(yuǎn)低于高精度的慣導(dǎo)器件，但仍是動(dòng)中通成本的重要部分，因此開(kāi)發(fā)一種低成本的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)是非常必要的[2]。

1.1 動(dòng)中通衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)

動(dòng)中通衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)是通過(guò)一定的測(cè)量獲取衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度的過(guò)程。動(dòng)中通衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)一方面可以監(jiān)控衛(wèi)星信號(hào)信道的狀態(tài)，另一方面可以為動(dòng)中通波束控制提供參考信息[3]。

1.2 一體化調(diào)諧器的結(jié)構(gòu)與功能

一體化調(diào)諧器是集數(shù)字衛(wèi)星電視信號(hào)的調(diào)諧、信道解調(diào)和信道解碼功能于一體的衛(wèi)星電視接收前端。夏普BS2F7HZ0194A是DVB-S制式的典型接收模塊，主要由IX2476零中頻調(diào)諧器芯片、解調(diào)器芯片STV0299B及其他外圍電路組成。IX2476將950MHZ-2150MHZ的射頻信號(hào)下變頻為零中頻基帶信號(hào)，基帶信號(hào)再進(jìn)入QPSK解調(diào)器芯片STV0299B進(jìn)行解調(diào)和解碼，最終輸出符合MPEG-2格式的傳輸碼流。

1.3 信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)原理

所謂信號(hào)強(qiáng)度是指衛(wèi)星信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)大小。天線測(cè)控系統(tǒng)要求信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)要快速、準(zhǔn)確；一體化調(diào)諧器通常采用自動(dòng)增益控制（AGC）電路保證信號(hào)幅度的恒定[4]。接收機(jī)中天線接收的有用信號(hào)強(qiáng)度往往由于電波傳播衰落、對(duì)星不準(zhǔn)等原因會(huì)有較大的起伏變化，給后續(xù)的中頻解調(diào)和譯碼帶來(lái)困難，使信噪比下降，這就需要AGC電路進(jìn)行調(diào)節(jié)，如圖1所示。

它的反饋控制器由振幅檢波器、直流放大器、比較器和低通濾波器組成，控制對(duì)象是可控增益放大器。設(shè)該放大器的輸入信號(hào)為Vi=Vim×cost，輸出信號(hào)為Vo=Vom×cost，可控增益放大器的增益為A2（VC），則它們之間滿足：Vom=A2（Vc）Vim從輸出信號(hào)取出一部分加到檢波器上，檢出反映信號(hào)強(qiáng)度變化的電壓VAGC，通過(guò)直流放大器加到比較器的一個(gè)端口，產(chǎn)生與外部參考電壓Vr之間的差值信號(hào)Ve，經(jīng)低通濾波器后，作為控制電壓VC，加到可控增益放大器上，用來(lái)調(diào)整放大器的增益。接收機(jī)中天線接收的有用信號(hào)強(qiáng)度往往由于電波傳播衰落、對(duì)星不準(zhǔn)等原因會(huì)有較大的起伏變化，給后續(xù)的中頻解調(diào)和譯碼帶來(lái)困難，使信噪比下降，這就需要AGC電路進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)輸入的信號(hào)很強(qiáng)時(shí)，VAGC增大，誤差電壓VC減小，可控放大器的增益減小，對(duì)輸入的信號(hào)放大作用減弱；當(dāng)輸入的信號(hào)很弱時(shí)，VAGC減小，誤差電壓VC增大，可控放大器的增益增大，對(duì)輸入的信號(hào)放大作用也增強(qiáng)。這樣當(dāng)信號(hào)強(qiáng)度變化時(shí)，接收機(jī)輸出端的電壓或功率幾乎保持不變。當(dāng)參考電壓Vr不變時(shí)，直流放大器的輸出VAGC的大小就代表了輸入信號(hào)Vi的幅度大小，反映了信號(hào)空間衰落的變化，信號(hào)強(qiáng)度的檢測(cè)則以此信號(hào)強(qiáng)度為判斷依據(jù)。

2 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)

2.1 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

本文所設(shè)計(jì)的基于一體化調(diào)諧器的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)如圖2所示。

本系統(tǒng)主要由PC端的VC++編制的界面控制軟件、ARM7芯片控制器、電源、夏普BS2F7HZ0194A一體化調(diào)諧器和衛(wèi)星信號(hào)接收天線組成。從信號(hào)流分析，操作者通過(guò)PC端軟件手動(dòng)設(shè)置所需要檢測(cè)信號(hào)的衛(wèi)星上的DVB-S電視節(jié)目的下行頻率、符號(hào)率、FEC（Forward Error Correction，前向糾錯(cuò)），設(shè)置參數(shù)通過(guò)串行總線輸入到ARM7芯片中，再經(jīng)I2C總線進(jìn)入一體化調(diào)諧器完成參數(shù)的設(shè)置，一體化調(diào)諧器接收衛(wèi)星天線第一中頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)調(diào)諧、解調(diào)和解碼獲取所需要的信號(hào)強(qiáng)度、信噪比和鎖定指示等參數(shù)，一體化調(diào)諧器再通過(guò)I2C總線將所獲取的參數(shù)上傳到ARM7芯片，再經(jīng)串行總線傳輸?shù)絇C（Personal Computer，個(gè)人電腦）端上并換算成衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度值，信噪比值和鎖定指示，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)檢測(cè)衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度、識(shí)別衛(wèi)星的功能。

2.2 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的軟硬件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件主要分為兩部分：一是ARM7微控制器的控制程序；二是PC端支持串行通信的VC++編制的界面軟件。其中ARM7微控制器的控制程序主要完成兩個(gè)任務(wù)：一是支持I2C總線和串行異步總線RS232的輸入輸出數(shù)據(jù)；二是控制一體化調(diào)諧器按照特定的程序控制流程工作，按照設(shè)定下行頻率、符號(hào)率、FEC、檢測(cè)時(shí)鐘恢復(fù)、檢測(cè)載波恢復(fù)和檢測(cè)同步字鎖定的順序完成對(duì)一體化調(diào)諧器的控制，一體化調(diào)諧器程序流程如圖3。VC++編制的界面軟件完成在PC端采集一體化調(diào)諧器的AGC、信噪比、鎖定等參數(shù)并顯示和設(shè)定下行頻率、符號(hào)率、FEC等參數(shù)。

本系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)采用ST公司的STM32F103ZET6大容量微控制器作為信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的控制器，夏普公司的BS2F7HZ0194A臥式一體化調(diào)諧器作為信號(hào)檢測(cè)核心，SP3232芯片作為RS232串行總線驅(qū)動(dòng)，LM2575開(kāi)關(guān)電源芯片。

2.3 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)衛(wèi)星是亞太5號(hào)（138o E）。實(shí)驗(yàn)檢測(cè)±2.5o指向偏角內(nèi)，衛(wèi)星信號(hào)的強(qiáng)度隨衛(wèi)星指向偏角的變化圖，如圖4。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：衛(wèi)星天線指向衛(wèi)星的精度越高，其所收到的衛(wèi)星信號(hào)強(qiáng)度越大。圖4顯示指向偏角越小，信號(hào)強(qiáng)度值越大。由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知此信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)具備良好的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)能力。

3 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

本文所設(shè)計(jì)的基于一體化調(diào)諧器的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)有以下三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

（1）成本低?；谝惑w化調(diào)諧器的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)方法相比傳統(tǒng)檢測(cè)方式具有成本低的優(yōu)勢(shì)。傳統(tǒng)檢測(cè)方式的設(shè)備價(jià)格昂貴，如信標(biāo)機(jī)價(jià)格大都在數(shù)千元左右。而本系統(tǒng)各種設(shè)備價(jià)格總計(jì)千元以內(nèi)，成本優(yōu)勢(shì)明顯。

（2）通用性好。本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)由于接收的是寬帶信號(hào)，所以對(duì)于高頻頭鎖相能力沒(méi)有要求，普通高頻頭也能很好地進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)。

（3）識(shí)別衛(wèi)星準(zhǔn)確度高。本文所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)是根據(jù)DVB-S信號(hào)來(lái)識(shí)別衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星上的相同下行頻率、符號(hào)率、FEC和極化方式的節(jié)目一般唯一，不同衛(wèi)星上相同的下行頻率、符號(hào)率、FEC和極化方式的衛(wèi)星電視節(jié)目很少，所以其對(duì)衛(wèi)星的識(shí)別的準(zhǔn)確度較高。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的基于DVB-S的衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)可以作為信標(biāo)機(jī)的替代，極大降低了收視成本、利于“動(dòng)中通”的推廣普及。

參考文獻(xiàn)：

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[3]張濱，賈維敏.動(dòng)中通室內(nèi)天線控制器研究[D].第二炮兵工程大學(xué)，2010（01）.

[4]張濱，張峰干，任嘉偉.衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)[J].中國(guó)有線電視，2009（01）：29-31.

作者簡(jiǎn)介：李學(xué)軍（1975.05-），男，碩士，工程師，主要研究方向：移動(dòng)衛(wèi)星通信。

作者單位：中國(guó)人民解放軍96275部隊(duì)，河南洛陽(yáng) 471003