具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例公开了一种火星环绕器测控数传一体化的系统，如图1所示，包括复接模块、应答机、放大器和天线分系统。复接模块包括综合电子数据复接模块；应答机包括深空应答机；天线分系统包括发射天线分系统。放大器模块包括大功率行波管放大器。应答机包括通信模式，应答机的通信模式和复接模块由地面测控系统根据任务类型上注指令进行设置。通信模式包括测控模式和数传模式。测控模式时调制方式包括PM调制；数传模式时调制方式包括QPSK调制码速率和BPSK调制码速率。应答机根据地面上注指令设置响应模式，应答机根据响应模式匹配处理信息码流。

深空应答机通信模式一共分为两种，一种为测控模式，一种为数传模式。测控采用PM调制，数传采用QPSK和BPSK调制方式。调制模式分为三种，测控模式时调制方式为PM调制，设置三档码速率，分别是16384bps、1024bps、32bps。数传模式时，QPSK调制码速率分别为1024kbps、2048kbps和4096kbps。BPSK调制码速率分别为16kbps、32kbps、64kbps、128kbps、256kbps和512kbps。PM英文全称phase modulation，中文译文调相。QPSK英文全称Quadrature Phase Shift Keying，中文译文为正交相移键控。BPSK英文全称Binary PhaseShift Keying中文译文为二进制相移键控。

复接模块输出信息码流，且将信息码流传递给应答机。复接模块根据测控或者数传工作模式选择将不同的信息码流通过数据接口传递给应答机。复接模块包括数据存储模块，所述应答机包括数据处理模块，所述复接模块根据地面上注指令从数据存储模块中输出对应的信息码流至数据处理模块。数据存储模块包括闪存(Flash)和固存，闪存中储存遥测信息，固存中储存载荷数据。复接模块输出的信息码流包含遥测信息流和混合流。遥测信息流包括遥测信息；所述混合流包括按比例分配的遥测信息与载荷数据。FLASH英文全称为：FLASH memory，中文译文为闪存。

数据存储模块(数据缓存模块)分为两种，遥测信息存储于Flash中，载荷数据存储于固存中；所述综合电子复接模块输出的信息码流包含纯遥测信息流和遥测信息与载荷数据按比例分配的混合流。

应答机匹配处理信息码流调制后得到射频信号，且将射频信号传送给放大器。数据处理模块根据设置的通信模式对信息码流采用对应的调制方式进行处理，得到基带信号，并将基带信号调至射频信号送入放大器。应答机根据工作模式匹配处理信息码流。

放大器对射频信号进行功率放大，并将功率放大的射频信号传输给天线分系统。射频信号包括测控信号或数传信号。放大器完成测控信号或者数传信号的功率放大，功率放大后的测控信号或数传信号传输到天线分系统。

天线分系统根据功率放大的射频信号完成射频收发。天线分系统将放大器传输过来的射频信号通过天线传输到地面。天线分系统将放大后的射频信号通过对应的天线口向地面传输有效数据。天线分系统配置设为低增益天线、中增益天线和高增益定向天线。其中低增益天线增益为3dBi(±50°)，中增益天线增益10dBi(±25°)，高增益天线增益39dBi(±0.5°)。天线分系统根据射频信号完成射频收发。天线分系统根据工作模式选择天线完成射频收发。

本发明实施例还公开了一种火星环绕器测控数传一体化的方法，如图1所示，包括如下步骤：步骤1：输出信息码流。通过地面上注指令，对综合电子数据复接模块和深空应答机通信模式进行设置。综合电子数据复接模块包括数据存储模块，深空应答机包括数据处理模块，综合电子数据复接模块根据指令从数据存储模块中输出对应的信息码流至深空应答机数据处理模块。

步骤2：匹配处理信息码流得到射频信号。深空应答机数据处理模块依据设置的通信模式对信息码流采用对应的调制方式进行处理得到基带信号，并将基带信号调至射频信号送入放大器。

步骤3：对射频信号进行功率放大。经放大器放大后，射频信号通过对应的天线口向地面传输有效数据。

步骤4：根据功率放大的射频信号完成射频收发。

本发明通过地面设置，在一个软硬件平台中，完成测控模式和数传模式的切换。

步骤1中对综合电子数据复接模块的设置包括信息源、包调度和复接码速率的切换，对深空应答机通信模式的设置包括数据调制方式、上下行相干状态、测距信号和数据码速率的切换。

下面以火星环绕器测控数传分系统为例，如图2所示，在应答机的FPGA软件中实现测控数传的功能，通过工作模式设置进行切换。DOR英文全称Differential One_WayRange，中文译文差分单向测距。FPGA英文全称Field Programmable Gate Array，中文译文为现场可编程逻辑门阵列。模数转换器简称ADC。Fd表示多普勒频率，其中F表示频率，d表示多普勒。数模转换器简称DAC。IF表示中频信号。

如图1所示，火星环绕器测控数传一体化信息流由综合电子数据复接模块，深空应答机，放大器和天线四个环节组成。具体如下：地面站根据不同的在轨工况对火星环绕器的通信方式通过上注指令的形式进行设置。综合电子复接模块分系统在收到指令后，从数据存储模块中读出相应的信息码流。当设置为测控模式时，复接模块从Flash中输出纯遥测信息流；当设置为数传模式时，复接模块分别从Flash和固存中按照1:3的比例输出遥测信息与载荷数据的混合信息流送至应答机本地缓存模块中等待处理。

如图3所示，测控模式与数传模式均可由地面指令完成切换，应答机切换成为数传模式，需要如下指令：应答机切数传模式，复接码速率设置，包调度切换，应答机切非相干模式，数传码速率设置；应答机切换成为测控模式，需要如下指令：应答机切测控模式，复接码速率设置，包调度切换，应答机切相干模式，遥测码速率设置。

如图4所示，应答机输出信号经过微波开关选择后，经100W行波放大管进行射频放大，再经过后面的波导开关选择对应的天线输出。一般的，处于测控模式时，采用低增益天线和中增益天线发射，处于数传模式，采用高增益天线发射。

下行遥测码速率设为3档，16384bps，1024bps、32bps，常规模式下默认使用16384bps，应急模式下使用32bps。数传QPSK码速率设为3档，4096kbps，2048kbps，1024kbps，数传BPSK码速率设为6档16kbps、32kbps、64kbps、128kbps、256kbps和512kbps，所选用码速率与在轨时数传链路能力决定，其中测控和数传模式下的所有码速率均可通过软件自由设置和扩展。

本发明涉及深空探测通信领域，在器上重量、供电、安装空间等资源极度紧张的情况下，使用测控数传一体化实现方法，可以更好的解决对地通信的问题。本发明火星环绕器测控数传一体化实现方法具体由综合电子数据复接模块，深空应答机，放大器模块和天线分系统组成。综合电子数据复接模块根据地面上注指令将信息码流通过总线(RS422总线)传递给深空应答机，深空应答机由地面上注指令设置响应模式匹配处理信息码流，复用放大器通道将射频信号传输至发射天线分系统，根据不同的通信模式选择不同的天线完成射频收发。RS422表示平衡电压数字接口电路的电气特性。本发明通过将器上测控通道和数传通道硬件复用，软件功能由深空应答机实现，不同的业务切换实现不同数据类型的下传，减轻了探测器的重量，节省了器上资源，提高了器地数据传输的效率。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。