摘要
近年来，随着我国航天器新型号的发展及国产化进程的推进，综合考虑高度集成化、远程动态可重构的遥测设备需求，研制兼容多调制体制的远程动态可重构遥测加密发射机是研制遥测传输设备的必然趋势。区别于传统发射机基带软件架构的FPGA+DA+信道方式，该发射机架构由异构多核FMQL（可编程芯片）嵌入式系统+射频集成芯片B9361组成发射机基带组成，结合软件实现远程动态可重构、上电自检、工作状态巡检、工作状态实时上报功能，提高了测量系统集成度，最大程度地实现软硬件资源的重构和共享，也大幅度缩减了系统体积、重量、功耗和成本。本方案基于通用化、系列化、组合化的设计思想，使发射机产品具备高度集成化、元器件自主可控、通用化平台、软件灵活配置等优点，为新一代遥测发射机向通用化、高性能、动态可重构方向发展提供有力的技术支撑。
遥测遥控系统是航空航天通信的重要分系统之一，包括遥测、遥控、外测三部分，主要实现遥测参数传送、外弹道测量、实验级落点实时预测等功
遥测加密发射机采用模块化设计思路，各模块功能相对独立，整机由功放模块、电源模块、调制模块、加密模块组成，通过内总线完成信号交互，其组成框图如
图1 遥测加密发射机功能原理框图
Fig. 1 Functional block diagram of telemetry encryption transmitter
发射机调制模块作为遥测加密发射机的重要组成部分，主要功能为对加密后的数据进行TPC编码、调制、滤波并输出射频信号，并具有上电自检、工作状态巡检功能，同时将工作状态实时上报。需监测的工作状态包括：功率监测电压、频综锁定、工作频率、有无输入遥测时钟、软件版本号、加密工作状态等。调制处理FPGA固件是调制模块的核心工作软件，主要由以下几个分模块组成：TPC编码模块、FM调制模块、时钟管理模块、宽带射频收发器件B9361配置模块。软件架构图如
图2 调制处理FPGA固件软件架构图
Fig. 2 Modulation processing FPGA firmware software architecture diagram
调制模块采用软件无线电理论，在数字域完成信号的调
图3 调制模块实现原理框图
Fig. 3 Modulation module implementation principle block diagram
对于本发射机的研制，采用高度集成射频芯片B9361为基带射频处理核心芯片，主要完成对基带数字信号的滤波、数模转换、放大，然后上变频至射频发送至功放模块。
B9361作为一款高性能、高集成度的射频收发国产芯片，内部集成了大量模块，包括射频放大器、发射通道的频率合成器、混频器、模拟滤波器、数据转换器等，可以完成信号在基带数据流与射频信号之间的转换工作。接口方面，B9361具备专用数字数据接口，可利用高速LVDS、LVCOMS等接口与FPGA之间开展数据交互；B9361可以选择FDD或者TDD通信模式，另外，国产B9361在寄存器配置上与进口AD9361略有差异，优先推荐使用API函数配置以获最优性能，脱离底层繁琐的寄存器配置。其发射通道与接收通道如
图4 B9361功能框图
Fig. 4 B9361 functional block diagram
随着测控设备的不断升级，高度智能化测控设备成为必然的发展趋势，通过数据采集、通信传输、实时监控、决策分析、自动控制等技术实现测控设备智能化控制成为研究的重要内容。为了实现遥测遥控、外测、数据链、安控等多种功能的自由组合或更替，以及各频段、各码率以及多种数据处理算法的自由切换，在智能化控制中需要依据控制任务需求进行软件功能重
目前，遥测遥控、安控、外
在软件功能升级与重构的智能化过程中，从航天产品的两大应用层面出发，首先，建立了标准、开放、可互操作的软件架构基础，摒弃传统的利用 JTAG 进行软件固化的模
基于上述通用架构设计的智能化测控设备，在国产FPGA的Quickboot技
依据实际的工况，发射机远程动态可重构流程设计如下：
① 通过通用的测控设备装订上位机，选择需要的功能以及工作参数，进行一键装订；
② 软件内部任务管理模块依据收取的指令进行决策下发，并重组软件的逻辑关系，实现系统预置的不同功能软件及组件的管理和调用，完成系统功能部件的加载及参数的配置；
③ 启动硬件工作，上位机通过读取产品的状态反馈判断产品是否工作正常。
其中，在①中的功能重构既包含了硬件平台的功能更迭，如遥测遥控、外测、数据链、安控、脉冲应答机等，也包含了功能软件中各类参数的更新初始化，如调制方式、编码方式、频率、密钥、码型、调制指数、码速率、外测体制、安控体制、指令码内容、跳频速率、跳频图谱等。
通过上述标准、开放、可互操作的软件架构，使得设备更具有通用性、灵活性和扩展性。
综合考虑我国航天
为实现动态重构功能，并监控远程动态重构状态，FPGA程序上电时序流程可分为2条线路流程，即正常工作流程、参数注入流程。正常工作流程负责对来自外部设备的PCM数据进行输入、内部处理与输出工作。参数注入流程即接收响应上位机串口注入的命令，将参数存入EEPROM。参数回读命令即读取目前EEPROM中参数回显。每次上电，FPGA的参数注入模块、主模块均启动。原理框图如
图5 FPGA分区工作原理框图
Fig. 5 Block diagram of FPGA partition
参数注入回读流程：
上电初期，正常工作流程中的参数读取模块上拥有对EEPROM的访问权限。系统上电后，参数读取模块开始初始化(从EEPROM中读取)系统工作参数。参数装订完毕后，释放EEPROM的访问权限给串口注入模块中。
串口参数注入模块的UART接口轮询是否有命令下发，如果有，则根据命令类型启动参数注入流程或参数回读流程。串口注入时，串口参数注入模块通过协议将参数写入EEPROM芯片的指定位置。
参数回读时，串口参数注入模块读取EEPROM中的数据，并通过其UART接口发送到上位机回显，以校验参数注入的正确性。
本设备拥有2条线索通过检索参数重复注入方法以实现参数的修改，并且发射机状态可返回上位机，该发射机具有上电自检、工作状态巡检功能，并将工作状态实时上报，需监测的工作状态包括：功率监测电压(隔离器后)、频综锁定、工作频率、输入遥测时钟有无、软件版本号、加密工作状态。
动态可重构设计步骤如下：① 通过文档把参数装订进发射机。
图6 数据装订软件界面
Fig. 6 Data binding software interface
② 为了实时判定发射机内部功能参数准确性，发射机与上位机实现闭环，动态实时上报遥测发射机数据帧状态、工作状态、软件版本、是否加密等。
图7 发射机工作状态参数返回界面
Fig. 7 The transmitter operating status parameters are displayed
③ 在参数装订成功之后，可再对发射机码率、调制度、中心频率、系统时钟、TPC选择码进行重复多次设置，设置界面如
图8 发射机参数装订软件界面
Fig. 8 Transmitter parameter setting software interface
远程动态可重构遥测加密发射机提高了系统集成度，减小了系统体积、减轻了系统重量，降低了总装、测试难度，具有集成度高、成本低、通用性强、扩展性好的特性。本发射机充分继承已有相关电子产品成熟技术，综合考虑国内外遥测加密发射机发展趋势，基于软件无线电设计思路，结合异构多核FMQL嵌入式系统+射频集成芯片B9361组成发射机基带，采用开放式系统架构，搭建通用化硬件平台，实现软件可配置、功能可重构等智能化设备。遥测加密发射机实物图见
图9 遥测加密发射机射频终端实物图
Fig. 9 Physical diagram of telemetry encrypted transmitter RF terminal
本实验在实物发射机上进行测试，用频谱仪对发射机射频信号进行测量，对收取来的数据信号数据进行滤波、调制、变频后输出射频信号。本实验在样机基础上进行测试，用频谱仪对发射机射频信号进行测量，得到如
图10 发射机单载波信号
Fig. 10 Transmitter single carrier signal
图11 发射机10 M码输出频谱
Fig. 11 Transmitter 10M code output spectrum
图12 发射机射5 M码输出频谱
Fig. 12 The transmitter emits a 5M code output spectrum
图13 发射机射10 M码+TPC输出频谱
Fig. 13 The transmitter emits 10 M code +TPC output spectrum
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