皮型卫星是现代航天技术中的重要研究领域。皮型卫星具有自主控制程度高、重量轻、研制周期短、机动性强、造价和发射成本低,已经成为继纳型卫星之后各国研究的新热点。皮型卫星采用一箭多星和子母卫星的发射方式,在卫星轨道上形成卫星群编队飞行的形式覆盖一定范围,实现了卫星之间的资源与信息共享,完成了立体成像、分布式空间测量等比较复杂的任务,或以更低的成本完成卫星搭载试验等空间科学实验。 本文主要研究了皮卫星测控应答一体化板的设计,将皮卫星测控应答系统应具有的上下行射频信号处理、BPSK解调和指令识别功能加以集成,有效地降低了系统重量和面积。同时,实现了卫星测控应答系统的测距功能,并通过软件后处理提高了系统的测距精度。并且分析了影响测距精度的相位抖动的来源。 具体工作如下: 1.分析了皮卫星测控应答一体机应具有的整体功能,对一体机的系统电源部分、射频部分、BPSK解调部分、指令识别部分做了相应的设计及整合。同时测试了皮卫星测控应答一体机样机的系统性能指标,达到并超过了原先的皮卫星测控应答系统。 2.星地测距是卫星系统所要实现的一个重要功能。在理解了侧音测距的原理和测距所需要设备的基础上,提出了本系统的测距方案,并且利用FPGA比相电路得到了副载波信号的连续相位差值。通过DSP对连续比相数据进行多次统计平均,降低了比相数据的标准方差值,提高了测距精度。对测距系统进行了时间特性和温度特性的多次可重复实验,结果显示,在长时间连续工作下,测距系统保持稳定,而在不同温度下工作时,测距系统所引入的固定相位差会发生有规律的变化,同时测距信号的相位抖动也会随着温度的变化而改变,通过分析,确定了测距系统的最佳工作环境温度。 3.对引起本测距系统相位抖动的误差源进行分析。通过分析测距信号提取的闭环系统的相位模型,得到了这些噪声对于输出测距信号相位噪声的传递函数。将这些叠加的相位噪声转换成相位抖动后,发现了导致测距系统相位抖动的主要原因。