测控系统仿真与测控设备软件化技术

三、测控设备软件化技术
1．测控设备技术发展的新特征
　　航天测控系统是一个复杂系统，它涉及不同的调制体制、工作模式、信息传输和数据调制解调处理。以往，我国在卫星测控站的建设模式上基本上是一种卫星就要新研制一套测控站（主要的新研制内容体现在终端设备），为满足不同测控任务的要求，往往设备配套庞大，需要重复建设具有相似功能的硬件设备。随着计算机技术和数字信号处理技术的飞速发展，测控设备逐步向综合化、数字化、模块化和标准化方向发展。通过采用高速A／D、DSP、FP－GA、MPU、DDS、数模混合集成电路、高速大容量存储计算机及网络技术、总线技术，完成高速数字信号处理和数据处理，将测速、测距、遥测、遥控、数传和监控综合为一体，进行综合化、一体化设计。测控设备的模块化、标准化的主要内容包括单元模块化、功能、技术指标系列化、接口标准化、规范化。
　　测控设备技术发展的新特征促进了软件无线电技术在测控通信领域中的应用，数字化是测控设备软件化的基础，软件化是实现测控设备综合化、标准化、规范化的良好的技术途径。
2．测控设备软件化技术基础
　　测控设备软件化的技术理论是软件无线电。软件无线电技术突破了传统的无线电设备以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可编程、可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。用户可通过选用不同的应用软件，在通用的、可扩展的硬件平台上，满足不同时期、不同使用环境的不同功能的需要，并可适应不断发展的技术进步，节省大量的硬件投资，大大缩短新产品的研制开发周期，适时地适应市场变化。
　　测控设备软件化的基础是数字化，其核心是数字器件、芯片的超高速时间响应及超大规模的高度集成。当前，微电子技术发展迅速，单块集成芯片上的晶体管数目每隔18个月就增加1倍，2001年已有10亿个晶体管的集成芯片面世，未来20年中，将出现1万亿个晶体管的集成芯片。数字电路的高度集成化，为测控设备软件化技术发展提供了有力保证。
3．测控设备软件化技术的特点
　　测控设备软件化是利用可编程技术，通过加载不同的软件，实现一机多用，一站多用，从而完成多种功能、多种技术状态的测控任务。测控设备软件化的技术特点主要有：
　　（1）软件化具有很强的灵活性，通过增加软件模块，可以很容易增加新的功能，可以通过无线加载改变软件模块或更新软件，并可根据所需功能的强弱，取舍选用的软件模块；
　　（2）软件化具有较强的开放性，它采用模块化、标准化的结构，硬件可以随着器件和技术的发展而更新或扩展，软件也可以随需要而不断升级；
　　（3）软件化可以方便地应用丰富的软件算法进行数据的平滑处理、系统误差的修正、建模预测分　　析、线性或非线性补偿及特定条件下的模糊控制，从而有效地提高测控精度；
　　（4）软件化可以大量减少设备硬件种类和数量，提高设备小型化水平和系统可靠性，同时大大降低测控系统的研制费用和成本；
（5）软件化便于测控设备模块化、标准化。
4．测控设备软件化技术的内容
测控设备软件化技术主要包括：
　　（1）测控视频数据处理软件技术，包括数据处理模块、可重组监控软件模块、事后数据处理模块等；
　　（2）信道的模块化与可重组技术及由中频到射频的软件化延伸；
　　（3）终端设备的可编程、可重组、模块化、标准化技术；
（4）天线的指向编程控制技术。
5．软件化技术的发展方向
　　测控设备软件化技术以软件为主导，它的所有工作过程和参数处理都可以由软件来定义和控制，其发展方向可从以下几方面进行阐述：
　　（1）射频前端采样数字化技术。软件无线电的宗旨是尽可能简化射频模拟前端，使A／D转换尽可能地靠近天线去完成模拟信号的数字化，而且数字化后的信号要尽可能地用软件来处理，实现各种功能和指标。随着数字芯片及器件的频响速率的迅速提高，几千兆赫兹的速率已达到工程应用阶段，可以构想，在不久的时间内，射频直接带通采样数字化将有重大突破；
　　（2）基带空间传输。在无线传输中，具有严格规律特性的正弦波一直是载波信号的主要形式，基带空间传输就是要摈弃正弦波载波调制，以数字化形式直接实现空间传输。它的传播媒介为非常窄的时域脉冲，脉宽一般小于1 ns。它的信号能量分布在从直流（DC）到几千兆赫兹范围，可以用超宽带天线低失真地辐射和接收；
　　（3）软件测试鉴定技术。由于软件在软件化的测控设备中起主导作用，那么对软件的正确性、可靠性测试与鉴定将成为一项专门技术。