第2章测控信号的调制、解调与通信链路预算

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1、2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 1 页 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology2022-6-1第 2 页航天测控系统航天测控系统 课程回顾课程回顾 航天测控系统：航天测控系统：航天测控系统是对航天器飞行轨航天测控系统是对航天器飞行轨道、姿态和其上各分系统工作状态进行跟踪测量、道、姿态和其上各分系统工作状态进行跟踪测量、监视与控制的技术系统，用于保障航天器按照预先监视与控制的技术系统，用于保障航天器按照预先设计好的状态飞行与工作，以完成规定的航天任务。设计好的状态飞行与工作，以完成规定的航天任

2、务。 遥测系统：遥测系统：遥测系统是接收在航天器上进行测量遥测系统是接收在航天器上进行测量与组织收集、经下行无线电链路传送来的各种参数与组织收集、经下行无线电链路传送来的各种参数数据并进行记录、处理，以及按要求发送至相应用数据并进行记录、处理，以及按要求发送至相应用户（如飞行控制中心）的系统。户（如飞行控制中心）的系统。 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology2022-6-1第 3 页 遥控系统：遥控系统：遥控系统的功能是产生指令信息和注遥控系统的功能是产生指令信息和注入数据的编码，经上行无线电链路发向航天器，按入数据的编码，经上行无线电链路发向航天器，按

3、任务需要对航天器进行实时控制或（和）程序定时任务需要对航天器进行实时控制或（和）程序定时控制。控制。 测量系统：测量系统：测量系统的功能是获取航天器相对测测量系统的功能是获取航天器相对测控天线的方向角、距离及径向速度等位置运动参数，控天线的方向角、距离及径向速度等位置运动参数，以确定航天器的运行轨道，并引导测控天线指向航以确定航天器的运行轨道，并引导测控天线指向航天器，建立天地无线电链路。天器，建立天地无线电链路。 航天测控系统航天测控系统 课程回顾课程回顾2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 4 页 航天测控系统按其航天测控系统按其

4、系统功能组成，可包括系统功能组成，可包括跟踪测轨、遥测、遥控、跟踪测轨、遥测、遥控、天天-地通信与数据传输、地通信与数据传输、数据处理、监控显示、数据处理、监控显示、地地-地通信和时间统一等地通信和时间统一等八个主要分系统八个主要分系统(系统系统)以以及有关辅助支持系统。及有关辅助支持系统。 包括两类基本单元：包括两类基本单元：测控站及测控中心测控站及测控中心航天测控系统航天测控系统 课程回顾课程回顾2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 5 页 通信系统的作用，是将产生的信源发送到一个或多通信系统的作用，是将产生的信源发送到一个或多个

5、目的地。通信系统的基本组成包括信源及输入变换器、个目的地。通信系统的基本组成包括信源及输入变换器、发信机、信道、接收机及输出变换器，发信机、信道及发信机、信道、接收机及输出变换器，发信机、信道及接收机是核心。接收机是核心。通信基本组成航天测控系统航天测控系统2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 6 页 星地测控无线信道模型可简化如下，包括信道衰减星地测控无线信道模型可简化如下，包括信道衰减和加性噪声。接收机接收的信号为和加性噪声。接收机接收的信号为无线信道基本模型无线通信无线通信( )( )( )r ta s tn t2022-6-1

6、 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 7 页 在一个通信系统中，信号源转换的原始电信号一般在一个通信系统中，信号源转换的原始电信号一般为低频信号，不宜在绝大多数无线信道中直接传输，因为低频信号，不宜在绝大多数无线信道中直接传输，因此需要进行调制及相应的解调。此需要进行调制及相应的解调。 调制的必要性：调制的必要性： （1）获得有用的，适于信道传输的信号形式；）获得有用的，适于信道传输的信号形式； （2）有效利用频段；）有效利用频段； （3）合理利用天线尺寸去有效辐射电磁波）合理利用天线尺寸去有效辐射电磁波 （4）拓展发送信号传输带宽，提高抗噪声性能。

7、）拓展发送信号传输带宽，提高抗噪声性能。发信机及接收机的调制与解调无线通信无线通信2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 8 页 调制和解调的实质是频谱的搬移，其使命是传递消调制和解调的实质是频谱的搬移，其使命是传递消息。确切地说，调制过程就是按照原始电信号或基带信息。确切地说，调制过程就是按照原始电信号或基带信号的变化规律去改变信号某些参数的过程。号的变化规律去改变信号某些参数的过程。 原始电信号称为原始电信号称为调制信号调制信号；被调制的高频信号起运；被调制的高频信号起运载原始电信号的作用，称为载原始电信号的作用，称为载波载波；调制

8、后所得到的参数；调制后所得到的参数随原始电信号线性变化的高频信号称为随原始电信号线性变化的高频信号称为已调信号已调信号。通常，。通常，载波信号选用余弦信号表示。载波信号选用余弦信号表示。调制基本概念无线通信无线通信( )cos(2)cccc tAf t2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 9 页 调制信号按照调制信号的形式分为模拟调制调制信号按照调制信号的形式分为模拟调制和数字调制。其中，模拟调制主要包括振幅调制、和数字调制。其中，模拟调制主要包括振幅调制、频率调制、相位调制，数字调制主要包括幅移键频率调制、相位调制，数字调制主要包括

9、幅移键控、频移键控和相移键控。控、频移键控和相移键控。调制基本理论调制基本理论调制方式分类2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 10 页2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 11 页 任何周期函数，都任何周期函数，都可以看作是不同振幅，可以看作是不同振幅，不同相位正弦波的叠加。不同相位正弦波的叠加。傅立叶变换频谱的基本概念频谱的基本概念2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 12 页 时域与频域的关系。时域与频域的关系

10、。傅立叶变换-3-2-10123-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81频谱的基本概念频谱的基本概念2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 13 页 傅立叶变换傅立叶变换：表示能将满足一定条件的某个：表示能将满足一定条件的某个函数表示成三角函数（正弦和函数表示成三角函数（正弦和/或余弦函数）或或余弦函数）或者它们的积分的线性组合。者它们的积分的线性组合。傅立叶变换及频谱定义+-( )= (t)=(t)ej tFffdtF 频谱频谱就是频率的分布曲线，复杂振荡分解为就是频率的分布曲线，复杂振荡分解为振幅不同和频率不

11、同的谐振荡，这些谐振荡的幅振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。值按频率排列的图形叫做频谱。频谱的基本概念频谱的基本概念2022-6-1 哈尔滨工业大学 Harbin Institute of Technology第 14 页 信号的带宽信号的带宽：是指该信号所包含的各种不同频率成：是指该信号所包含的各种不同频率成分所占据的频率范围，通常用分所占据的频率范围，通常用W表示。表示。 低通信号：低通信号： 时，时， 带通信号：带通信号： 时，时，几个基本概念频谱的基本概念频谱的基本概念fW( )0M f-cf fW( )0M f01234567891000.511.