基于DVB—S的“動中通”衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)

摘 要：針對傳統(tǒng)衛(wèi)星信號檢測方式設備昂貴、通用性差、衛(wèi)星識別能力弱的缺陷，提出并實現(xiàn)了一種基于一體化調諧器（tuner）的衛(wèi)星信號檢測方法。該方法通過一體化調諧器檢測DVB（Digital Video Broadcasting-Satellite，數(shù)字衛(wèi)星視頻廣播）或DSS（Direct Satellite Service，直播衛(wèi)星服務）衛(wèi)視信號，實現(xiàn)衛(wèi)星信號強度的檢測。理論分析和實驗結果表明，與傳統(tǒng)檢測方式相比，該方法能夠降低設備成本、具有較好的通用性。

關鍵詞：衛(wèi)星信號檢測；一體化調諧器；衛(wèi)星信號強度；衛(wèi)星識別

中圖分類號：TN943.3

1 基于DVB-S的衛(wèi)星信號檢測

“動中通”作為移動衛(wèi)星通信的典型應用，在車輛、輪船和飛機的遠程通信中得到了廣泛的應用。當前動中通普遍采用的高精度慣導器件高昂的成本導致動中通在推廣和普及上存在困難。因此采用低精度低成本慣導器件并輔之以衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)的動中通應運而生。然而，當前動中通的衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)普遍采用專的衛(wèi)星信標機[1]，其價格雖然遠低于高精度的慣導器件，但仍是動中通成本的重要部分，因此開發(fā)一種低成本的衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)是非常必要的[2]。

1.1 動中通衛(wèi)星信號檢測

動中通衛(wèi)星信號檢測是通過一定的測量獲取衛(wèi)星信號強度的過程。動中通衛(wèi)星信號檢測一方面可以監(jiān)控衛(wèi)星信號信道的狀態(tài)，另一方面可以為動中通波束控制提供參考信息[3]。

1.2 一體化調諧器的結構與功能

一體化調諧器是集數(shù)字衛(wèi)星電視信號的調諧、信道解調和信道解碼功能于一體的衛(wèi)星電視接收前端。夏普BS2F7HZ0194A是DVB-S制式的典型接收模塊，主要由IX2476零中頻調諧器芯片、解調器芯片STV0299B及其他外圍電路組成。IX2476將950MHZ-2150MHZ的射頻信號下變頻為零中頻基帶信號，基帶信號再進入QPSK解調器芯片STV0299B進行解調和解碼，最終輸出符合MPEG-2格式的傳輸碼流。

1.3 信號強度的檢測原理

所謂信號強度是指衛(wèi)星信號的場強大小。天線測控系統(tǒng)要求信號強度的檢測要快速、準確；一體化調諧器通常采用自動增益控制（AGC）電路保證信號幅度的恒定[4]。接收機中天線接收的有用信號強度往往由于電波傳播衰落、對星不準等原因會有較大的起伏變化，給后續(xù)的中頻解調和譯碼帶來困難，使信噪比下降，這就需要AGC電路進行調節(jié)，如圖1所示。

它的反饋控制器由振幅檢波器、直流放大器、比較器和低通濾波器組成，控制對象是可控增益放大器。設該放大器的輸入信號為Vi=Vim×cost，輸出信號為Vo=Vom×cost，可控增益放大器的增益為A2（VC），則它們之間滿足：Vom=A2（Vc）Vim從輸出信號取出一部分加到檢波器上，檢出反映信號強度變化的電壓VAGC，通過直流放大器加到比較器的一個端口，產生與外部參考電壓Vr之間的差值信號Ve，經低通濾波器后，作為控制電壓VC，加到可控增益放大器上，用來調整放大器的增益。接收機中天線接收的有用信號強度往往由于電波傳播衰落、對星不準等原因會有較大的起伏變化，給后續(xù)的中頻解調和譯碼帶來困難，使信噪比下降，這就需要AGC電路進行調節(jié)。當輸入的信號很強時，VAGC增大，誤差電壓VC減小，可控放大器的增益減小，對輸入的信號放大作用減弱；當輸入的信號很弱時，VAGC減小，誤差電壓VC增大，可控放大器的增益增大，對輸入的信號放大作用也增強。這樣當信號強度變化時，接收機輸出端的電壓或功率幾乎保持不變。當參考電壓Vr不變時，直流放大器的輸出VAGC的大小就代表了輸入信號Vi的幅度大小，反映了信號空間衰落的變化，信號強度的檢測則以此信號強度為判斷依據。

2 衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)

2.1 衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)結構與功能

本文所設計的基于一體化調諧器的衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)如圖2所示。

本系統(tǒng)主要由PC端的VC++編制的界面控制軟件、ARM7芯片控制器、電源、夏普BS2F7HZ0194A一體化調諧器和衛(wèi)星信號接收天線組成。從信號流分析，操作者通過PC端軟件手動設置所需要檢測信號的衛(wèi)星上的DVB-S電視節(jié)目的下行頻率、符號率、FEC（Forward Error Correction，前向糾錯），設置參數(shù)通過串行總線輸入到ARM7芯片中，再經I2C總線進入一體化調諧器完成參數(shù)的設置，一體化調諧器接收衛(wèi)星天線第一中頻信號，經過調諧、解調和解碼獲取所需要的信號強度、信噪比和鎖定指示等參數(shù)，一體化調諧器再通過I2C總線將所獲取的參數(shù)上傳到ARM7芯片，再經串行總線傳輸?shù)絇C（Personal Computer，個人電腦）端上并換算成衛(wèi)星信號強度值，信噪比值和鎖定指示，進而實現(xiàn)了實時檢測衛(wèi)星信號強度、識別衛(wèi)星的功能。

2.2 衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)的軟硬件實現(xiàn)

本系統(tǒng)的軟件主要分為兩部分：一是ARM7微控制器的控制程序；二是PC端支持串行通信的VC++編制的界面軟件。其中ARM7微控制器的控制程序主要完成兩個任務：一是支持I2C總線和串行異步總線RS232的輸入輸出數(shù)據；二是控制一體化調諧器按照特定的程序控制流程工作，按照設定下行頻率、符號率、FEC、檢測時鐘恢復、檢測載波恢復和檢測同步字鎖定的順序完成對一體化調諧器的控制，一體化調諧器程序流程如圖3。VC++編制的界面軟件完成在PC端采集一體化調諧器的AGC、信噪比、鎖定等參數(shù)并顯示和設定下行頻率、符號率、FEC等參數(shù)。

本系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)采用ST公司的STM32F103ZET6大容量微控制器作為信號檢測系統(tǒng)的控制器，夏普公司的BS2F7HZ0194A臥式一體化調諧器作為信號檢測核心，SP3232芯片作為RS232串行總線驅動，LM2575開關電源芯片。

2.3 衛(wèi)星信號檢測實驗

實驗的目標衛(wèi)星是亞太5號（138o E）。實驗檢測±2.5o指向偏角內，衛(wèi)星信號的強度隨衛(wèi)星指向偏角的變化圖，如圖4。

實驗數(shù)據分析：衛(wèi)星天線指向衛(wèi)星的精度越高，其所收到的衛(wèi)星信號強度越大。圖4顯示指向偏角越小，信號強度值越大。由實驗數(shù)據分析可知此信號檢測系統(tǒng)具備良好的衛(wèi)星信號檢測能力。

3 衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)的優(yōu)點

本文所設計的基于一體化調諧器的衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)有以下三個優(yōu)點：

（1）成本低?；谝惑w化調諧器的衛(wèi)星信號檢測方法相比傳統(tǒng)檢測方式具有成本低的優(yōu)勢。傳統(tǒng)檢測方式的設備價格昂貴，如信標機價格大都在數(shù)千元左右。而本系統(tǒng)各種設備價格總計千元以內，成本優(yōu)勢明顯。

（2）通用性好。本文設計的系統(tǒng)由于接收的是寬帶信號，所以對于高頻頭鎖相能力沒有要求，普通高頻頭也能很好地進行信號檢測。

（3）識別衛(wèi)星準確度高。本文所設計的系統(tǒng)是根據DVB-S信號來識別衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星上的相同下行頻率、符號率、FEC和極化方式的節(jié)目一般唯一，不同衛(wèi)星上相同的下行頻率、符號率、FEC和極化方式的衛(wèi)星電視節(jié)目很少，所以其對衛(wèi)星的識別的準確度較高。

4 結束語

本文所設計的基于DVB-S的衛(wèi)星信號檢測系統(tǒng)可以作為信標機的替代，極大降低了收視成本、利于“動中通”的推廣普及。

參考文獻：

[1]堵星宇.船用衛(wèi)星信標接機：中國，2009 20077646[P]，2010（05）.

[2]張峰干，賈維敏.動中通測控技術研究[D].第二炮兵工程大學，2010（01）.

[3]張濱，賈維敏.動中通室內天線控制器研究[D].第二炮兵工程大學，2010（01）.

[4]張濱，張峰干，任嘉偉.衛(wèi)星信號檢測[J].中國有線電視，2009（01）：29-31.

作者簡介：李學軍（1975.05-），男，碩士，工程師，主要研究方向：移動衛(wèi)星通信。

作者單位：中國人民解放軍96275部隊，河南洛陽 471003