衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)分析

劉姝姝

（湖南機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410151）

0 引 言

相較于常規(guī)通信，數(shù)字衛(wèi)星通信優(yōu)勢(shì)明顯，如信號(hào)的覆蓋范圍更廣、信號(hào)質(zhì)量更好以及運(yùn)行成本低等，因此在軍用領(lǐng)域及民用領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。但由于數(shù)字衛(wèi)星的上行發(fā)射系統(tǒng)設(shè)備本身功率較大，在日常訓(xùn)練時(shí)，一旦操作不當(dāng)就容易造成安全事故，因此必須設(shè)計(jì)一個(gè)衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模擬訓(xùn)練，保護(hù)訓(xùn)練安全。

1 衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能需求

設(shè)計(jì)衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)的最終目的，是在開(kāi)展衛(wèi)星通信設(shè)備訓(xùn)練工作時(shí)，不直接在真實(shí)的設(shè)備上進(jìn)行，而是先通過(guò)該系統(tǒng)實(shí)施模擬評(píng)估訓(xùn)練，獲得一定成效后，再轉(zhuǎn)為真實(shí)設(shè)備[1]。這樣便能夠以最高的效率與最小的代價(jià)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星通信設(shè)備的掌握。基于上述目的，本次衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下功能需求。一是人機(jī)交互界面良好，模擬出的操作環(huán)境更加真實(shí)。在方艙內(nèi)操作時(shí)，可通過(guò)窗口方式直觀了解方艙外情況。二是訓(xùn)練平臺(tái)一體化，能夠在平臺(tái)上獲得各種培訓(xùn)資料信息。三是系統(tǒng)操作指導(dǎo)功能正確完善，且能夠?qū)τ?xùn)練結(jié)果進(jìn)行考核校驗(yàn)。四是訓(xùn)練內(nèi)容事無(wú)巨細(xì)，且能夠全天候隨時(shí)待命，滿足各種訓(xùn)練要求[2]。五是電視畫面能夠真實(shí)呈現(xiàn)出操作后所出現(xiàn)的情況。六是模擬操作訓(xùn)練環(huán)境設(shè)施與真實(shí)的操作環(huán)境設(shè)施完全一致，包括相應(yīng)設(shè)備的位置擺放和外形等。

2 衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

2.1.1 硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模擬的數(shù)字衛(wèi)星終端設(shè)備有很多，如通信機(jī)、信標(biāo)接收機(jī)以及衛(wèi)星接收機(jī)等，增大了硬件電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性[3]。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以根據(jù)系統(tǒng)機(jī)柜分布要求，將所有硬件設(shè)備進(jìn)行分組，具體可分為5組，因此需要配置5個(gè)機(jī)柜，負(fù)責(zé)分控處理。此外，在設(shè)備的面板設(shè)計(jì)方面，也應(yīng)進(jìn)行1∶1配置，從而真實(shí)地模擬出設(shè)備各面板的操作情況。針對(duì)一些沒(méi)有操作顯示界面的設(shè)備，只需要做面板模擬即可。

2.1.2 電力原理圖設(shè)計(jì)

在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可將系統(tǒng)硬件分為5部分，每部分均配置1個(gè)獨(dú)立機(jī)柜，實(shí)現(xiàn)分控處理。從而既能夠獨(dú)立完成本機(jī)柜的設(shè)備控制內(nèi)容，又可以跟其他機(jī)柜聯(lián)動(dòng)控制，協(xié)同開(kāi)展工作，完成系統(tǒng)任務(wù)。設(shè)備面板前的按鍵和開(kāi)關(guān)等相應(yīng)部件均按照真實(shí)原裝設(shè)備部件1∶1復(fù)刻，從而確保在操作手感上與原設(shè)備一致。面板狀態(tài)采集與控制方面，采用了PLC作為微處理芯片。在外圍，為實(shí)現(xiàn)不同部件的通信與控制，設(shè)計(jì)配置了串口芯片、網(wǎng)口芯片以及按鍵指示燈等部件。為促使系統(tǒng)性能得到穩(wěn)步提升，在實(shí)際設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用的集成電路均是高性能電路[4]。除此之外，還配置有性能比較高的微處理器。

結(jié)合實(shí)際的接口設(shè)計(jì)，采用了高性能單片機(jī)，型號(hào)為DSPIC30F6014A。在單片機(jī)的幫助下，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)串口通信，還能夠控制LED顯示燈。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)控制的LED顯示燈數(shù)量，采用了周立功ZIG7289芯片實(shí)施控制。該芯片功能較為強(qiáng)大，能夠驅(qū)動(dòng)8位共陰式數(shù)碼管。與此同時(shí)，還能夠連接64鍵盤矩陣單片，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED燈準(zhǔn)確的顯示控制，只需要1片芯片就能夠順利完成相應(yīng)的控制任務(wù)。

在電源供電電壓串口通信控制芯片選擇上，本次采用了MAX1482串口芯片，供電為5 V，滿足使用要求且性能穩(wěn)定，性價(jià)比優(yōu)良。發(fā)射時(shí)能接入單片機(jī)進(jìn)行串口信號(hào)輸出控制，使其接入總線，完成通信。具體串口電路設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 串口設(shè)計(jì)電路原理圖

2.1.3 模擬終端設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

本次共設(shè)置有5個(gè)機(jī)柜，以編號(hào)為1的機(jī)柜終端設(shè)備設(shè)計(jì)為例，該機(jī)柜中共包含有7個(gè)設(shè)備，在印制板設(shè)計(jì)方面，以實(shí)際結(jié)構(gòu)布局為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)相鄰設(shè)備整合，使其集成在同一個(gè)印制板中[5]。結(jié)合實(shí)際設(shè)備的情況，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上最終采用了4個(gè)印制板才完成了設(shè)備布局。其中第一個(gè)印制板為1號(hào)機(jī)柜的主控板，繼承了3個(gè)設(shè)備，分別是兩個(gè)衛(wèi)星接收機(jī)和一個(gè)信標(biāo)接收機(jī)。第二個(gè)印制板為雙聯(lián)屏顯示模擬器，主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星接收機(jī)操作模擬，輸出相應(yīng)的音視頻，顯示具體的操作步驟。第三個(gè)印制板為頻譜分析模擬器，用于模擬分析儀的一些基本操作，如寬帶設(shè)置和中心頻點(diǎn)設(shè)置等。第四個(gè)印制板為碼流分析模擬器，主要負(fù)責(zé)模擬碼流分析儀設(shè)備的功能[6]。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

2.2.1 軟件接口設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的模擬評(píng)估系統(tǒng)綜合控制軟件包含3大組成部分，一是三維視景軟件，二是上級(jí)接口軟件，三是導(dǎo)調(diào)控制軟件，并由主控計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制[7]。與此同時(shí)，還配置有鍵盤、鼠標(biāo)以及液晶顯示器。正是上述外設(shè)的構(gòu)成，組成了軟件的接口，主控計(jì)算機(jī)外部接口示意如圖2所示。

圖2 主控計(jì)算機(jī)接口示意圖

2.2.2 軟件單元的運(yùn)行

在軟件正式啟動(dòng)后，需要先進(jìn)行初始化，初始化的對(duì)象為數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)口以及相應(yīng)界面。在這一過(guò)程中，操作人員會(huì)結(jié)合自身需要選擇訓(xùn)練的項(xiàng)目，然后選擇模擬訓(xùn)練場(chǎng)景進(jìn)行訓(xùn)練。通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)資源后，在通信技術(shù)的幫助下，相應(yīng)訓(xùn)練信息便傳輸至模擬訓(xùn)練系統(tǒng)中，供操作人員進(jìn)行訓(xùn)練。在此期間，通過(guò)與社會(huì)進(jìn)行通信，將會(huì)采集到設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，然后將這一結(jié)果信息反饋至系統(tǒng)中[8]。與此同時(shí)，在獲得相應(yīng)數(shù)據(jù)處理結(jié)果后，也會(huì)在節(jié)目畫面中進(jìn)行顯示。完成訓(xùn)練后，以操作人員各項(xiàng)訓(xùn)練結(jié)果為依據(jù)，完成評(píng)分，并對(duì)整個(gè)訓(xùn)練過(guò)程進(jìn)行總結(jié)分析，確保每個(gè)操作人員都能夠從中獲得一定的收獲。

2.3 系統(tǒng)功能測(cè)試

本次主要以模擬測(cè)試終端測(cè)試為例進(jìn)行分析。具體測(cè)試步驟如下：第一步，準(zhǔn)確連接被測(cè)單機(jī)設(shè)備的電源；第二步，打開(kāi)單機(jī)設(shè)備；第三步，對(duì)單機(jī)設(shè)備執(zhí)行面板操作；第四步，通過(guò)訓(xùn)練主機(jī)界面，查看在完成操作后相應(yīng)面板是否能夠現(xiàn)實(shí)正確的反饋操作訓(xùn)練結(jié)果[9]。

在實(shí)際測(cè)試操作時(shí)，首先通過(guò)變頻器模擬器控制面板打開(kāi)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，其次設(shè)置符號(hào)率為87.654 321 MHz，調(diào)制方式為QPSK2/3，上行頻率為12 345.678 99 MHz，最后點(diǎn)擊發(fā)射按鈕便能夠得出變頻器顯示結(jié)果。具體測(cè)試記錄如表1所示。

表1 調(diào)制上變頻器模擬器測(cè)試

通過(guò)操作天線控制器面板打開(kāi)設(shè)備電源開(kāi)關(guān)，然后再操作按鍵打開(kāi)天線，隨后調(diào)整天線的方位角，具體調(diào)整數(shù)值為俯仰角90.0°，極化角10.0°，方位角10.0°[10]。天線控制器模擬器測(cè)試記錄如表2所示。

表2 天線控制器模擬器測(cè)試記錄

3 結(jié) 論

衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)是一個(gè)較為復(fù)雜的系統(tǒng)，在實(shí)際的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要充分了解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的以及最終的功能需要，然后以此為依據(jù)，注重加強(qiáng)衛(wèi)星數(shù)字電視通信模擬評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)，并通過(guò)測(cè)試確保功能能夠穩(wěn)定順利地發(fā)揮。