衛星數字電視通信模擬評估系統設計與實現分析

劉姝姝

（湖南機電職業技術學院，湖南 長沙 410151）

0 引 言

相較于常規通信，數字衛星通信優勢明顯，如信號的覆蓋范圍更廣、信號質量更好以及運行成本低等，因此在軍用領域及民用領域均得到了廣泛應用。但由于數字衛星的上行發射系統設備本身功率較大，在日常訓練時，一旦操作不當就容易造成安全事故，因此必須設計一個衛星數字電視通信模擬評估系統，實現模擬訓練，保護訓練安全。

1 衛星數字電視通信模擬評估系統設計功能需求

設計衛星數字電視通信模擬評估系統的最終目的，是在開展衛星通信設備訓練工作時，不直接在真實的設備上進行，而是先通過該系統實施模擬評估訓練，獲得一定成效后，再轉為真實設備[1]。這樣便能夠以最高的效率與最小的代價，實現對衛星通信設備的掌握?；谏鲜瞿康?，本次衛星數字電視通信模擬評估系統設計應滿足以下功能需求。一是人機交互界面良好，模擬出的操作環境更加真實。在方艙內操作時，可通過窗口方式直觀了解方艙外情況。二是訓練平臺一體化，能夠在平臺上獲得各種培訓資料信息。三是系統操作指導功能正確完善，且能夠對訓練結果進行考核校驗。四是訓練內容事無巨細，且能夠全天候隨時待命，滿足各種訓練要求[2]。五是電視畫面能夠真實呈現出操作后所出現的情況。六是模擬操作訓練環境設施與真實的操作環境設施完全一致，包括相應設備的位置擺放和外形等。

2 衛星數字電視通信模擬評估系統設計實現

2.1 硬件設計

2.1.1 硬件電路設計

系統模擬的數字衛星終端設備有很多，如通信機、信標接收機以及衛星接收機等，增大了硬件電路設計的復雜性[3]。在設計時，可以根據系統機柜分布要求，將所有硬件設備進行分組，具體可分為5組，因此需要配置5個機柜，負責分控處理。此外，在設備的面板設計方面，也應進行1∶1配置，從而真實地模擬出設備各面板的操作情況。針對一些沒有操作顯示界面的設備，只需要做面板模擬即可。

2.1.2 電力原理圖設計

在具體設計時，可將系統硬件分為5部分，每部分均配置1個獨立機柜，實現分控處理。從而既能夠獨立完成本機柜的設備控制內容，又可以跟其他機柜聯動控制，協同開展工作，完成系統任務。設備面板前的按鍵和開關等相應部件均按照真實原裝設備部件1∶1復刻，從而確保在操作手感上與原設備一致。面板狀態采集與控制方面，采用了PLC作為微處理芯片。在外圍，為實現不同部件的通信與控制，設計配置了串口芯片、網口芯片以及按鍵指示燈等部件。為促使系統性能得到穩步提升，在實際設計的過程中，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。

結合實際的接口設計，采用了高性能單片機，型號為DSPIC30F6014A。在單片機的幫助下，不僅能夠實現串口通信，還能夠控制LED顯示燈。在此基礎上，結合系統控制的LED顯示燈數量，采用了周立功ZIG7289芯片實施控制。該芯片功能較為強大，能夠驅動8位共陰式數碼管。與此同時，還能夠連接64鍵盤矩陣單片，從而實現對LED燈準確的顯示控制，只需要1片芯片就能夠順利完成相應的控制任務。

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定，性價比優良。發射時能接入單片機進行串口信號輸出控制，使其接入總線，完成通信。具體串口電路設計如圖1所示。

圖1 串口設計電路原理圖

2.1.3 模擬終端設計實現

本次共設置有5個機柜，以編號為1的機柜終端設備設計為例，該機柜中共包含有7個設備，在印制板設計方面，以實際結構布局為依據，實現相鄰設備整合，使其集成在同一個印制板中[5]。結合實際設備的情況，在設計實現上最終采用了4個印制板才完成了設備布局。其中第一個印制板為1號機柜的主控板，繼承了3個設備，分別是兩個衛星接收機和一個信標接收機。第二個印制板為雙聯屏顯示模擬器，主要負責衛星接收機操作模擬，輸出相應的音視頻，顯示具體的操作步驟。第三個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，如寬帶設置和中心頻點設置等。第四個印制板為碼流分析模擬器，主要負責模擬碼流分析儀設備的功能[6]。

2.2 軟件設計

2.2.1 軟件接口設計

一個完整的模擬評估系統綜合控制軟件包含3大組成部分，一是三維視景軟件，二是上級接口軟件，三是導調控制軟件，并由主控計算機進行控制[7]。與此同時，還配置有鍵盤、鼠標以及液晶顯示器。正是上述外設的構成，組成了軟件的接口，主控計算機外部接口示意如圖2所示。

圖2 主控計算機接口示意圖

2.2.2 軟件單元的運行

在軟件正式啟動后，需要先進行初始化，初始化的對象為數據庫、網口以及相應界面。在這一過程中，操作人員會結合自身需要選擇訓練的項目，然后選擇模擬訓練場景進行訓練。通過數據庫獲得相應的數據資源后，在通信技術的幫助下，相應訓練信息便傳輸至模擬訓練系統中，供操作人員進行訓練。在此期間，通過與社會進行通信，將會采集到設備運行狀態信息，然后將這一結果信息反饋至系統中[8]。與此同時，在獲得相應數據處理結果后，也會在節目畫面中進行顯示。完成訓練后，以操作人員各項訓練結果為依據，完成評分，并對整個訓練過程進行總結分析，確保每個操作人員都能夠從中獲得一定的收獲。

2.3 系統功能測試

本次主要以模擬測試終端測試為例進行分析。具體測試步驟如下：第一步，準確連接被測單機設備的電源；第二步，打開單機設備；第三步，對單機設備執行面板操作；第四步，通過訓練主機界面，查看在完成操作后相應面板是否能夠現實正確的反饋操作訓練結果[9]。

在實際測試操作時，首先通過變頻器模擬器控制面板打開設備電源開關，其次設置符號率為87.654 321 MHz，調制方式為QPSK2/3，上行頻率為12 345.678 99 MHz，最后點擊發射按鈕便能夠得出變頻器顯示結果。具體測試記錄如表1所示。

表1 調制上變頻器模擬器測試

通過操作天線控制器面板打開設備電源開關，然后再操作按鍵打開天線，隨后調整天線的方位角，具體調整數值為俯仰角90.0°，極化角10.0°，方位角10.0°[10]。天線控制器模擬器測試記錄如表2所示。

表2 天線控制器模擬器測試記錄

3 結 論

衛星數字電視通信模擬評估系統是一個較為復雜的系統，在實際的系統設計過程中需要充分了解系統設計的目的以及最終的功能需要，然后以此為依據，注重加強衛星數字電視通信模擬評估系統設計與功能實現，并通過測試確保功能能夠穩定順利地發揮。