关键词：现场总线控制系统，高速以太网，智能仪表，Linux操作系统
1引言
现场总线控制系统被认为是DCS的有力取代者，由于现场总线的协议众多,不同协议的兼容性问题一直困扰工业界。为此许多现场总线组织（或生产厂家）提出基于以太网的控制系统标准。目前，各生产厂家的作法都是在自身的现场总线设备基础上，增加高速以太网HSE(HighSpeedEthernet)连接器或相应转换设备。同样存在不同生产厂家设备的互换性问题；到目前为止还没有完全基于高速以太网的自动化仪表（变送器和执行器）。本文设计的智能仪表并不仅是一个变送器或执行器，而是具备必备的上层控制功能，能够完成必要的控制过程，相当于将现有DCS控制功能分散于各个底层设备中。而上层设备只有相当于DCS的工程师站和操作员站。结合通用组态软件可以完成控制系统的组态、下载，形成底层的智能自动化仪表和高层的智能系统软件。为控制系统实现分散化、智能化、协调性、集成方式打下基础。
2总体方案
2.1系统功能
2.2分层结构描述
2.3智能仪表控制功能的实现
每个智能仪表完成部分乃至全部的控制策略，在组态过程中可以将整个系统内的智能仪表看作一个整体进行组态、下装。控制功能实现可以由仪表间进行远程调用，控制可由智能仪表间协作完成，可采用如（DCOM、COORBRA）或采用群Agent的方法。控制功能可以在子网内迁移，协作完成整个控制任务。整个控制功能可以在线互为备份。
3硬件结构
3.1系统结构
智能仪表的智能前端通过TCP/IP网络协议连接到交换机上。我们对每个智能仪表分配一个IP地址，上位机通过不同的IP地址，从而实现对特定仪表的通讯。当数据传输距离增大时，可以通过增加交换机来实现远距离传输。
3.2智能前端的硬件结构
智能前端主要由基于ARM内核的微处理器AT91RM9200，100M以太网控制器芯片RTL8100，串口电平转换芯片MAX232以及RS232串口与RJ45接口组成。结构如图1所示
3.3以太网接口电路及实现方法
以太网接口硬件电路使用的芯片主要有微处理器AT91RM9200、RTL8100、AM29I、V002B、74LVl38等。
其中AM29L、V002B是Flash存储器，主要用来存放程序，由于AT91RM9200微处理器内带16kB的SRAM和126k的BootROM，足够存放数据。故此方案无需扩展RAM。TS7023是个隔离滤波器，RJ45为100BaseT的以太网接口连接器。74LVl38提供RTL8100的片选信号。
RTL8100是性价比高且带有即插即用功能的全双工以太网控制器。它的主要特性包括：符合EtherenetlI与IEEE802.3标准；全双工，收发可同时达到100Mbit／s的速率；内置16kB的SRAM，用于收发缓冲，降低对主处理器的要求；支持UTP，AUI，BNC自动检测，还支持对100BaseT拓扑结构的自动极性修正。RTL8100内部有两块RAM区一块16kB，地址为0x4000～0x7fff；一块32字节，地址为0x0000～0x001f。RAM按页存储，每256字节为一页。本方案中将RTL8100的RAM的前12页(0x4000～0x4bff)作为发送缓冲区，后52页(0x4c00~0x7fff)作为接收缓冲区，第0页只有32个字节，用来存储以太网的物理地址。RTL8100具有32个输出／输入地址，地址偏移量为00H~1FH。其中00H～0FH共16个地址为寄存器地址，寄存器分为page0、pagel、page2、page3，由RTL8100中的命令寄存器CR中的PSl和PS0位来决定要访问的页。复位端口包括18H～1FH共8个地址，用于RTL8100的复位。
4.软件结构
linux作为支撑系统，所有程序均采用基于GGC的C语言编写，而且它具有可读性强、容易移植、开发简单、调试方便的优点。论文大全，现场总线控制系统。。
4.1linux简介
Linux是由LinusBenedictTorvalds等众多软件高手共同开发的，是一种能运行于多种平台(如PC及其兼容机、Alpha工作站、SUNSparc工作站)、源代码公开、免费、功能强大、遵守POSIX标准、与Unix兼容的操作系统。Linux运行的硬件平台起初是Intel386、486、Pentium、PentiumPro等。现在，还包括A1pha、PowerPC、Sparc等。Linux不但支持32位，还支持64位如A1pha。Linux不但支持单CPU，还支持多CPU。
4.2以太网接口程序设计
编写控制以太网接口程序的步骤为：
（1）用C语言库函数作为源文件加入项目中，将用到的头文件包含进项目中。
（2）RTL8100初始化
控制ARM对RTL8100复位引脚rest进行复位,启动RTL8100工作。设置接收状态寄存器RCR和发送状态寄存器TCR,划分接收缓冲区和发送缓冲区,并使之处于接收状态。
（3）传输数据包
发送过程是通过执行远程DMA写操作进行,给要发送数据加上以太网首部,即目的地址、源地址和类型字段，使之符合以太网帧格式,传至RTL8100发送缓冲区，启动包发送命令即可。
(4)接收数据包
RTL8100通过DMA方式读写数据。首先查询状态寄存器CURR判断是否有数据分组到达。如果有则启动远程DMA读,接收数据,并根据接收数据的状态值判断数据包是否完好,以便继续读取其它数据,进而根据所读以太网首部中的协议类型,转向相应的协议处理程序。
5.结束语
本系统采用了一种新颖的嵌入式控制器，在产品性能上有了很大的提高，价格便宜，可以在工业控制中使用，并且为控制系统实现分散化、智能化、协调性、集成方式打下基础。论文大全，现场总线控制系统。。同时建立具有我国自主知识产权的技术体系。采用这样的控制系统可以大量节省控制设备投资，简化控制系统设计，整体提高控制系统的可靠性。打破国外对现场总线控制技术的垄断，为我国控制技术设备在一个高层次上发展提供很好的技术支持。
关键词：机械加工工艺；GE公司；钴基高温合金；难切削
中图分类号：TQ320.67+1文献标识码：A
该零件外形均由曲面构成，壁厚为3.175mm，外圆型面上有八个大岛屿与一个小岛屿，在前端面有144处孔，径向孔有20处。在零件后端面有160处孔，径向孔有21处，并有21处花边。针对零件在加工中受到零件材料难加工，及零件型面复杂的制约，我们进行了大量的研制工作。本篇论文论述了高压涡轮机匣加工研制的整个过程。
本论文内容主要包含以下两个部分：
a.概述部分：介绍GE公司大型钴基高温合金机匣的结构特点和加工工艺难点；
b.工艺路线及机械加工：针对零件结构特点和加工难点论述零件加工工艺和机械加工过程。
1零件及加工概述
1.1零件结构
高压涡轮机匣为钴基高温合金环形静止零件，轮廓以曲面为主，最大外径尺寸φ1137mm，高116.497mm，型面壁厚3.619mm，型面上有八个大岛屿及一个小岛屿；零件分前后端面，前端面有114个通孔，径向孔有20处。在零件后端面有160处孔，径向孔有21处，并有21处花边。零件整体如图1
1.2零件材料及特点
1.2.1钴基高温合金
高压涡轮机匣材质为RENE41，毛料为钴基高温合金模锻件，含有金属主要成分有镍、铬、钨和少量的钼、铌、钽、钛等合金元素。钴基高温合金具有较高的强度、良好的抗热疲劳、抗热腐蚀、和耐磨腐蚀性能。用于制作航空喷气发动机、工业燃气轮机、舰船燃气轮机的涡轮增压器。正是由于这种性能，该材料用于高压涡轮机匣。
1.2.2加工特点
钴基高温合金材料由于成分的原因，材质硬难于切削，在加工时受切削力影响变形不大。零件的结构特点对工艺路线、刀具及加工的方法有所要求，在新件的研制阶段需要合理安排工艺路线及安排合理的加工方法。
1.3工艺难点
该零件从设计图纸进行工艺分析，从工艺路线、加工、刀具三个方面对加工难点进行论述。
1.3.1机械加工
零件的材料硬度大，型面复杂：
切削零件材料时，零件材料硬度大，型面加工长。在进行半精车时进行深槽加工，普通刀具难于加工该处。
铣加工表面：在进行粗铣削加工时，零件型面余量大，最大处达到19mm余量，加工时需用大量刀具。
2加工工艺研究
2.1工艺路线
通过以上的分析制定工艺路线，编制工艺规程，由于零件整体结构比较复杂，加工路线已先车加工零件外形，后进行粗铣加工去余量，然后进行热处理工序。再进行精铣加工零件的型面，后焊接，再进行零件的精车加工，后对零件进行铣花边及钻孔，最后对零件内部进行喷涂。
2.1.1工艺路线制定
工艺路线：№0毛料—№5车后端面基准—№10粗车前端及型面—№15粗车后端及型面—№20粗铣外型面—№25去应力热处理—№30修后端面基准—№35半精车前端及型面—№40半精车后端及型面—№50精铣外型面—№55去毛刺—№60焊接连接座—№70修基准—№75精车前端—№80精车后端—№85钻前端面孔、径向孔并铣端面槽—№90钻后端面孔、径向孔并铣端面槽—№100攻螺纹—№105标印—№110清洗—J115中间检验—120荧光检查—125清洗—130集件—135装配—140清洗—145喷涂—150车涂层—155修喷涂表面—J160最终检验—165入库
2.1.2工装和刀具选择
工装：主要根据GE公司提供的车床和铣床夹具结构图纸进行设计并制造，检测用约束测具为自主设计制造。
刀具的选择：钴基高温合金是一种难切削材料，刀具本身成分内含有钴成分，在加工中，刀具材料容易与零件材料产生亲和，刀具很容易磨损，故选用刀具时，应选用耐磨涂层，防止零件在加工时，刀具磨损，使得刀具有更高耐磨性，零件得到更好的表面质量且延长刀具寿长。
2.2车加工
车加工共有9道工序：№5车后端面基准—№10粗车前端及型面—№15粗车后端及型面—№30修后端面基准—№35半精车前端及型面—№40半精车后端及型面—№70修基准—№75精车前端—№80精车后端
№5车后端面基准：本道工序车加工零件的内孔及外圆，用于下一道工序的找正及压紧；
№10粗车前端及型面：去除大部分余量为精加工单边留有3mm余量；
№15粗车后端及型面：去除大部分余量为精加工单边留有3mm余量；
№30修后端面基准：热处理后，进行修基准工序，为下道车加工做准备。
№35半精车前端及型面：在零件型面处加工到零件设计图尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序应力释放后，型面加工到零件设计图尺寸）
№40半精车后端及型面：在零件型面处加工到零件设计图尺寸，端面留有余量1mm余量。（在NO20工序应力释放后，型面加工到零件设计图尺寸）
№70修基准：车零件的止口端面及外圆，用于零件的装夹找正。
№75精车前端：将零件端面尺寸加工到零件最终尺寸，并扎槽。
№80精车后端：将零件端面尺寸加工到零件最终尺寸，并扎槽。
2.3铣加工
零件的精铣加工：
零件的精铣加工，在精铣加工时，注意合理的安排零件的加工路线，加工的先后顺序，加工时的走刀路线。具体精铣的加工路线如下：
第一步：加工零件型面，在加工零件型面时，采用切线进刀，在加工零件型面时，采用上下往复铣加工，保证零件的表面质量，零件的表面粗糙度，铣削零件的型面。
第二步：铣加工岛屿凸台表面，用Φ20刀具铣加工凸台表面，在零件表面方向进刀切削
第三步：加工岛屿大孔及岛子台阶。
第四步：清理大岛屿两侧，用Φ20R3进行清理岛屿两侧。
第五步：清理小岛屿，在小岛屿外层走两次，将零件铣型面的残余清除。
第六步：清理小岛屿下部，用R6球刀进行清根，清根时需注意刀具的磨损。
2.4关键和难点
高压涡轮机匣加工的关键在于车加工的车槽及铣加工的工艺路线。
2.4.1进行粗铣零件型面，注意走刀路线的刀路，在粗铣时，大量去除零件余量。
2.4.2除零件余量后需要对零件进行热处理，将零件粗车及粗铣时的残余应力释放。
2.4.3后进行车基准及半精车加工。在半精车时，先用R2.5球刀进行粗扎槽，在用R2球刀进行精车。在遇到特殊槽型时，选用非标刀片进行车加工零件的型面。
2.4.4进行精铣加工时，注意零件的走刀路线，合理的安排刀路，加工出零件的型面。
3加工工艺总结和推广
随着民用航空飞机的发展，类似钴基高温合金被越来越多的应用，钴基合金材料应用领域的越来越广泛，必将对制造业提出更高的要求，对特种合金加工工艺的研究也会更加深入。
此次对钴基高温合金类大型机匣件工艺方法的第一次探索尝试，发现了一些钴基高温合金的加工工艺方法，如合理安排零件工艺路线，选用合适刀具进行加工，安排合理的走刀路线；除此之外，也对刀具对零件加工中应用的重要性有所认识，这些方法和措施也会推广到其他GE公司的大型机匣合金类零件的研制中去，不断摸索创新。
参考文献
[1]金属切削手册[M].技术中心金属研究室.
[2]金属切削技术指南[M].山特维克可乐满.
[3]西门子编程教程[M].
关键词：综合监控系统，蠕虫
工业控制网络因为搭建使用方便，远程管理方便的优势已经广泛地用于各行各业。工业控制以太网比传统的工业控制总线传输数据量大，协议更多样，通用性、扩展性更优越，逐渐成为大型分布式工业控制系统的首选。为适应地铁智能设备分布分散，数量大，协议种类繁多，监控实时性要求高的特点，广州地铁三号线组建了以工业控制以太网为骨干的综合监控系统。
本文以主动探测型蠕虫为讨论对象。蠕虫可能造成网络中断，工作站死机等问题，严重威胁着工控网络的正常稳定工作。免费论文，综合监控系统。。防御蠕虫入侵已经成为摆在工业控制网络维护人员面前的一道难题。
1广州地铁三号线的综合监控系统介绍
广州地铁三号线综合监控系统是一个大型数据采集与监控系统，集中监控三号线全线各站的电力、智能建筑、火灾报警、屏蔽门、防淹门、广播、闭路电视、售检票系统、行车信号、车载信息、乘客信息传递、时钟系统、门禁系统等十三个专业的设备。
系统采用千兆光纤以太网为骨干网，各站通过千兆交换机连接作为网络节点。千兆交换机与前端处理器连接，以前端处理器为与诸系统如火灾报警系统、智能建筑系统等子系统设备的通讯转换接口。
综合监控系统的数据库存放于各站服务器，本站工作站访问本站服务器数据库读取设备状态显示。系统结构呈典型C/S结构。服务器采用UNIX系统而工作站采用windowsXP系统。服务器与工作站通过中间件软件完成数据交换。
综合监控系统管理员可从网管工作站可读取被监控的各种设备的运行数据及系统运行数据。
网络结构如图1所示：
2主动探测型蠕虫的特征
蠕虫是一类具有强传染性，攻击系统漏洞干扰计算机及网络工作的程序的统称。蠕虫和传统的病毒有以下区别：
（1）存在形式不同：传统病毒是可自我复制的一个代码片段，寄生在宿主文件中。蠕虫则是一个独立的程序。
（2）传染机制不同：传统病毒的传播方式是将病毒代码嵌入宿主程序，蠕虫则是通过自身复制感染网络上的其他计算机。
（3）触发方式不同：传统病毒需要使用者操作宿主文件触发，蠕虫则是主动攻击，不需人为干预。
常见的主动探测型蠕虫工作过程可分为网络探测、系统漏洞扫描、实施攻击、自我推进四步。
蠕虫先会进行网络探测，即通过IP探测机制探测网络中其他主机的IP。完成网络节点的探测后，蠕虫对被发现的网络主机进行扫描，探测主机系统是否存在适合攻击的漏洞。确认网络主机为可传播对象后，蠕虫将自身复制到目标主机并在目标主机上进行自我隐藏、信息搜集等工作。同时，蠕虫会将自身在目标主机上复制多个副本，并启动搜索进程，实施网络探测，进行下一轮攻击。
（1）更新软件版本时感染蠕虫
工控软件一般都不是在工厂一次开发完成，直接上线投入运行就能达到终验水平的。工控软件从完成初步开发出厂，到稳定运行，最终达到可接受验收的水平，往往需要经过多次升级修改。
（2）取数据时感染蠕虫
较安全的数据读取方式是采用一次性写入的光盘取出数据。但综合监控系统有其特殊性，首先综合监控系统可监控几乎所有设备，需要读取的数据量巨大；其次因为地铁行业的特殊性，数据分析需要及时，在事件发生后必须马上取得数据，导致取数据的次数较多。这样假如每次取数据都花费一张光盘，成本相当高，不符合企业利益。
另外，在运行过程中，为了分析系统运行状况，保障系统安全运行，管理员每天都需要读取系统运行日志进行分析并保存。管理员的存取介质也有可能带有蠕虫。
4蠕虫的防治
4.1蠕虫的检测
综合监控网络的网络结构简单，数据内容单一，利于用对照表检测法进行感染检测。免费论文，综合监控系统。。凡是不符合对照表特征的数据包均视为有害，进行报警。
（2）对照表的特征的选择。根据蠕虫的入侵习惯，可选用协议种类比，源IP，目标IP，数据量作为检测特征量。
综合监控网内数据包较固定，可增加数据包长度作为特征量。免费论文，综合监控系统。。免费论文，综合监控系统。。
4.2系统功能的恢复
蠕虫网络感染能力很强，通常单工作站完成蠕虫清楚，网络上有残留的蠕虫，几小时后又会重复感染。所以清除蠕虫是一个系统性的工作，不能单机进行。
清除蠕虫时必须断开各网络节点，恢复后逐站连接。
4.3蠕虫的预防
从维护者的角度，通过建立完善的管理制度限制蠕虫进入网络是较有效且成本较低的蠕虫防御方法。
首先是规范软件上线前的病毒检测。软件出厂时必须有开发人员的病毒检测报告，上线前由用户在测试平台验证后才能上线运行。
在成本允许的情况下，应该考虑增加综合监控系统对外接口的保护，减少蠕虫的影响范围，比如选用有防火墙功能的存储设备取数据，转换协议传输数据防止蠕虫扩散，在读取数据的终端网管工作站设置防火墙。
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关键词：均匀性；前端进气；发动机舱
Abstract：ThispaperstudiesthefrontendairflowuniformityrelationshipbetweenCAEandphysicaltestatvariousvehiclespeeds.Inaddition，enginecompartmentparts’effectonradiatorheatrejectionperformancewasstudied.Analysisofthicknessofcondenser，shroud，airflowsectionandgrille’seffectonfrontairflowuniformitywasdoneinthisstudy.
KeyWords：uniformity；frontendairflow；enginecompartment
引言
散热器和冷凝器在零部件风洞中的性能与在发动机舱中的性能表现存在一定的差别。其中影响因素包括：水泵、风扇功率及一些车辆零部件，如格栅、进风口截面积、保险杠位置、进气前端压力系数、发动机舱空气出口等。
1理论模型
文中将考虑以下车辆冷却模块组合：（1）风扇相对于散热器的位置；（2）不同护风罩的设计：无护风罩，部分护风罩，全尺寸护风罩，如图1所示；（3）风扇开启或关闭状态；（4）冷凝器的尺寸及其相对散热器和护风罩的位置。
由于前端冷却模块较复杂如图2，因此需作以下假设：一是将实际的空气侧回路简化为等效的空气侧回路，如图3和4所示；二假定散热器周围的空气没有泄露；三假定所有的物理参数都是恒定的；四将流体模型视为稳态、不可压缩流动。
将通过散热器的空气流分为三个区域：通过护风罩和冷凝器的空气流Uri1，护风罩内的空气流Uri2，护风罩以外的空气流Ue。
2数值模拟与试验对比
2.1模拟计算
对于上述前端冷却模块组合，文中将重点分析组合为：部分护风罩设计；风扇在散热器后端；冷凝器的迎风截面Sc小于护风罩的截面Scv；散热器的迎风截面Sr大于护风罩的截面Scv，如图5：
基于上述假设，采用数值模拟计算可以获得通过散热器的平均风速Ura和发动机出口冷却液的温度Te。
2.2环境风洞试验
（1）试验仪器：空气、冷却液和制冷剂的温度传感器，流速传感器，压力传感器。
（2）测试工况：外界温度为25℃时爬坡、外界温度为38℃和45℃时最大车速。
通风测试：采用加热器模拟发动机热源，对有风扇和无风扇两种情况进行测试。对不同车速，相同的冷却液流速，相同的冷却液和空气温差下，真实发动机舱条件下的散热器性能，将与试验台架上的性能进行比较。这样，通过在整车环境下测量散热器的散热量和冷却液流量和温度就可以获得散热器的平均风速Ur如图6所示：
（4）试验和计算方法
在车辆的仿真分析中，需要两个重要的参数：前端的压力系数Cpe和发动机舱后端压力系数Cps。针对每辆车，需要用图7所示的方法，计算出这些系数。
案例结果---每个组件的压降（格栅、散热器、冷凝器、风扇等）已在试验平台上单独测量。根据图7的方法，将在环境风洞中进行两辆车的测试。两辆车都设计有全尺寸风罩，实验时车辆Ⅰ风扇开启，车辆Ⅱ风扇关闭。
2.3结果分析
表1为车辆风洞试验结果与模拟值比较结果。
比较车辆的试验结果与模拟值发现，通过散热器的平均风速Ur，散热器的换热能力及发动机出口的冷却液温度对发动机的换热性能影响较大。另外，高车速与低车速情况的试验结果与模拟值的吻合度，前者表现更好。这可能是由于设计时风扇距离散热器过近导致实际流动受到干扰。
3理论结果的扩展
通过以上试验和分析的对比，验证了模型的有效性。下文将基于验证模型对不同冷却模块组合进行分析。
为了研究进气前端和护风罩对发动机冷却系统和冷凝器性能的影响，我们将选用车辆Ⅰ进行研究，主要的参数如下：风扇功率300W，8叶片，直径364mm；冷凝器尺寸375mm*515mm，翅片间距1.3mm；散热器尺寸414mm*480mm，翅片间距0.95mm。
冷凝器芯厚的影响---对冷凝器三个不同厚度12mm，16mm和22mm，不同车速下，通过散热器和冷凝器的平均风速Ur可以计算出来。可以看到：这三个冷凝器具有大致相同的空气风速。这些冷凝器较小的空气侧压力损失差异对风速Ur没有影响。这是由于散热器的压降远大于冷凝器（大约2倍）。通过散热器和冷凝器的风速主要由散热器和风扇控制。
然而冷凝器减小了通过散热器的风速（如图10、11所示）。在车速200km/h时，没有冷凝器，风速会增加1m/s。
护风罩的影响：相同风扇，不同车速下，护风罩对风速Ur有很大影响（如图12所示）。根据图1所示，有三类护风罩：全尺寸护风罩设计（FFS）；部分护风罩设计（PFS）；无护风罩设计（WFS）。
配置全尺寸护风罩在低车速状态有很好的效果，但无护风罩设计对中、高车速具有更好的效果，部分护风罩设计介于全尺寸护风罩设计和无护风罩设计中间。
进气截面系数是影响发动机冷却性能的一个重要参数，在中、高车速时，影响尤为显著（如图14所示）。在发动机冷却效率和汽车造型之间的一个折中是So/Sr为0.4。过大的So/Sr，如0.5，对冷却系统没有实际的影响。
格栅对发动机冷却系统影响很大特别是在中、高速状态（如图15所示）。对于怠速或低速状态（如车速小于20km/h）基本没有影响。在高速状态，减小格栅的压力损失系数Kg会增大风速2～3m/s。在平衡发动机冷却性能、空调系统和车辆风阻Cx中，Kg的取值范围最好在1.5～2之间。
4结论
通过优化车辆前端和冷却模块，特别是风扇和护风罩，提升了发动机的冷却性能。通过研究发现，在发动机冷却性能、空调性能、和车辆造型之间的折中方案是：进气界面比So/Sr为0.4；格栅系数1.5
[1]SadekRahman，RichardSu，Robust.EngineeringofEngineCoolingSystem，SAEPaper2003-01-0149.
[2]RefkiEl-BouriniandSamuelChen.EngineCoolingModuleDevelopmentUsingAirFlowManagementTechniques，SAEPaper931115.
[3]袁侠义，谷正气，杨易.汽车发动机舱散热的数值仿真分析[J].汽车工程，2009，31（9）.
[4]邵世婷，周健.格栅对发动机冷却模块性能影响的模拟与试验分析[c].中国汽车工程学会年会论文集，2010.
关键词：USB遥控接收机数字化
USB测控应答机主要应用于民用卫星，是完成卫星与地面雷达站之间遥控、遥测、测距、测速等功能的关键单机。随着航天技术的发展，卫星对星载单机小型化、通用化的要求日益迫切。本文实现了一种数字化USB遥控接收机，采用混合集成射频前端和数字基带电路设计，满足了高动态、小型化、通用化的要求。
1USB遥控接收机的实现原理
USB遥控信号的调制方式是PCM-PSK-PM，是一种符合国际航天测控标准的复合调制信号，一般遥控接收机需要对信号进行二次解调以得到遥控数据。传统的模拟USB遥控接收机仅具备中频解调的能力，为了实现基带解调功能还需要在系统中使用专门的单机或模块。而本文设计的遥控接收机增加了数字基带解调功能，大大简化了系统构成。
本文设计的USB遥控接收机的原理框图见图1，主要由接收射频前端和信号同步与解调两部分构成。接收射频前端采用二次下变频方案，接收链路由预选器、LNA、混频器、中频滤波器和中频放大器组成，还包括两个本振频率合成单元。信号同步与解调部分由中频载波捕获跟踪单元、中频解调单元和数字基带解调单元。中频载波捕获跟踪单元采用窄带载波跟踪环的设计，利用锁相环完成中频载波相位的同步。中频解调单元利用载波捕获跟踪得到的本地同步载波与中频信号进行相干相位解调。数字基带解调单元对中频解调输出的基带信号进行PSK解调，从而得到遥控PCM码流。
图1USB遥控接收机原理框图
2混合集成射频前端设计
一般要求USB遥控接收机从卫星发射主动段到入轨运行整个过程不间断开机工作，由于距离变化导致接收信号功率变化范围至少60dB，考虑系统裕量，实际设计动态范围为70dB。USB遥控接收机的射频前端采用混合集成电路设计，预选器选用低损耗介质滤波器，插入损耗小于1dB。LNA噪声系数小于1.5dB。第一混频器的三个端口都设计了驱动增益模块，相比于单一无源混频器噪声系数大大降低，确保了整个系统级联噪声系数完全满足接收灵敏度要求。混频后还设计了自动增益控制（AGC），采用具备AGC检波功能和可变增益的中频放大器，在信号功率不低于噪声功率的情况下，可以精确控制稳定的中频输出功率。
3数字基带解调设计
数字基带解调单元主要由模数转换器AD和现场可编程门阵列FPGA组成。遥控基带信号首先进行模数转换，经过电压转换后进入FPGA进行信号处理，信号处理主要完成遥控PSK解调和数字量遥测的处理，解调和处理结果经过接口芯片进行电平转换并输出。PSK解调采用Costas环进行副载波同步和码字提取。AD采样时钟、Costas环工作时钟、遥控码字以及遥测量输出时钟都统一由独立的时钟晶振经过FPGA的时钟管理单元产生。数字基带解调单元的软件实现如图2所示。
图2数字基带解调软件实现框图
4设计进步点
该遥控接收机采用混合集成射频前端设计和数字化基带解调设计，实现了高接收动态、小型化和通用化。具有以下进步点：（1）对接收链路进行了精心设计，通过合理设计屏蔽腔体结构和印制板布局，链路稳定，输出频谱满足要求。实际整机噪声系数为2.7dB，实测遥控接收灵敏度为-120dBm，实现动态范围82dB。动态范围与传统模拟USB接收机相比有了显著提高。（2）采用混合集成电路设计，优化结构布局，提高了产品内部空间利用率，接收机外形尺寸为190mm×135mm×20mm，与传统模拟USB接收机相比外形尺寸显著缩小。（3）采用锁相环同步载波作为本振合成的参考，仅需要在很小范围内改变VCXO的中心频率就可以覆盖整个USB测控频段。基带解调采用独立的工作时钟，与载波频率无关。该遥控接收机的设计具有较高的通用性。
5结语
该USB遥控接收机与传统模拟USB接收机相比，采用混合集成射频前端设计，增加了数字基带解调功能，具有高动态、小型化、通用化的特点。代表了卫星测控应答机小型化、通用化的发展方向。
[1]金仲和.小型测控应答机的研制与改进[D].浙江大学硕士学位论文，2011，1-2.