扩频遥测中频接收机的研究

论文摘要

随着航天技术的发展,传统的测控技术已经暴露出其弊端,如多址能力差、容易被截获和干扰等。而扩频通信具有抵抗干扰能力强、保密性能高、多址能力好、测距精度高等优点,因而它能够很好地解决传统测控技术所存在的问题,有望成为新一代遥测系统的核心技术。因此,本课题就扩频遥测中频接收机展开研究。扩频码同步是扩频接收机的核心,也是整个扩频通信系统正常运行的关键。遥测系统对扩频码的同步提出了更高的要求,因此,本课题首先对扩频通信中扩频码同步技术进行研究,分析了其理论基础和目前在工程上所使用的扩频码同步捕获和跟踪算法的优缺点。然后,本课题以现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array,FPGA）为平台,设计出扩频遥测中频接收机的模数转换、数字下变频、扩频码同步捕获、扩频码跟踪和解调等硬件模块。针对目前遥测系统对扩频码快速同步捕获的要求,为克服传统并行匹配滤波同步捕获法硬件资源消耗量大的缺点,本课题提出一种改进的匹配滤波器结构——时分复用并行匹配滤波器。该滤波器在不改变扩频增益和捕获时间的基础上,能够降低一半以上硬件资源消耗。利用Modelsim软件对FPGA程序进行总体仿真的结果表明所设计的模块能够准确地实现扩频码同步和基带解调。最后,进行扩频遥测中频接收机硬件平台的设计和初步测试。设计了扩频中频信号源、射频信号源和中频接收机电路,并利用现有的Stratix II FPGA平台进行硬件测试,得到的误同步率和误码率分别为10-5和10-3量级,平均捕获时间在4个扩频码周期内,测试结果表明所设计算法能够实现准确快速的扩频码同步和正确的解调。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 航天测控技术的发展现状
• 1.2.2 扩频通信技术的发展现状
• 1.2.3 软件无线电技术的发展现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 扩频码同步技术的研究
• 2.1 伪随机编码理论
• 2.1.1 伪随机码的性质
• 2.1.2 常用的伪随机码
• 2.1.3 本系统采用的伪随机码
• 2.2 扩频码同步捕获技术的研究
• 2.2.1 串行相位搜索捕获法
• 2.2.2 双积分滑动相关捕获法
• 2.2.3 并行匹配滤波同步捕获法
• 2.2.4 传统捕获方法对比分析
• 2.3 扩频码跟踪技术的研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 扩频遥测中频接收机模块的设计
• 3.1 系统指标及总体构架
• 3.1.1 系统指标
• 3.1.2 系统总体构架
• 3.1.3 中频信号形式
• 3.2 模数转换模块
• 3.3 数字下变频模块
• 3.3.1 数字下变频的原理
• 3.3.2 数字下变频的仿真
• 3.4 扩频码同步捕获模块
• 3.4.1 扩频码同步捕获的原理
• 3.4.2 扩频码同步捕获的仿真
• 3.4.3 扩频码同步捕获模块的组成
• 3.4.4 时分复用并行匹配滤波器
• 3.5 扩频码跟踪模块
• 3.6 解调模块
• 3.6.1 解调的原理
• 3.6.2 解调模块的仿真
• 3.7 FPGA 程序的仿真结果及分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 硬件测试平台的设计及测试
• 4.1 扩频信号源的设计
• 4.1.1 扩频信号源的总体设计
• 4.1.2 数模转换器
• 4.1.3 本地振荡器
• 4.1.4 中频混频器
• 4.1.5 射频混频器
• 4.1.6 射频放大器
• 4.2 中频接收机的设计
• 4.2.1 中频接收机的总体设计
• 4.2.2 中频合路器
• 4.2.3 模数转换器
• 4.2.4 FPGA 核心
• 4.3 硬件测试结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢