TDRSS基带信号处理系统关键技术研究与实现

摘要

本论文所研究的课题是TDRSS基带信号处理系统，它属于TDRSS SMA链路接收系统中的一个子模块。 作为一种新型的天基测控系统，跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)代表了国际上测控领域的新的发展方向。TDRSS基带信号处理系统的接收信号采用 UQPSK调制和直接序列扩频，信噪比低至－20dB，多普勒频移范围为±100kHz。所以在低信噪比和大多普勒频移的情况下实现对PN码的快速捕获和多普勒频移的基带补偿成为本系统研究中的关键问题。 本文首先对系统中的关键问题进行了详细的分析。针对串行滑动相关法捕获速度慢的缺点，研究匹配滤波器在扩频码同步上的应用，分析了如何在FPGA上高性能实现匹配滤波器。对于大多普勒频移的情况，建立了捕获与跟踪的环路，给出了基于AFC环路的频移捕获与跟踪算法，利用DMF辅助 AFC环路对频偏快速、准确地实现初始捕获。 本文所研究的基带系统是以FPGA为硬件实现平台的，因此系统方案在FPGA平台上的设计与实现也是本文讨论的一个重点，各种算法均针对FPGA器件特点进行优化，以利于更快速高效地实现。 本文提出的系统方案在某型号样机中得到应用，效果良好。更多的实现细节有待于在实践中进一步优化和改进。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2跟踪与数据中继卫星系统的特点

1.2.1跟踪与数据中继卫星系统的优点

1.2.2跟踪与数据中继卫星系统的缺点

1.3扩展频谱技术在TDRSS中的应用

1.4本课题的意义

1.5本文主要内容

2 PN码的快速捕获

2.1引言

2.2 PN码捕获方法

2.2.1滑动相关法

2.2.2匹配滤波器法

2.3 DMF的解扩原理

2.4 DMF的电路结构

2.5 DMF设计方案

2.5.1量化位数的取值

2.5.2抽取因子的选择

3多普勒频移的估计和补偿

3.1引言

3.2多普勒频移对系统解扩性能的影响

3.2.1 PN码时钟的多普勒频移

3.2.2多普勒频移对捕获电路输出信噪比的影响

3.3频偏估计电路

3.3.1频偏估计量的提取

3.3.2频偏估计电路的跟踪范围

3.4频偏补偿电路

3.4.1频偏补偿电路的选择

3.4.2AFC环路及其基本结构

3.5基于AFC环路的多普勒频移初始捕获

3.5.1初始频偏的搜索

3.5.2 DMF辅助AFC环路的初始频偏捕获

3.6基于AFC环路的多普勒频移的跟踪

4总体方案设计

4.1概述

4.2基带信号处理系统的原理框图及信号形式

4.3基带信号处理系统的工作原理

4.3.1数字下变频的原理和组成

4.3.2 DBPSK差分解调电路

5基带信号处理系统实现与调试

5.1引言

5.2基带信号处理系统硬件设计

5.2.1硬件总体框图

5.2.2主要元器件的选取

5.3系统软件设计

5.4测试结果

5.5 PCB电路设计

5.5.1差分线

5.5.2电磁兼容性考虑

5.6系统调试

6结束语

6.1主要研究成果

6.2进一步研究工作

致 谢

参考文献

附录