四阵元卫星导航抗干扰接收数字处理平台设计

摘要

数字信号处理理论随着现代电子信息技术的飞速发展得到了广泛的应用，特别是语音信号识别、声纳数据采集、雷达信号接收、图像信息处理、卫星通信保障等诸多关键领域取得了瞩目的成绩。然而，现代化生活使电磁环境变得异常复杂，数字信号不可避免的受到复杂电磁环境的影响，特别是外界噪声和强功率干扰源。所以，数字信号抗干扰技术尤其是承载抗干扰算法的运行平台的研制变得尤为重要，特别是应用于实际工程中的抗干扰处理平台，对平台接收的导航数据处理速率、数据处理量有着很高的实际应用要求。
　　本课题的设计方案是将FPGA设为处理核心，首先在保证抗干扰性能的前提下，实现器件芯片选型节约成本和减小设计空间的目标。数据传输模块为14位高速高精度模数转换通道，使用数字处理芯片FPGA实现四路通道采集到的数据下变频、自适应抗干扰和上变频等功能，最终将抗干扰算法处理后的导航数据恢复至用户终端所需要的模拟信号。本文分别完成了针对FPGA外围电路、导航数据采集通道、导航数据恢复通道和电源供电系统等模块的电路设计，最终实现了数字处理平台电路原理图和PCB印制电路板的设计并完成了数字处理平台的实物焊装。通过完整的系统测试和室内室外导航信号数据的实测分析，验证了本平台设计的正确性和实用性。
　　以FPGA为核心的四阵元卫星导航抗干扰接收数字处理平台在加载自适应抗干扰算法后，能够满足实际应用中所需要的精度和稳定性，经过后期的二次开发和功能的完善，其小型化低功耗的特点可使本设计具备实际应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景

1．2 数字处理技术综述

1．3 基于FPGA的数字信号处理发展及现状

1．4 本论文的研究内容

第2章 阵列信号的抗干扰理论基础

2．1 导航信号抗干扰原理

2．1．1 空域自适应抗干扰基础理论

2．1．2 空域自适应抗干扰基本结构

2．2 阵列天线信号分析

2．2．1 天线阵形基本概念

2．2．2 天线阵形分析

2．2．3 阵元结构选择

2．2．4 波束形成

2．3 本章小结

第3章 数字处理平台的整体结构分析

3．1 数字处理平台的需求分析

3．1．1 数字处理平台功能介绍

3．1．2 信号转换部分需求分析

3．1．3 信号处理部分需求分析

3．1．4 其它部分需求分析

3．2 数字处理平台的设计方案

3．2．1 平台的数据处理部分设计方案

3．2．2 数字处理平台其它部分设计方案

3．3 FPGA处理方案的选择

3．3．1 FPGA处理方案与其它方案的对比

3．3．2 FPGA技术的优势

3．4 本章小结

第4章 数字处理平台的硬件实现

4．1 模拟信号采集电路

4．1．1 芯片的选型

4．1．2 模数转换电路结构组成

4．1．3 模数转换电路设计

4．1．4 模数转换电路时钟设计

4．2 模拟信号输出电路

4．2．1 芯片的选型

4．2．2 数模转换电路结构组成

4．2．3 数模转换电路设计

4．3 FPGA电路设计

4．3．1 芯片的选型

4．3．2 Stratix Ⅱ FPGA的结构特性

4．3．3 FPGA与外围模块的连接

4．3．4 FPGA的配置电路设计

4．4 电源电路设计

4．4．1 芯片的选型

4．4．2 供电电路设计原理

4．4．3 数字处理平台的电源设计

4．5 外部接口电路设计

4．5．1 芯片选择

4．5．2 外部接口电路设计

4．6 PCB的设计方法及问题处理

4．6．1 设计工具介绍

4．6．2 PCB设计中考虑的问题

4．6．3 原理图与PCB的检查

4．6．4 数字处理平台硬件PCB电路

4．7 本章小结

第5章 核心器件FPGA的开发

5．1 FPGA的开发流程

5．2 EDA开发工具介绍

5．3 抗干扰算法在FPGA中的框架

5．3．1 数字处理平台中的FPGA整体规划

5．3．2 中频数字信号的下变频模块

5．3．3 基带数字信号的自适应抗干扰算法

5．3．4 基带数字信号的上变频模块

5．3．5 数字处理算法模块的整体结构

5．4 FPGA开发的常见问题及注意事项

5．5 本章小结

第6章 硬件平台的接口调试及结果分析

6．1 电源部分调试

6．2 硬件接口部分调试

6．2．1 创建并设置STP文件

6．2．2 引脚检查

6．2．3 输入通道的调试

6．2．4 输出通道的调试

6．3 系统的整体测试及结果分析

6．3．1 数字处理平台抗干扰算法的导入

6．3．2 系统的整体测试及结果分析

6．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文

致谢