1090ES与UAT模式下ADS-B数字收发机的设计与实现

摘要

民用航空由商业航空和通用航空所构成。日常所提及的客运航空便是一种商业航空，同样也是航空公司一种重要的运营模式；通用航空包含了除上述商用航空所包含的其他航空服务。
　　国际民航组织对于广播式自动相关监视(ADS-B)的普及应用起到极大的推进作用。未来的民用航空监视系统需要同时满足对商业航空与通用航空的需要，即：可以接收1090ES与UAT双模式数据链的空中交通管制系统成为了发展的必要。系统兼容双模式ADS-B模式的接收机可以减少地面站接收站的数量；系统采用双模式数字接收机的方案具备了重配置能力并且成本经济；减少了接收机设备的体积、系统集成度更高且减少了飞机的负重。低输出功率的双模式ADS-B发射机不但可以模拟两种模式的ADS-B消息，而且便于实验室进行原理验证和测试。接收机的射频前端是整个接收系统的重要组成部分。直接影响系统的接收的灵敏度、动态范围、以及对后端信号误码率等技术指标，从而直接影响着该系统的监视能力。
　　双模式 ADS-B发射机系统使用一次上变频的方式，主要包括上位机模块、双模式调制模块、压控震荡和锁相环路模块、上变频模块、功率放大模块组成。双模式ADS-B接收机系统采用数字接收机的信号处理方式。它是使用两次下变频的方式，主要包括低噪声放大器模块、宽带功分器模块、第一次下变频模块和第二次下变频模块、中频信号处理模块、上位机模块组成。在利用 ADS软件进行整个系统设计进行仿真的基础上，针对各个模块进的选择与相关原理的仿真，最后进行各模块的硬件实现。
　　本论文最终完成了发射机与接收机的系统设计，并对发射机与接收机进行了系统测试，并应用矢量信号发生器对接收机的灵敏度、动态范围进行了测试。经过测试，锁相环模块输出信号频率1034MHz，在10kHz时相位噪声≤-90dB/Hz。整个发射机的输出峰值功率≥1.65W，谐波抑制度大于55dBc。接收机的噪声系数经测试小于2.5dB，其动态范围≥45dB，接收灵敏度低于-73dBm。

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第1章 绪论

1.1课题的研究背景

1.2国内外研究现状

1.3本文的主要工作和章节安排

第2章 双模式ADS-B收发机系统设计及关键技术的研究

2.1双模式ADS-B收发机的技术指标

2.2发射机系统结构方案

2.3接收机系统结构方案

2.4 ASK/2CPFSK调制解调技术

2.5直接数字频率合成器

2.6滤波器

2.7本章小结

第3章 双模式发射机系统分析各功能模块实现

3.1 ASK/CPFSK中频调制模块的设计与实现

3.2上变频模块的设计与实现

3.3功率放大模块的设计与实现

3.4本章小结

第4章 双模式接收机系统分析及各功能模块实现

4.1低噪声放大器模块设计与实现

4.2宽带功分器模块设计与实现

4.3第一次下变频模块设计与实现

4.4第二次下变频模块设计与实现

4.5集成滤波和自动增益放大(AGC)模块设计

4.6数字信号处理模块硬件设计与实现

4.7本章小结

第5章 双模式ADS-B收发机的系统测试

5.1系统性能测试方案

5.2系统测试结果及分析

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果

致谢

附录A 部分FPGA电源原理图

附录BFPGA IO口原理图

附录C DSP 配置原理图

附录D AD和AGC部分原理图

附录E SRAM和SDRAM部分原理图

附录F 接收机前端电源部分原理图

附录G 接收机前端第一次混频部分原理图

附录H 接收机前端本振电路图

附录I 接收机前端第二次混频原理图

附录J 接收机前端电压增益控制部分

附录K 发射机直接数字频率合成器部分

附录L 发射机ASK调制部分

附录M 发射机上变频部分

附录N 发射机功率放大部分

附录O 接收机前端电源部分原理图