超低频MSK软扩通信关键技术研究与系统实现

摘要

随着人们对自然资源需求的日益增大,人们已经开始向深层地下以及深海进行矿产资源和海洋资源的开发利用,而超低频无线通信技术是对资源开发的机器设备进行遥控遥测的方便而有效的通信手段。超低频无线通信的特点是通信带宽较窄,信道中各种自然噪声较大且可能存在工频干扰,基于此本文采用最小移频键控(Minimum Shift Keying,MSK)软扩频通信方式来实现低信噪比下超低频无线通信,针对超低频MSK软扩通信中的关键技术进行研究,并提出对系统进行软硬件平台的设计与实现。
　　首先,对超低频软扩通信系统进行了模型构建,并针对系统同步和工频干扰滤除等关键技术进行研究,提出了改进的基于FPGA的匹配滤波同步方法,在低信噪比下可实现对MSK扩频信号的载波和码元的同时同步,且在不损失同步精度的前提下降低了采样率及片内资源消耗;同时给出了相干模板陷波法以实现对50Hz和60Hz工频干扰及其谐波频点的陷波处理。
　　其次,对系统进行了仿真分析,给出了通过对GOLD码组的平衡截取而得到软扩频码组,得出了Box-Muller变换法产生高斯白噪声的理论参数与实际指标的关系,并且得到系统仿真的误码性能。
　　然后,为了验证超低频MSK软扩通信系统,提出了构建系统硬件平台的方案,设计并实现了以FPGA为核心处理器的发端平台和收端平台,并且给出了软件算法的程序设计与模块化实现。
　　最后,在完成系统软硬件实现的基础之上,对系统进行了测试验证,测试结果验证了理论仿真,证明了系统设计的可行性,满足了设计的功能要求和技术指标,对系统的实际应用提供了借鉴作用。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的目的及意义

1.3 超低频通信技术研究现状

1.4 研究内容及章节安排

第2章 超低频MSK扩频通信技术

2.1 MSK调制与解调

2.2 扩频通信系统

2.3 技术指标及整体方案设计

2.4 本章小结

第3章 系统建模和关键技术

3.1 系统模型构建

3.2 扩频系统同步技术

3.3 工频干扰滤除技术

3.4 系统仿真分析

3.5 本章小结

第4章 硬件平台和软件算法的设计与实现

4.1整体实现方案

4.2 发端硬件平台

4.3 发端软件算法

4.4 收端硬件平台

4.5 收端软件算法

4.6 本章小结

第5章 系统测试和性能分析

5.1 系统测试环境

5.2 信号及噪声的时域及频域测试分析

5.3 误码率测试分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文和取得的科研成果

致谢