扩频通信测距复合系统中扩频码快捕与数字化实现的研究

摘要

直接序列扩频技术由于其具有保密性好、抗干扰、多址、抗衰落效应能力强的优点,在移动通信、测控定位、雷达系统中被广泛的应用.复合系统就是利用直接序列扩频系统的距离分辨率及测距能力,同时完成扩频通信和测距任务.本文对复合系统的系统结构进行了改进,调和了传统结构的复合系统技术参数(包括测距量程、测距精度、测距实时性和通信速率等)对扩频序列的周期的矛盾需求.重点分析了通信测距复合系统对复合码的要求,这其中包括:编码特性,编码速率和编码长度.提出了本文所使用的m-m复合序列,分析其自身的特性.为了提高复合系统同步捕获的实时性,缩短捕获时间,本文提出了改进的序列估计捕获方法.通过公式推导和大量的仿真试验,得出了该方法在理想情况下和高斯白噪声情况下的平均捕获时间.通过与多种捕获方法的平均捕获时间的比较,结果显示,此改进的序列估计方法能够较大的提高复合码同步捕获的实时性.本文构造了具有高速处理能力的FPGA+DSP结构的数字化平台,实现了系统的部分功能模块.为了充分的利用硬件资源,在接收机FPGA中实现匹配滤波器方面作了大量的研究.同时也为该技术的进一步推广应用奠定了坚实的基础.

目录

文摘

英文文摘

哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

第1章绪论

1.1技术背景

1.2问题的提出

1.3课题研究的内容

1.4论文章节安排

第2章扩频通信关键技术及测距理论

2.1扩频通信

2.1.1扩频通信的理论基础

2.1.2直接序列扩频通信系统的工作原理

2.1.3扩频通信的基本参数

2.1.4扩频通信的优点及应用

2.2扩频通信的基本技术

2.2.1伪随机编码理论

2.2.2扩频通信的编码捕获

2.3直接序列扩频系统实现测距的原理

2.4本章小结

第3章复合系统的改进及复合码的选取

3.1传统通信测距复合系统中存在的若干问题

3.2通信测距复合系统的改进

3.3通信测距复合系统编码的选择

3.3.1通信测距复合系统对编码特性的要求

3.3.2通信测距复合系统对编码速率和编码长度的要求

3.4通信测距复合系统编码的设计

3.4.1 m-m复合扩频序列的构成

3.4.2 m-m复合扩频序列的性质

3.5本章小结

第4章通信测距复合系统的同步捕获

4.1传统的捕获方法

4.1.1数字匹配滤波器捕获的原理

4.1.2滑动相关捕获法的原理

4.1.3传统的序列估计的捕获方法

4.2改进的序列估计的捕获方法

4.2.1改进的序列估计捕获系统的结构

4.2.2序列估计的扩展特征多项式

4.2.3本系统的工作流程图

4.2.4平均捕获时间的公式推导

4.3捕获系统的性能分析

4.3.1前级捕获部分的性能分析

4.3.2后级捕获部分的性能分析

4.3.3捕获系统虚警概率的分析

4.3.4高斯白噪声情况下的捕获性能分析

4.3.5三种捕获方法的平均捕获时间的比较分析

4.4本章小结

第5章部分功能模块的硬件实现

5.1系统总体方案设计

5.2器件简介

5.2.1现场可编程门阵列FPGA

5.2.2数字信号处理器DSP

5.3各部分电路设计

5.3.1电源单元

5.3.2 DSP与FLASH接口电路

5.3.3 DSP与16C550接口电路

5.3.4 DSP与FPGA接口电路

5.4发射端模块的具体实现

5.4.1 m-m序列产生电路设计：

5.4.2串/并电路的设计

5.5接收端模块的具体实现

5.5.1前端处理模块

5.5.2匹配滤波器的实现

5.5.3后级的相关峰处理

5.5.4接收端模块DSP实现的功能

5.6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：电路板图

附录B：硬件调试现场