用于交通信息获取的射频通信选频方案设计

摘要

如何高效可靠地获取动态交通信息是所有智能交通系统(IntelligentTransportationSystems，简称ITS)首先要解决的问题。最近慕丰浩博士等人在一项发明专利中提出的新型交通信息获取系统，与以往诸如利用图像处理、感应线圈的交通管理系统有着本质的不同。该系统通过为车辆安装电子车牌，并通过交通监控点处的集信基站与电子车牌间的无线通信获得车辆信息，从而实现对车辆的监管。该系统工作在ISM2.4GHz～2.5GHz，虽然在此频段可以避免申请专用信道的麻烦，但是由于使用此频段的系统众多，所以工作在此频段的系统，必须考虑如何抗干扰问题。 针对此问题，本文首先深入研究了该频段无线电环境、选频准则及功率谱估计理论，在此基础上提出一种基于信道功率谱估计的选频方案。该选频方案利用信道功率谱信息，综合运用自适应跳频、网络监控、接收信道强度指标读数等方法保证系统的正常通信。本文进而根据交通信息获取系统的无线通信信号特点，以芯片MAX2822为射频模块和以芯片TMS320F2812为核心处理器设计并实现了该选频方案。 本文主要工作如下：(1)深入研究多种谱估计算法，综合考虑其多方面性能，根据本文提出的选频方案特点选择合适的功率谱估计算法。 (2)基于TMS320F2812芯片实现信号采集、镜像干扰信号滤除、信道功率谱估计、各个模块间通信等方面。在信号采集中，本文使用TMS320F2812数字信号处理器自带的A/D转换器采集MAX2822芯片降频后的信号；在镜像干扰信号滤除中，利用正交解调方法消除镜像干扰，防止正常工作情况下跳频；在信道功率谱估计中，分析定点化对谱估计算法性能的影响，并根据谱估计结果判断是否发生异常情况，分析产生异常的原因和如何排除异常恢复通信；各个模块间通信包括选频部分与分控中心通信、TMS320F2812与MAX2822和通信模块间的通信。 (3)对于上述各个方法，本文均进行了模拟实验，结果表明，本文提出的选频方案可以保证系统的正常通信。

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1绪论

1.1智能交通监管系统概述

1.1.1国内外发展状况

1.1.2系统特点及关键技术

1.2功率谱估计方法

1.3本文主要工作

2选频原理及相关技术

2.1信道环境分析和选频准则

2.1.1信道环境分析

2.1.2选频准则

2.2功率谱估计原理

2.3经典功率谱估计

2.3.1自相关法谱估计

2.3.2周期图法谱估计

2.3.3周期图法的改进

2.3.4结论

2.4现代功率谱估计

2.4.1模型法功率谱估计

2.4.2基于特征值分解的功率谱估计

3选频方案的设计与实现

3.1芯片选择与性能介绍

3.2交通信息获取系统通信信号特点

3.2.1通信信号功率谱特点

3.2.2系统通信数据结构

3.3选频方案设计与实现

3.3.1选频方案设计

3.3.2数据采集模块的实现

3.3.3数据处理模块的实现

3.3.4异常处理模块实现

3.3.5谱估计算法实现及实验结果分析

4选频关键技术实现

4.1基于TMS320F2812的谱估计算法实现

4.1.1 A/D量化误差对算法的影响

4.1.2计算过程中舍入噪声效应

4.1.3定点谱估计算法实验结果分析

4.2选频中滤波器的实现

4.2.1希尔波特滤波器的实现

4.2.2带通滤波器的实现

4.3选频部分内部通信的实现

5总结和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢