基于FPGA的电子波束扫描跟踪接收机设计

摘要

随着移动通信技术的发展，卫星通信业务已渐渐的从固定的地面站通信倾向于灵活的移动通信，车载“动中通”技术渐受关注。相控阵天线由于具有快速的电子波束扫描能力，是实现动中通天线的最佳选择。本文以某Ku频段车载动中通天线的研制为背景，结合了相控阵技术和传统伺服技术，提出了一种基于FPGA的电子波束扫描跟踪接收机，研究和设计了天线系统中电子波束控制和信标跟踪部分。 本文首先介绍了自跟踪系统的基本理论与概念，着重说明了跟踪接收机的工作原理和基本框架。接着论述了跟踪系统的总体设计方案，包括卫星通信链路设计、射频信道设计、跟踪接收机的硬件平台设计，其中详细阐述了数字中频跟踪接收机的各主要组成部分的设计。对同步解调涉及的中频采样、载波捕获跟踪等信号处理算法进行理论分析，构建模型，并对其中关键参数进行仿真，对不同信噪比下的载波跟踪性能进行仿真测试。接着对跟踪接收机基带信号处理进行工程实现，主要是FPGA算法设计，包括数字AGC，数字下变频，数字锁相环，幅度检波，误差信号解调等部分。最后给出了测试结论，获得了具体的实验数据，实验结果验证了本文提出的工程设计方案的可行性和仿真分析的正确性。本文详述的跟踪接收机设计是基于实际工程项目的总结。目前该项目已顺利通过用户验收，运行良好，用户评价较高。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 自动跟踪系统简介

1．2 课题背景与意义

1．3 国内国外研究发展状况

1．4 论文的主要工作和内容安排

第二章 自跟踪系统的分类与基本组成

2．1 程序跟踪系统

2．2 步进跟踪系统

2．3 圆锥扫描跟踪系统

2．4 单脉冲跟踪系统

2．5 电子波束扫描跟踪系统

2．6 本章小结

第三章 跟踪系统平台设计

3．1 卫星通信链路设计

3．2 系统总体设计

3．3 阵列天线及射频信道

3．4 伺服系统

3．5 跟踪接收机

3．5．1 下变频器

3．5．2 电子波束扫描控制

3．5．3 中频解调单元

3．6 本章小结

第四章 跟踪算法仿真与实现

4．1 信号特性分析

4．2 跟踪算法建模仿真

4．2．1 系统建模

4．2．2 信号带通采样与下变频

4．2．3 载波捕获与跟踪

4．2．4 不同信噪比下仿真结果

4．3 FPGA设计实现

4．3．1 FPGA开发流程

4．3．2 FPGA算法设计

4．4 其它设计

4．4．1 去解耦合设计

4．4．2 伺服接口设计

4．5 本章小结

第五章 系统测试情况

5．1 测试平台

5．2 跟踪精度测试

5．2．1 测试方法

5．2．2 测试结果及分析

5．3 本章小结

第六章 结束语

致谢

参考文献

作者在读期间的研究成果