基于FPGA的TCAS与S模式应答机综合化数字中频接收系统的设计与仿真

摘要

随着客户对于飞机经济性、维修性以及对系统功能不断增长的需求的提高，大型民用客机的航空电子系统势必朝着综合化方向进一步发展。本文从研究飞机环境监视系统的综合化出发，对空中交通警戒与防撞系统（TCAS）和S模式应答机进行了综合化的设计，并实现了综合化接收机的中频数字处理和基带预处理。论文的主要工作如下：
　　1）结合综合化航空电子系统的设计思想以及软件无线电技术，给出了综合化接收机的总体设计方案，并结合数字下变频技术给出了模块划分的结果，并根据系统功能及性能需求选择了FPGA作为硬件实现平台。
　　2）通过将Matlab建模与仿真、ModelSim仿真、QuartusII功能仿真与时序仿真等多种方法相结合，共同完成了数字下变频模块、TCAS基带预处理模块以及S模式应答机基带预处理模块的实现。
　　3）针对各个模块以及整机系统分别提出了测试验证方案，并做了较为详尽的测试验证工作。验证结果表明，整机系统的功能基本完成，综合化接收系统能够准确识别A/C/S模式询问及应答信号，并达到80MHz以上的系统处理速度。
　　本文的创新点在于综合化的设计思想，以及将软件无线电技术引入到综合化设计中，利用中频数字化处理，从而为全机系统的高速、灵活、易维护、易扩展等带来了很多好处。这些都对进一步研究实现TCAS与S模式应答机的综合化具有一定的参考与借鉴意义，也为航空电子系统的综合化设计与实现提供了一种解决思路。

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第一章 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文内容

第二章 TCAS与S模式应答机及软件无线电简介

2.1 TCAS系统简介[6][7]

2.2 S模式应答机系统简介

2.3 TCAS与S模式应答机的协调工作

2.4 A/C/S模式信号格式

2.5 软件无线电技术简介

2.6 本章小结

第三章 系统总体设计

3.1 总体方案

3.2 系统设计

3.3 硬件平台的选型

3.4 本章小结

第四章 数字下变频原理及其FPGA实现

4.1 数字下变频原理简介

4.2 数字下变频的具体模块实现

4.3 本章小结

第五章 TCAS基带预处理设计及其FPGA实现

5.1 C模式应答信号的检测算法及其FPGA实现

5.2 S模式应答信号报头的检测算法及其FPGA实现

5.3 C/S模式应答信号融合处理的分析

5.4 本章小结

第六章 S模式应答机基带预处理设计及其FPGA实现

6.1 询问模式判别

6.2 S模式询问信号接收处理

6.3 位同步抽样判决

6.4 本章小结

第七章 整机级联与测试验证

7.1 系统测试验证方法

7.2 DDC的测试方案及验证

7.3 TCAS基带预处理模块的测试方案及验证

7.4 S模式应答机基带预处理模块的测试方案及验证

7.5 整机级联及测试验证

7.6 本章小结

第八章 总结与展望

8.1 全文总结

8.2 展望

参考文献

致谢

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