分布式声源定位系统时统子系统设计

摘要

时间统一系统为协调多台测量控制设备完成工作提供统一的标准时间基准。它是现代航天试验、靶场和常规武器试验这一特殊领域而产生的，并随着科学技术的发展，应用于诸如现代通信、导航、电力调度、天文、大地测量、地震、声源定位、交通等越来越多的工程和科学研究领域。本课题以某国防项目为背景，设计实现分布式声源定位系统中的时统子系统。
　　 论文针对分布式声源定位系统的要求，通过仿真分析了时统系统对于定位精度的影响。简要介绍了NTP、PTP、IRIG等常用的时间统一协议，根据其应用背景及性能要求，最终选择了IRIG-B协议作为分布式声源定位系统中的时间同步协议。时间统一系统是由国家时间频率基准、授时台、定时校频接收机、频率标准、时间码产生器、时间码解码器等部分组成，其中时间码产生器和时间码解码器是本课题的设计重点。文章详细阐述了关于IRIG-B码结构、编码及解码的原理，设计了时统系统中编码器及终端解码器的整体结构；采用了FPGA技术对时统进行硬件电路的集成，实现了IRIG-B编码器及解码器电路并给出了相应的外围硬件电路设计；介绍了常用的可编程器件设计方法，给出了采用VHDL语言编写的编码相关的时钟脉冲电路模块、分频模块、BCD编码模块、IRIG-B编码模块、频率合成器模块、DA转换控制模块等电路的设计及仿真；解码方面，设计了锁相环模块(实现频率稳定方案)、解码模块、存储控制模块、人机接口模块(LCD和键盘)及串口控制模块等电路，并给出了部分仿真；最后针对FPGA设计及调试中所出现的问题，给出了部分设计调试准则和经验教训。

目录

文摘

英文文摘

1 绪论

1.1 应用背景与意义

1.2 国内外时间同步研究的现状

1.2.1 NTP时间同步协议现状

1.2.2 PTP精确时钟同步协议

1.2.3 IRIG-B码时间同步现状

1.3 文章主要内容

2 系统总体方案设计

2.1 系统设计思想

2.2 定位算法理论

2.3 时统参数指标与时统构成

2.3.1 分布式声源定位系统对时统精度的要求

2.3.2 时统功能结构

2.4 本章小结

3 IRIG-B码理论

3.1 IRIG-B码简要概述

3.1.1 标准时间码产生概况

3.1.2 IRIG组织简介

3.1.3 常见的标准时间码

3.1.4 IRIG-B码结构

3.2 时间码终端类型

3.3 本章小结

4 IRIG-B时统子系统模块设计

4.1 核心器件FPGA

4.1.1 FPGA设计流程

4.1.2 硬件描述语言

4.2 时统设备组成介绍

4.3 直流B(DC)码编码器技术

4.3.1 B(DC)码编码模块设计及仿真

4.4 交流B(AC)码编码器技术

4.4.1 正弦波信号数字综合器设计及仿真

4.4.2 调制与解调设计及仿真

4.4.3 DA控制模块设计及仿真

4.5 IRIG-B码解码器技术

4.5.1 B码解码模块设计及仿真

4.5.2 锁相环模块设计

4.5.3 UART串口通信模块设计及仿真

4.5.4 用户接口LVDS

4.5.5 LCD显示模块

4.6 本章小结

5 系统整体设计

5.1 FPGA芯片实现的整体模块框架

5.1.1 IRIG-B码产生器整体模块

5.1.2 IRIG-B码解码器整体模块

5.2 整体电路设计

5.3 FPGA设计的常见问题注意事项

5.4.B 码设计中的问题

5.5 本章小结

6 IRIG-B码时统子系统硬件电路设计

6.1 FPGA的选型及其特性

6.2 系统外围电路设计

6.2.1 电源设计

6.2.2 LCD电路

6.2.3 按键电路

6.2.4 配置电路

6.2.5 串行传输电路

6.2.6 DA转换电路

6.3 硬件调试

6.3.1 电路抗干扰措施

6.3.2 整板的调试

6.4 本章小结

7 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢