应用于无线电监测的高速信号处理平台设计

摘要

无线电监测的基本任务就是利用监测接收机完成对目标信号的搜索、截获、调制识别和解调工作，以实现对无线电信号的监管。但是，无线电监测中的信号通常处于被动接收状态并具有宽频带、多调制方式、多信号、同步序列未知等特点，无线电监测往往采用宽带接收机，进行高速率的采样以适应不同的码率和调制方式，其后的解调过程需要采用较复杂的信号处理方式。因此无线电监测的实现就要求信号处理系统在保证信息连续性的同时还具有多任务并行处理的能力。 本文基于对无线电监测中信号处理技术的分析，设计了高速并行信号处理平台的硬件方案。该平台基带信号处理模块采用了高性能并行DSP处理器群+大规模FPGA的构架；同时系统还具有大容量SDRAM数据存储和USB高速数据接口能力。本文完成了高速信号处理平台的硬件电路设计和系统重要子模块的功能设计；通过对系统各模块进行的功能验证、测试及实验结果表明：设计的高速信号处理平台符合课题要求，加载了特定的算法后可应用于无线电监测领域。本文还研究了数字下变频器(DDC)的FPGA实现技术，通过引入System Generator软件，为无线电监测各算法的FPGA实现提供了一种全新的设计方法。 本文的主要工作如下： 1.分析了无线电监测中的信号处理技术，结合高速信号处理器的特点，合作完成了用于无线电监测的高速信号处理平台的方案设计和各部分硬件电路设计。 2.独立完成了高速信号处理平台重要子模块的功能设计。其中包括：高速数字接口与数据转换模块、共享总线DMA接口模块、FPGA与DSP的高速链路口通信模块、USB接口控制器和固件程序、驱动程序、上位机程序的设计，以及Matlab对数据的后处理程序设计。 3.完成了系统各模块的功能测试，各部分均运行正常，满足系统设计要求。 4.针对具体的项目需求，对本系统进行了近一步的研究分析，并给出了包含AD6654芯片的多通道并行中频模块的方案设计。 5.分析了数字下变频器的结构，引入了System Generator for DSP软件，并使用该方法实现了DDC的FPGA设计。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1课题背景与意义

1.2信号处理技术的发展动态

1.2.1监测接收机的发展与现状

1.2.2数字信号处理器技术的发展

1.3本文主要内容

第二章系统总体方案

2.1需求分析

2.2各子模块方案选择

2.2.1数字中频模块

2.2.2基带信号处理模块

2.2.3系统控制模块

2.2.4高速总线接口模块

2.3系统的总体解决方案

2.4本章小结

第三章系统各部分硬件设计

3.1复位电路设计

3.2系统时钟设计

3.3 FPGA的模块设计

3.3.1 FPGA模块的划分

3.3.2 ADC数据接收模块

3.3.3共享总线DMA接口模块

3.3.4高速链路口通信接口

3.3.5 USB控制器设计

3.4 DSP群设计

3.4.1 TS201处理器简介

3.4.2 DSP群连接模型

3.4.3多DSP的接口设计

3.4.4多DSP初始化引导设计

3.5USB接口设计

3.5.1 CY7C68013简介

3.5.2 USB硬件连接

3.5.3 USB固件程序

3.5.4 USB驱动开发

3.6系统电源设计

3.7高速PCB设计技术

3.8本章小结

第四章调试与功能验证

4.1系统硬件调试

4.2系统模块验证

4.2.1数据接收模块验证

4.2.2定浮点转换验证

4.2.3共享总线DMA模块验证

4.2.4高速链路口模块验证

4.2.5 USB数据传输测试

4.3系统整体测试

4.4本章小结

第五章多通道并行中频模块设计

5.1具体项目需求

5.2中频模块选型

5.3中频电路设计

5.3.1 AD6654简介

5.3.2参数的选择与配置

5.3.3端口电路设计

5.4完整系统方案

5.5本章小结

第六章 DDC的FPGA实现

6.1 DDC的系统结构

6.2 DDC的数学模型

6.2.1实信号的正交分解

6.2.2数控振荡器NCO

6.2.3 CIC滤波器模型

6.2.4 HB滤波器模型

6.3 DDC的MATLAB方案验证

6.4 DDC的FPGA实现

6.4.1 FPGA的DSP硬核资源

6.4.2 FPGA算法实现的新方法

6.4.3 DDC的硬件设计与仿真

6.4.4代码生成与综合

6.5本章小结

全文总结

致谢

参考文献

作者攻硕期间取得的研究成果

附录