基于FPGA的中频数字相关解扩器研究与工程实现

摘要

本文从工程设计和应用出发,根据某机载设备直接序列扩频(DS-SS)接收机声表面波可编程抽头延迟线(SAW.P.TDL)中频相关解扩电路的指标要求,提出了基于FPGA器件的中频数字相关解扩器的替代设计方案,通过理论分析、软件仿真、数学计算、电路设计等方法和手段,研制出了满足使用环境要求的工程化的中频数字相关器,经过主要性能参数的测试和环境温度验证试验,并在整机上进行了试验和试用,结果表明电路性能指标达到了设计要求。对工程应用中的部分问题进行了初步研究和分析,其中较详细地分析了SAW卷积器、SAW.P.TDL以及中频数字相关器在BPSK直扩信号相关解扩时的频率响应特性。 论文的主要工作在于： (1)根据某机载设备扩频接收机基于SAW.P.TDL的中频解扩电路要求,进行理论分析、电路设计、软件编程,研制基于FPGA器件的中频数字相关器,要求可在扩频接收机中原位替代原SAW相关解扩电路； (2)对中频数字相关器的主要性能参数进行测试,进行了必要的高低温等环境试验,确定电路是否达到设计指标和是否满足高低温等环境条件要求； (3)将基于FPGA的中频数字相关器装入扩频接收机,与原SAW.P.TDL中频解扩电路置换,确定与接收机的电磁兼容性、与中放电路的匹配和适应性,测试整个扩频接收机的灵敏度、动态范围、解码概率等指标是否满足接收机模块技术规范要求； (4)将改进后的扩频接收机装入某机载设备,测试与接收机相关的性能参数,整机进行高低温等主要环境试验,确定电路变化后的整机设备各项指标是否满足其技术规范要求； (5)通过对基于FPGA的中频数字相关器与SAW.P.TDL的主要性能参数进行对比测试和分析,特别是电路对频率偏移响应特性的对比分析,从而得出初步的结论。

目录

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论文说明：图表目录、缩略词表

声明

第一章 引言

1.1课题来源及论文主要工作

1.2扩频通信的现状、展望与关键技术

1.3软件无线电与数字中频接收机

1.4研究成果与论文安排

第二章 扩频通信系统概述

2.1扩频通信系统概述

2.1.1扩展频谱通信的定义

2.1.2扩频通信的理论基础

2.1.3扩频通信的工作方式

2.1.4扩频通信的主要性能指标

2.2直接序列扩频基本原理

2.2.1直扩系统的组成与原理

2.2.2直扩通信系统的主要性能

2.3扩频通信系统扩频码

2.3.1扩频码序列基本特性

2.3.2 m序列基本特性

2.3.3 M序列基本特性

2.3.4 M序列与m序列的相关性能比较

2.4相关解扩的数学原理

第三章 中频相关解扩电路硬件设计

3.1本课题扩频通信系统简介

3.2中频相关解扩输入输出要求

3.3中频数字相关器方案设计

3.3.1中频解扩电路实现机理

3.3.2中频解扩硬件电路方案

3.4中频采样电路设计

3.4.1采样速率的要求和确定

3.4.2 A/D采样电路原理

3.4.3 A/D电路性能指标分析

3.5 AD9054采样电路设计

3.5.1 A/D采样电路设计思路

3.5.2 AD9054器件主要性能

3.6 XC4085相关器电路设计

3.6.1 FPGA数字相关器设计思路

3.6.2 XC4085器件主要性能

第四章 中频相关解扩电路软件设计

4.1相关器逻辑电路设计

4.2相关器本地码电路设计

4.3相关处理单元电路设计

4.4相关器门限电路设计

4.5相关解扩电路软件仿真

第五章 中频相关解扩电路性能测试

5.1相关解扩器完成情况

5.1.1相关器主要技术指标要求

5.1.2相关器PCB电路设计和装调

5.1.3相关器在接收机中的电路置换

5.2相关解扩器主要功能测试

5.3相关解扩动态范围测试

5.4相关解扩频率容差测试

5.5相关解扩调制码速率测试

5.6相关解扩器在整机上验证

第六章 频率响应特性分析

6.1频率响应特性模拟计算

6.2频率响应特性验证试验

6.2.1 SAW卷积器频率响应特性

6.2.2 SAW抽头延迟线频率响应特性

6.2.3数字相关器频率响应特性

6.3频率响应特性数据分析

6.3.1试验对象和试验数据

6.3.2数据分析和试验结论

第七章 结束语

致谢

参考文献

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