抗干扰机载超短波通信系统研究与设计

摘要

目前我国航空系统使用的机载超短波通信系统仍处于模拟时代。一方面，通信仅在单一的频率点上进行，这样的通信频谱过于明显，信息易于被捕捉、跟踪、窃听和干扰；另一方面，飞机与地面几乎没有任何数据交换，使地面无法及时获取飞机的各种状态参数、以及空中的即时信息。这些使决策者不能得到准确、未被窃听、未被干扰的空中信息，从而可能造成无法估量的损失。 为了加强机载通信的保密特性、抗干扰特性，本文基于扩频通信理论中的全部三种通信技术(直接扩频、跳频、扩频加跳频)；并采用大量软件方法设计数字化的机载超短波通信系统，以推动国产机载超短波通信向着数字化、抗干扰、智能性、高可靠方向发展；同时也展示了软件工程在无线电通信领域的作用越来越显著。 论文首先综述了国际上机载超短波通信系统的发展现状，并提出了本文设计系统预定的性能指标；对抗干扰扩频通信理论中的直接扩频、跳频、扩频加跳频三种技术进行了详细的分析和对比，最终决定采用三种方式的组合来设计系统，以提高系统的抗干扰能力。 根据提出的性能指标和扩频通信的理论方法，将系统功能分解到模块级，然后利用先进的数字化微处理器、DSP以及大规模可编程逻辑器件来设计和实现各模块的功能，与现有模拟化相比提高了系统的精度、抗干扰能力并减少系统功耗。 根据系统功能分解和模块功能划分，论文利用软件工程的知识阐述了系统软件模块的部署情况。为更好的表达与沟通，在系统的软件描述中大量运用了统一建模语言UML和流程图的方式，UML是一种定义良好、易于表达的新的方法和技术，这些顶层原始文件提高了系统软件的可升级性、可维护性。采用了面向对象的分析与设计技术。在软件的具体实现上，由于硬件电路的特点，主要采用C和汇编语言进行编程，在构造软件模块时充分将高聚合、低偶合、高复用的原则运用到本系统中。 针对本系统大量采用单片机串行通信的特点，论文提出了用数字示波器与EXCEL、VBA结合对串行通信进行调试的新方法，从而提高了系统具体实现时的软件调试效率；针对本系统功能复杂的特点，为提高整个系统的全面测试效率，最后论文设计了一个用计算机、TTL卡、IEEE488卡、RS-232串口实现的自动测试系统。 数字化抗干扰机载超短波通信系统的研制结束了机载通信系统的模拟时代，达到了国外机载超短波通信系统的21世纪的同期水平，填补了中国机载超短波通信系统的空白。具有巨大的经济价值和战略意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1机载短波通信系统的概念及其发展现状

1.2抗干扰机载超短波通信系统的研究意义

1.3本文的主要研究内容及论文结构

第二章抗干扰机载超短波通信系统的基本原理

2.1基于扩频抗干扰原理

2.2直扩系统原理

2.3跳频系统原理

2.4扩频/扩跳系统原理

第三章抗干扰机载超短波通信系统的原理与系统设计

3.1系统功能分析

3.2抗干扰机载超短波通信系统的结构设计

3.3控制盒的构成和功能概述

3.4前面板单元(A1)的构成和功能概述

3.5频率合成器单元(A6)的构成和功能概述

3.6接收机单元(A5)的构成和功能概述

3.7发射机单元(A7)的构成和功能概述

3.8中频数字化单元(A4)的构成和功能概述

3.9扩频单元(A3)的构成和功能概述

3.10纯跳频单元(A2)的构成和功能概述

第四章抗干扰机载超短波通信系统的硬件系统设计

4.1微控制单元(MCU)

4.2数字信号处理器(DSP)

4.3现场可编程门阵列(FPGA)

4.4复杂可编程逻辑器件(EPLD)

4.5模数变换(A/D)

4.6直接数字合成器(DDS)

4.7滤波器

4.8数字电位器

第五章 抗干扰机载超短波通信系统的软件系统设计

5.1系统软件部署图

5.2控制盒和收发信机的通信协议

5.3主控单元和其它单元的通信协议

5.4控制盒的用例图和程序流程

5.5主控单元的用例图和程序流程

5.6 A2单元的用例图和程序流程

5.7 A3单元的用例图和程序流程

5.8 A4单元的用例图和程序流程

5.9 A5单元的用例图和程序流程

5.10 A6单元的用例图和程序流程

5.11 A7单元的用例图和程序流程

附图

第六章 抗干扰机载超短波通信系统的调试及测试

6.1串行通信的数据测试

6.2自动测试站

第七章结论

参考文献

攻读学位期间参加的研究开发工作

致谢