机载航空电台的中频模块设计及硬件实现

论文摘要

现代军用通信中信息传输的准确性、及时性和保密性常常是决定一场战争胜败的关键,跳扩频技术运用于保密军事通信经过近几十年的发展,其基本的理论尽管没有太大的改变但由于大规模集成电路的飞速发展,出现了大量的高速数字信号处理器件,使得扩频技术大量应用于军用、民用通信中。同时软件无线电理论的提出使得跳扩频技术在基于软件无线电的理论构架上继续发展。本文主要讨论的是在软件无线电的构架下跳扩频电台的多种调制解调、语音编解码、数字化滤波理论和实现。作者的主要贡献和创新如下:根据实际通信环境中突发干扰或人为干扰强的特点,选择了连续可变斜率编码调制（CVSD）语音编码作为实际抗干扰通信方式下的编码方式。在实际设计和实现语音编码过程中,为了对硬件编程有好的指导作用以及得到较好的编码参数,首先用MATLAB对语音编码进行了仿真,通过仿真验证了算法,同时获得的参数为实际的硬件实现提供了一定的参考价值,也为实际调试提供了方向性的指导。完成了模拟调制解调基于软件无线电思想和架构的中频全数字化实现方案的具体MCU+DSP实现。提出了模拟调制解调与数字调制解调融合的单片实现思路和方案以及多种工作状态下的DSP程序重配置实现,并在以DSP为核心的硬件平台上实现了该软件无线电台的中频模块。分析完成了数字基带处理中多种重要模块算法及有限冲激响应（FIR）低通滤波等相关应用模块的详细设计过程和硬件平台实现结果。整个的设计过程都是在软件无线电思想指导下设计和完成的。在这个过程中作者主要注意了软件无线电思想中的模块化和可升级性设计。从模块化设计角度出发我们整个程序作为一个模块仅给出几个输入和输出数据接口,这样就可以简单的调用本模块而不考虑模块内部的实现。从可升级性考虑主要是考虑业务的扩展和提高,业务的扩展主要是指横向的增加,比如增加其它的编码解码方式;业务的提高主要是指更高级的功能加入,这主要需要考虑硬件需要保留一定的升级空间来适应新的业务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 软件无线电的概念
• 1.2 软件无线电的基本结构
• 1.3 软件无线电的发展状况
• 1.4 课题的研究背景和主要内容
• 第二章 软件无线电的理论基础
• 2.1 带通采样定理
• 2.2 多速率信号处理
• 2.2.1 样本速率转换原理
• 2.2.2 整数倍抽取
• 2.2.3 整数倍内插
• 2.3 软件无线电中的高效数字滤波
• 2.4 软件无线电中的正交理论
• 第三章 基带信号处理的数学分析
• 3.1 调制解调概述
• 3.2 带载波的双边带调幅（DSB-TC）
• 3.3 调频（FM）
• 3.4 最小频移键控（MSK）
• 3.5 相位键控（PSK）
• 3.6 DS+BPSK 调制解调
• 第四章 中频模块系统总体方案的实现
• 4.1 常规DSP 调制解调功能单元划分及说明
• 4.1.1 主收中频单元
• 4.1.2 救生中频单元
• 4.2 跳扩DSP 调制解调功能单元划分及说明
• 4.2.1 跳扩发射单元
• 4.2.2 跳扩解调单元
• 4.3 算法数学模型说明
• 4.3.1 常规AM 解调数学模型
• 4.3.2 常规FM 解调数学模型
• 4.3.3 AM、FM 调制数学模型
• 第五章 中频模块系统的若干技术的实现
• 5.1 CVSD 音频编码
• 5.1.1 CVSD 音频编码理论
• 5.1.2 CVSD 音频编码算法
• 5.1.3 CVSD 音频编码MATLAB 仿真
• 5.1.4 CVSD 音频编码DSP 算法程序实现
• 5.1.5 CVSD 音频采样及恢复的硬件实现
• 5.2 滤波器技术的设计
• 5.2.1 一般形式的FIR 滤波器
• 5.2.2 FIR 滤波器的MATLAB 仿真
• 5.2.3 FIR 滤波器的DSP 实现
• 第六章 中频模块硬件平台的实现
• 6.1 系统硬件
• 6.1.1 DSP
• 6.1.2 FPGA
• 6.1.3 MCU
• 6.1.4 CPLD
• 6.2 模数转换器（A/D）
• 6.2.1 转换灵敏度
• 6.2.2 信噪比（SNR）与有效位数
• 6.2.3 孔径误差
• 6.2.4 无杂散动态（SFDR）
• 6.2.5 ADC 的其他性能参数
• 6.2.6 模数转换器的确定
• 6.3 硬件的EMC 设计
• 6.3.1 PCB 设计的基本原则
• 6.3.2 PCB 设计的EMC 抑制对策
• 6.3.3 PCB 设计的EMC 故障诊断
• 6.4 硬件测试平台及实验效果
• 6.4.1 硬件测试平台
• 6.4.2 测试效果
• 6.4.2.1 AM 测试
• 6.4.2.2 FM 测试
• 6.4.2.3 DS 测试
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历