软件锁相环研究与接收机的设计

论文摘要

水声信号处理中,由于声纳与目标间的相对运动会引起信号的频率偏移,为了提高信噪比,得到不同时刻不同频率的被测信号,希望使用窄带滤波器。但是,对于中心频率不断变化的CW脉冲信号,使用常规的硬件窄带滤波器很难实现对其跟踪滤波。锁相环已经成为电子设备中常用的部件之一,广泛应用于通信、航天、测量、电视、电机控制等领域。信号的跟踪滤波技术现已得到学界足够的重视,且已取得了大量研究成果。但国内外的研究大都只针对连续信号展开,对于CW脉冲信号进行锁相跟踪的研究却鲜有见诸于文献。本文从锁相环技术的基本理论出发,利用Matlab软件仿真分析了系统参数对锁相环捕获和跟踪性能的影响:基于DSP平台编程设计了软件锁相环,实现了对CW脉冲信号的锁相跟踪。同时,本文对接收机的硬件电路进行了研究设计。在模拟接收机的设计上,为了获得各通道间良好的相位一致性,充分考虑了滤波器类型、电路布局和元件精密度等方面的问题。并对元件值的计算作了详细的讨论,给出了设计参数。实验表明:本文设计的软件锁相环、接收机硬件电路均性能良好,且互相协调运行情况正常:实现了预定的功能需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 锁相技术简介
• 1.2.1 锁相环的基本概念
• 1.2.2 锁相环的基本特征
• 1.2.3 锁相环的分类
• 1.3 锁相技术的发展状况
• 1.4 论文的主要工作
• 第2章 锁相技术原理
• 2.1 锁相环的构成及工作原理
• 2.1.1 锁相环的构成
• 2.1.2 锁相环的工作原理
• 2.2 锁相环的数学模型
• 2.2.1 鉴相器的数学模型
• 2.2.2 环路滤波器的数学模型
• 2.2.3 压控振荡器的数学模型
• 2.2.4 环路的整体数学模型
• 2.3 软件锁相环原理及模型
• 2.4 环路的捕获带与同步带
• 2.5 本章小结
• 第3章 锁相环的参数设计与仿真分析
• 3.1 锁相环参数的设计
• 3.2 三种典型暂态相位信号的仿真
• 3.2.1 阻尼系数对频率阶跃信号的响应
• 3.2.2 阻尼系数对相位阶跃信号的响应
• 3.2.3 阻尼系数对相位加速度信号的响应
• 3.3 自然谐振频率对锁相性能影响
• 3.4 信噪比对锁相环的性能影响
• 3.5 CW脉冲信号的锁相跟踪仿真
• 3.6 本章小结
• 第4章 锁相环的DSP编程实现
• 4.1 系统硬件结构
• 4.1.1 A/D接口电路
• 4.1.2 DSP器件简介
• 4.2 DSP软件的设计
• 4.2.1 软件流程
• 4.2.2 定点DSP中数的表示方法
• 4.3 性能实验
• 4.4 本章小结
• 第5章 模拟接收机的设计
• 5.1 接收机的结构
• 5.1.1 接收机电路主要技术指标
• 5.2 接收机硬件电路的设计
• 5.2.1 运放器件的选取
• 5.2.2 前端差分放大电路
• 5.2.3 滤波电路的设计
• 5.3 接收机性能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的研究成果
• 致谢
• 附录