扩频无线电救援系统发射机设计与实现

论文摘要

无线电救援系统作为遇险时获得及时有效救助的重要手段,已经得到了世界各国的广泛关注。世界上各主要发达国家均已研制出自己的救援无线电系统,而我国虽然也开展了应急无线电示位标的研究工作,但一直没有成熟的产品,同类产品还依赖进口。本课题主要研究无线电救援系统发射机的设计与实现。鉴于扩频通信在频谱利用率、通信的保密性、以及通信抗干扰等方面的优良性能,方案采用扩频技术。本方案以DSP作为控制核心,采用直接数字频率合成(DDS)技术设计并实现了一种结构简单、性能良好的发射机。该发射机具有输出频率准确、频率稳定度高、频率分辨率高、频率转换速度快、杂散抑制良好等特点。本文的主要研究内容如下：首先,介绍了扩频无线电救援系统发射机的基础理论。涉及GPS原理、扩频通信技术、伪随机码理论、卷积码理论、锁相环技术、直接数字频率合成技术等基础理论及关键技术,为后续的设计提供理论基础及设计依据。其次,根据系统的技术指标要求,提出了发射机总体方案。针对各个功能模块的划分,对发射机进行了相应的硬件与软件设计,并对每一功能模块给出了具体的实现方法。发射机的硬件部分包括DSP控制电路、GPS与DSP接口电路、DDS电路、时钟电路、滤波电路、功率放大电路。给出了每部分电路实现的具体电路图。相应的,在软件设计中,介绍了软件总体流程以及各模块的实现方法。软件部分包括DSP和CPLD两部分：在DSP部分中,介绍了GPS的输出数据格式、异步通信模块、时钟信号及BPSK波形信号的软件设计等,在CPLD部分中,介绍了分频模块、伪码产生及数据码合成模块以及毛刺信号的处理等内容。最后,结合电路板的设计原则,设计制作了电路板,并对发射机的输出波形进行了测试,验证了设计方案具有可行性。测试结果表明,本文提出的扩频无线电救援系统发射机的设计方案充分结合硬件、软件的优势,可以满足设计要求,并实现预期功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 扩频无线电救援系统发射机的理论基础
• 2.1 GPS原理
• 2.1.1 GPS的组成与工作原理
• 2.1.2 GPS的信号结构
• 2.2 扩频通信技术
• 2.2.1 直扩系统的组成及结构
• 2.2.2 直扩系统的抗干扰指标
• 2.3 伪随机码理论
• 2.3.1 m序列的结构及产生方法
• 2.3.2 Gold序列的特性及产生方法
• 2.4 卷积码理论
• 2.5 锁相环技术
• 2.5.1 锁相环的结构与原理
• 2.5.2 锁相环的基本特性
• 2.6 直接数字频率合成技术
• 2.6.1 DDS的原理与结构
• 2.6.2 DDS的基本特点及应用
• 2.7 本章小结
• 第3章 扩频无线电救援系统发射机的硬件设计
• 3.1 发射机的技术指标与总体设计方案
• 3.2 DSP控制电路
• 3.2.1 复位电路
• 3.2.2 时钟电路
• 3.2.3 JTAG接口电路
• 3.2.4 其它接口电路
• 3.3 GPS与DSP接口电路
• 3.4 DDS电路
• 3.5 时钟电路
• 3.6 滤波电路
• 3.7 功率放大电路
• 3.8 本章小结
• 第4章 扩频无线电救援系统发射机的软件设计
• 4.1 软件总体设计
• 4.2 系统初始化
• 4.3 异步通信模块软件设计
• 4.3.1 GPS输出数据格式
• 4.3.2 McBSP与MAX3111初始化
• 4.3.3 GPS位置和时间信息提取
• 4.4 卷积编码的软件实现
• 4.5 时钟信号的软件设计
• 4.6 BPSK波形的软件设计
• 4.7 CPLD内部电路的软件设计
• 4.7.1 分频模块的软件设计
• 4.7.2 伪随机码产生及信息码合成模块的软件设计
• 4.7.3 毛刺信号的处理
• 4.8 本章小结
• 第5章 扩频无线电救援系统发射机的调试与测试
• 5.1 电路板设计原则
• 5.1.1 功能分区与元件布局
• 5.1.2 布线原则
• 5.2 DSP系统的调试
• 5.2.1 硬件的调试
• 5.2.2 软件的编程与调试
• 5.4 发射机的波形测试
• 5.5 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科研成果
• 致谢