定位通信系统中后端信号处理的硬软件设计与实现

论文摘要

随着DSP（数字信号处理器）和FPGA（现场可编程门阵列）技术的快速发展,DSP+FPGA的数字硬件系统在雷达信号处理中得到广泛的应用。DSP+FPGA系统兼顾速度和灵活性,既满足底层信号处理要求,又满足高层信号处理要求。其最大的优点是结构灵活,有较强的通用性,适合于模块化设计,从而能够提高算法效率;同时由于其开发周期较短,系统容易维护和扩展,比较适合实时信号处理。本课题以定位通信系统为背景。该系统由主站机和用户机组成,定位主要是获得用户机的距离和方位角信息,采用单脉冲测角的工作原理来解算出用户机的方位数据;利用发射脉冲和接收脉冲的时间延迟完成用户机的距离测量。而通过测量用户机应答脉冲和路的中频信号幅度与相位,完成通信信息数据的提取。系统要求主站机中的信号处理组件在定位时能解算出用户机的距离以及方位信息,并且通过RS-422串口实时上报给数据处理组件;而在通信时能将用户机应答的通信数据实时上报给数据处理组件。本人负责后端信号处理的设计与实现,完成的主要工作有以下几个方面:1.完成了定位通信系统主站机的信号处理组件的方案设计,选择了A/D（LTC2299）+FPGA（EP2S60）+FPGA（EP2C5）+DSP（ADSP-BF533）的实现方式。2.根据课题的具体要求,采用Caption CIS 10.0和PowerPCB6.0完成原理图的设计和PCB板图的绘制。3.根据项目的设计要求,完成了接口FPGA的软件编程,实现了模块的时序转换和信号控制。4.根据单脉冲二次雷达的和差比幅测角原理,利用MATLAB对接收到的定位数据进行了分析,并完成了BF533的DSP程序设计,实现了一定精度的测角和对通信帧的处理。5.完成了系统调试,实现了对用户机的定位与通信,并通过外场实验考察了中等复杂地形环境中的定位精度和通信误码率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 1.1 课题应用背景
• 1.2 定位通信技术介绍
• 1.3 论文的内容安排
• 第二章 信号处理组件的方案论证与硬件电路设计
• 2.1 信号处理组件的方案论证
• 2.1.1 信号处理组件的主要接口
• 2.1.2 信号处理组件的方案设计
• 2.2 单元电路器件的选择
• 2.2.1 A/D转换芯片的选择
• 2.2.2 信号处理FPGA的选择
• 2.2.3 接口FPGA的选择
• 2.2.4 DSP处理器的选择
• 2.2.5 存储器的选择
• 2.2.6 辅助模块的选择
• 2.2.7 电源模块的选择
• 2.3 信号处理组件的硬件电路设计
• 2.3.1 A/D电路设计
• 2.3.2 FPGA电路设计
• 2.3.3 DSP电路设计
• 2.4 电路板的设计
• 2.4.1 信号完整性问题
• 2.4.2 电路设计的布局布线
• 2.5 本章小结
• 第三章 后端信号处理模块的软件设计
• 3.1 DSP程序开发
• 3.1.1 DSP汇编程序的编写
• 3.1.2 DSP链接文件的编写
• 3.1.3 BF533程序设计
• 3.1.4 测角方案论证
• 3.2 FLASH编程
• 3.3 FPGA时序编程
• 3.3.1 地址译码模块
• 3.3.2 通道选择模块
• 3.3.3 波形产生模块
• 3.3.4 距离解算模块
• 3.3.5 方位解算模块
• 3.3.6 门限设定模块
• 3.4 本章小结
• 第四章 后端信号处理的调试
• 4.1 室内联调
• 4.2 外场实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果
• 附录 信号处理组件电路板实物照片