论文摘要
本文以扩频测控为背景,主要研究大多普勒频移下的载波同步问题。在高动态环境中,由于飞行器与地面站之间存在较大的径向速度,使地面站接收信号载波产生较大的多普勒频移,高达几十kHz甚至上百kHz。载波同步和码同步是扩频接收机的关键技术,是正确解调数据信息的前提。但大的载波多普勒频移使用于码同步检测的相关峰值大大减小以至于接收机难以检测到同步码,并使锁相环路难以实现对载波的捕获和跟踪,严重影响了接收机的数据解调。本文主要讨论在大的载波多普勒频移条件下载波的同步技术,并对传统的扩频接收机中码捕获模块和载波同步模块提出改进措施,设计了高动态环境下载波同步的整体方案。整个载波同步过程分为三个阶段,第一个阶段实现对扩频信号的快速捕获,在捕获到码相位的同时使环路的残留频差不影响码跟踪环的正常工作,即为载波频率的粗捕阶段;第二个阶段进一步降低环路的残留频差,使锁相环路得以快速锁定,即为载波频率的细捕阶段;第三个阶段为锁相环的跟踪阶段。对于载波频率的粗捕,本文先研究了一种基于FFT的部分相关的扩频信号快捕法,并在此基础上利用匹配滤波器的快速相关能力,提出一种基于FFT的分段匹配滤波相关的改进算法,提高了捕获速度,减少了捕获时间。同时还分析了FFT谱分析的扇贝损失和数据调制的影响,提出了改进措施以增加检测概率。最后引入二次插值对算法作进一步的改进以减小频率估计误差,且计算量并没有较大的增加。对于载波频率的细捕,本文采用将FFT频谱分析技术与锁相环技术相结合的方法,以FFT引导环路实现对载波频率的捕获。考虑到接收信号中调制数据对costas环中鉴相器输出的误差信号信噪比的影响,本文对四种结构的鉴相器进行了性能比较,为环路如何选择合适的支路滤波器提供了依据。最后,在QuartusⅡ软件中对载波细捕环进行了FPGA设计。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题来源1.2 国内外研究动态1.3 本文主要工作第二章 扩频通信的基本理论2.1 扩频通信基本原理2.1.1 香农定理2.1.2 扩频通信的主要参数2.2 伪随机序列2.2.1 m序列2.2.2 Gold序列2.3 伪随机序列的部分相关函数2.4 匹配滤波器同步捕获原理2.5 本章小结第三章 高动态扩频信号的快速捕获3.1 高动态环境对伪码同步的影响3.2 基于FFT的部分相关快捕法3.2.1 FFT频谱分析技术3.2.2 基于FFT的部分相关快捕法原理3.2.3 搜索时间分析3.3 基于FFT的分段匹配滤波快捕法3.3.1 多普勒频移对匹配滤波器长度的影响3.3.2 SMF-FFT的原理3.3.3 SMF-FFT捕获结构的幅频响应3.4 数据调制的影响及其改善3.5 二次内插法减小频率估计误差3.6 本章小结第四章 FFT辅助科斯塔斯环的频率捕获技术4.1 抑制载波跟踪环4.1.1 平方环4.1.2 科斯塔斯环4.2 FFT辅助costas环的频率捕获算法4.2.1 辅助频率捕获方法的选择4.2.2 算法原理4.2.3 接收信号的数学模型4.3 积分结构的鉴相器4.3.1 全比特积分鉴相器4.3.2 半比特积分鉴相器4.3.3 交错比特积分鉴相器4.3.4 性能比较4.4 单极点低通支路滤波鉴相器4.5 本章小结第五章 总体方案及硬件设计5.1 总体方案设计5.2 仿真软件介绍5.2.1 FPGA开发软件Quartus Ⅱ5.2.2 Verilog HDL5.2.3 DSP芯片5.3 载波细捕环的实现5.3.1 TMS32OC6731实现FFT算法5.3.2 costas环的FPGA设计5.4 仿真实验5.5 本章小结第六章 总结与展望致谢参考文献攻读硕士期间的研究成果
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