跳频接收机同步技术的研究与实现

论文摘要

相对于固定频率通信系统,跳频系统的工作频带加宽,抗干扰能力和抗截获能力增强,具有码分多址和频带共享的组网通信能力。跳频系统是瞬时窄带系统,易于与目前的窄带通信系统兼容。本文设计了一种全数字高效的跳频同步系统,详细介绍了其基于FPGA硬件平台的实现方案。为此,本文介绍了跳频通信系统的相关理论,包括工作原理、系统组成及其关键技术。设计了基于m序列的跳频序列,提出了待设计跳频通信系统的相关指标,给出了系统的整体实现方案。针对几种主要的干扰信号,分析了跳频系统的抗干扰能力。重点介绍了跳频系统同步实现方法,包括外同步法和自同步法。并对它们的性能进行了分析比较。针对跳频同步的实际设计,本文在基于Altera公司Stratix II系列FPGA的硬件开发平台基础之上,给出了基于Verilog HDL语言的跳频通信系统的软件实现方案,包括总体设计方案以及具体的实现细节。主要包括调制解调逻辑设计和跳频图案同步设计;调制逻辑设计采用了直接数字频率合成技术;解调逻辑设计采用了非相干差分解调方式;捕获采用了快速出局捕获方法,跟踪设计采用了计数跟踪的方法;经过现场调试和实验分析,系统的设计达到了预期的效果,在短时间内达到精确同步。该方案具有抗干扰能力强,捕获时间短,结构简单等优点,在跳频通信中具有广泛的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外在该方向的研究现状
• 1.2.1 跳频通信在军事通信中的应用与发展
• 1.2.2 跳频通信在民用通信中的应用与发展
• 1.3 跳频通信的研究热点和发展趋势
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 跳频通信系统的研究
• 2.1 跳频通信系统概述
• 2.1.1 跳频通信理论基础
• 2.1.2 跳频通信系统物理概念
• 2.1.3 跳频系统的工作过程
• 2.2 跳频系统关键技术研究
• 2.2.1 跳频序列设计技术
• 2.2.2 频率合成技术
• 2.3 跳频系统抗干扰能力
• 2.3.1 抗广义平稳干扰的能力
• 2.3.2 抗多径干扰的能力
• 2.3.3 抗多址干扰的能力
• 2.4 系统技术指标
• 2.5 本章小结
• 第3章 跳频系统同步实现方法
• 3.1 跳频通信中的主要同步方法及其特点
• 3.1.1 外同步法
• 3.1.2 自同步法
• 3.2 系统同步方案选择
• 3.3 跟踪实现方法
• 3.3.1 延迟锁定跟踪环路
• 3.3.2 多个频率合成器的同步跟踪回路
• 3.3.3 FH信号的跟踪环
• 3.4 门限判决部分的设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 跳频通信系统的软件设计及硬件实现
• 4.1 跳频通信系统的软件总体设计方案
• 4.2 发射子系统的软件实现
• 4.2.1 系统时钟发生器
• 4.2.2 跳频时钟发生器的实现
• 4.2.3 跳频码发生器
• 4.2.4 FSK调制器的原理和软件实现
• 4.3 接收子系统的软件实现
• 4.3.1 混频模块的设计和软件实现
• 4.3.2 积分器实现低通滤波模块
• 4.3.3 求模运算
• 4.3.4 数据码元积分器的设计和软件实现
• 4.3.5 捕获模块实现
• 4.3.6 跟踪模块实现
• 4.3.7 NCO调整系统时钟
• 4.3.8 解调模块的设计和软件实现
• 4.4 通信系统硬件平台
• 4.4.1 可编程逻辑器件
• 4.4.2 硬件平台外部时钟
• 4.5 FPGA电路
• 4.5.1 FPGA芯片的主要参数
• 4.5.2 FPGA的供电电路
• 4.5.3 FPGA的I/O管脚分配
• 4.5.4 FPGA的配置
• 4.6 硬件调试与试验
• 4.6.1 FPGA芯片的调试
• 4.7 系统下载调试结果分析
• 4.8 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢