卫星侧音测距技术的研究与实现

论文摘要

本课题主要完成了卫星侧音测距系统中两个方面的研究工作。首先对测距音发送端进行了研究,给出了调制信号产生交叉调制的原因并进行了分析,并对测距系统的载波与侧距音同步问题做了一些研究,着重对接收端的锁相环精确跟踪与频偏估计进行了仿真,提出的载波频偏估计及预处理方案,最大优点是可以把大的频偏减小在一定的范围内。实现了Costas环的数字化设计,重点阐述了环路中重要参数的设计,并通过仿真实验给出了环路等效噪声带宽,相位与频率控制系数、捕获时间,抗噪性能之间的关系。进而介绍了国际上不同测距标准的内容,并且针对目前侧音发送系统发送端无法兼容多种标准的问题,提出了一种测距音发送系统,其具有可视控制界面,并且通过标准的串口线实时通信,由主机终端设置参数,兼容多种测距标准。并且完成了控制界面的开发工作,进而在FPGA芯片上实现了硬件设计,实现并验证了可控测距系统的各个功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究状况与发展趋势
• 1.3 本文研究的主要问题
• 1.4 各章节安排
• 第二章 侧音测距基本原理分析
• 2.1 概述
• 2.2 侧音测距理论
• 2.2.1 原理与侧音产生
• 2.2.2 折叠测距音的形成
• 2.2.3 解模糊与相位跟踪
• 2.2.4 相位匹配算法
• 2.2.5 原侧音相位的恢复算法
• 2.2.6 相位跟踪
• 2.3 侧音测距系统构成
• 2.3.1 系统硬件工作过程
• 2.3.2 系统实现关键技术点
• 2.4 小结
• 第三章 系统关键技术的研究及仿真
• 3.1 侧音测距系统的仿真概述
• 3.2 侧距音载波调制解调仿真与分析
• 3.2.1 侧距音信号调制研究与分析
• 3.2.2 侧距音信号解调研究与分析
• 3.3 测距系统载波同步技术的仿真与研究
• 3.3.1 FFT 频偏估计算法与仿真分析
• 3.3.2 锁相环的基本工作原理
• 3.3.3 数字Costas 锁相环原理
• 3.3.4 Costas 环参数设计与仿真
• 3.4 小结
• 第四章 侧音测距系统多体制信号发送控制
• 4.1 侧音测距系统发送信号体制
• 4.1.1 测距音生成算法
• 4.1.2 ESA 测距标准
• 4.1.3 ESA-like 以及USB 测距标准
• 4.2 侧音测距系统发送控制模块研究与设计
• 4.2.1 测距音发送控制概述
• 4.2.2 测距音发送控制模块结构介绍
• 4.2.3 测距控制界面设计
• 4.2.4 测距控制界面控制流程
• 4.2.5 测距控制字算法
• 4.3 小结
• 第五章 测距系统发送端控制硬件实现
• 5.1 硬件设计平台
• 5.1.1 硬件平台概述
• 5.1.2 硬件电路具体模块及实物图
• 5.2 硬件关键模块设计与研究
• 5.2.1 硬件关键模块介绍
• 5.2.2 系统运行硬件测试结果
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果