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卫星通信网中频信号频谱监测设备开发

2020-12-14阅读(432)

卫星通信网中频信号频谱监测设备开发

论文摘要

卫星通信网是目前我国民航通信领域作为备份及应急通信领域的主要网络之一,其中民航空管部门已建立并投入使用了C波段与KU波段两套卫星通信网。在网络日常运维过程中,由于频谱分析仪等监测设备采购成本高、对监测人员专业及操作技能要求高,并且大多数设备不具备自动化监测功能,因此我国目前大多数卫星地面站对卫星通信链路的监测手段比较欠缺,特别是缺乏对中频信号的监测方案及设备。开发具备低成本、自动化监测和灵活扩展功能的卫星通信网中频信号频谱监测设备,是目前民航空管部门的迫切需求之一。论文针对民航空管卫星通信网的特点,在研究分析现有频谱监测技术的基础上,提出了基于超外差扫描技术的改进监测技术方案,该方案与传统的超外差扫描技术相比,所作的改进包括：利用DDS技术代替VCO以提高信号扫频速度；采用低采样速率的ADC及欠采样技术降低硬件成本；利用声表滤波器降低滤波延时以提高采样速度；以及利用FPGA器件提高硬件器件的可编程性。这些技术改进可有效提高超外差扫描技术的扫描速度、刷新频率和信号平坦度,同时可降低产品开发成本增强功能可扩展性。论文进行了硬件开发和软件驱动开发两方面工作,完成了设备软硬件平台的开发。针对设备使用过程中的扩展功能,特别是干扰分析等功能做了初步理论研究,并提出了针对民航空管卫星通信网的干扰分析方案,以指导后续开发工作。硬件开发部分是论文的主要工作,该部分设计完成了一套完整的频谱监测硬件平台,涵盖前端模拟信号处理、DDS信号发生、欠采样ADC应用与FPGA数字信号处理等,并提供了测试验证接口是后期工作的技术基础。最后,通过信号源、频谱仪及硬件内嵌逻辑分析单元,进行了DDS、前端模拟信号、声表波滤波特性及欠采样技术等功能的测试,并针对信号平坦度、信号增益、采样信噪比等特性进行了测试及评估计算,测试结果验证了所设计的频谱监测技术方案的合理性和正确性,并证明了所开发的频谱监测设备平台的满足设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 论文背景
  • 1.2 研究现状
  • 1.2.1 超外差技术应用现状
  • 1.2.2 信号监测技术现状
  • 1.2.3 干扰分析技术现状
  • 1.2.4 现有频谱检测设备应用于需求的技术现状
  • 1.3 本文意义及主要研究内容
  • 1.4 论文结构
  • 第二章 频谱监测技术方案原理设计
  • 2.1 频谱分析的理论原理
  • 2.2 常见频谱分析技术研究
  • 2.2.1 即时型频谱分析技术
  • 2.2.2 滤波调谐扫频式分析技术
  • 2.2.3 扫描式频谱分析技术
  • 2.2.4 基于超外差扫描技术的数字中频频谱分析技术
  • 2.2.5 常见频谱分析技术比较
  • 2.3 基于超外差扫描技术的中频频谱监测改进技术方案
  • 2.3.1 合理的信号频点和滤波器选择
  • 2.3.2 AD欠采样技术的应用
  • 2.3.3 FFT数字算法技术的应用
  • 2.3.4 窗函数技术的应用
  • 2.4 常见的干扰源及分析方案
  • 2.4.1 干扰的原理和分类
  • 2.4.2 干扰信号的监测技术
  • 2.4.3 常规的干扰监测构成
  • 2.4.4 卫星地面站常见的地面无线电干扰研究
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 频谱监测电路硬件设计
  • 3.1 硬件平台总体设计
  • 3.2 输入衰减器电路设计
  • 3.3 下混频器电路设计
  • 3.4 声表面波带通滤波器电路设计
  • 3.5 DDS电路设计
  • 3.6 AD转换器电路设计
  • 3.7 FPGA电路设计
  • 3.8 FPGA内嵌处理器电路设计
  • 3.9 液晶屏与触摸屏电路设计
  • 3.10 电源供电电路设计
  • 3.11 硬件电路PCB设计
  • 3.12 本章小结
  • 第四章 频谱监测电路软件设计
  • 4.1 软件总体设计
  • 4.2 利用HDL语言编写的芯片驱动软件设计
  • 4.2.1 DDS控制设计方案
  • 4.2.2 AGC配置设计方案
  • 4.2.3 ADC采集设计方案
  • 4.3 NIOS II处理器外围软件设计
  • 4.3.1 锁相环模块的软件设计
  • 4.3.2 AD采样控制器的软件设计
  • 4.3.3 数据存储FIFO的软件设计
  • 4.4 FFT运算单元IP Core的软件设计
  • 4.5 NIOS微处理器系统的软件设计
  • 4.5.1 液晶界面刷新程序设计方案
  • 4.5.2 触摸屏中断程序设计方案
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 频谱监测电路测试与分析
  • 5.1 前端采集电路调试
  • 5.1.1 DDS性能测试
  • 5.1.2 前端滤波器性能仿真
  • 5.1.3 混频滤波性能测试
  • 5.2 声表滤波及信噪比分析测试
  • 5.3 欠采样功能测试
  • 5.4 本章小结
  • 第六章 论文总结
  • 6.1 全文总结
  • 6.2 下一步工作
  • 参考文献
  • 附件 部分HDL及C测试验证程序
  • 致谢
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

    • 相关论文文献

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