基于二次调制的超短波航空数据通信系统设计与实现研究

论文摘要

在超短波航空通信中,单纯的话音电台在传输语音信息时不仅效率低下,无法传输较复杂的信息数据,且容易出错。在保留话音通信的同时,超短波航空通信将重点向数据通信系统过渡,以增加地空通信信息容量,扩大通信覆盖率,改善通信的连接性和互通、互操作性能。在技术发展和工程实践中,利用话音通信电台来传输战术数据和航管数据,将原有话音电台的功能进行扩展,使之成为既能作为航空话音通信,又支持数据传输的话/数两用电台,无论在技术上还是实用效果上都将有良好收效。本文从应用分析入手,分析了航空通信的传输模型和信道特征,介绍了影响通信距离的因素和通信质量判决标准,以超短波航空通信数传电台的研制为契机,围绕航空数据通信的有效性、可靠性和实时性,对超短波航空常规话音电台向数据电台改进的关键技术进行了详细的分析。文中给出了数传电台内部的组成、信号流程和接口时序等总体架构,重点介绍了采用“二次调制技术”的MODEM模块和接收发射通道的详细实现方案。同时对MODEM的硬件平台、功能分配、信号处理和软件流程等进行了详尽的介绍和分析,并给出了适应“二次调制技术”的接收机前端、AGC控制、中频滤波器、FM调制和解调器、宽带线性功放、收发开关等的硬件改进方案。文中重点阐述了FM-PSK二次调制与解调技术在信道带宽利用率上的优势,计算了FM-PSK两级信号质量,核算了满足误码率要求的所需射频信号电平。文中围绕FM-PSK二次调制的实现,还分析了纠错编解码的能力,阐述了系统帧格式设计和载波及码元同步方案,明确了接收和发射通道的改进要点,并给出了接收和发射通道详细电路方案。在本课题的研究中,运用了大量的技术分析、理论论证、试验仿真、实验验证、比对测试等手段,对发射功率、收发转换时间、通带内波动、发射和接收时延、话音灵敏度、数传灵敏度、残留误码率等指标进行了详细的测试,最终给出了试验结果和测试结论。在实验室测试和实际外场试飞中,具有较好的数传灵敏度和通信距离,在信号质量较好时具有令人满意的掉包率,完全达到了工程使用对通信距离和通信质量的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题需求背景
• 1.2 国内外发展现状
• 1.3 项目来源及主要工作
• 1.4 本课题的主要目的
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 超短波航空通信技术理论基础
• 2.1 系统组成和技术模型
• 2.1.1 系统组成
• 2.1.2 技术模型
• 2.2 典型应用方式
• 2.2.1 话音指挥通信
• 2.2.2 民用航空数据链
• 2.2.3 军用航空数据链
• 2.3 调制解调技术基础
• 2.3.1 模拟与数字调制
• 2.3.1.1 模拟调制
• 2.3.1.2 数字调制
• 2.3.2 中频与二次调制
• 2.4 话音电台技术原理
• 2.4.1 话音电台基本功能
• 2.4.2 话音电台信号流程
• 第三章 超短波航空数传电台应用分析和总体设计
• 3.1 应用分析
• 3.1.1 航空通信信道特点
• 3.1.1.1 传输模型
• 3.1.1.2 信道特征
• 3.1.2 地空通信距离
• 3.1.2.1 地球曲率影响
• 3.1.2.2 自由空间传播的菲涅尔区
• 3.1.2.3 传输链路电平
• 3.1.3 地空通信质量
• 3.1.3.1 话音通信质量判决
• 3.1.3.2 数据通信质量判决
• 3.2 数传电台工作原理
• 3.2.1 数传电台内部组成
• 3.2.2 数传电台信号流程
• 3.2.3 数传电台接口时序
• 3.3 关键技术途径及指标论证
• 3.3.1 调制体制
• 3.3.1.1 FM-PSK 调制解调
• 3.3.1.2 FM-PSK 信号质量分析
• 3.3.2 纠错编解码
• 3.3.3 系统同步及帧格式
• 3.3.3.1 载波同步
• 3.3.3.2 码元同步和帧同步
• 3.3.3.3 帧格式
• 3.3.4 接收和发射通道
• 3.3.5 信号处理平台
• 第四章 超短波航空数传电台方案实现
• 4.1 MODEM
• 4.1.1 硬件平台
• 4.1.2 功能分配
• 4.1.3 信号处理流程
• 4.1.4 软件工作流程
• 4.2 接收和发射通道
• 4.2.1 接收机灵敏度
• 4.2.2 自动增益控制
• 4.2.3 中频滤波器
• 4.2.4 FM 调制和解调
• 4.2.5 宽带线性功放
• 4.2.6 PIN 管射频开关
• 第五章 超短波航空数传电台实验测试及系统验证
• 5.1 测试仪器
• 5.2 测试内容
• 5.2.1 发射功率
• 5.2.2 电台收/发转换时间
• 5.2.3 通带内波动
• 5.2.4 发射时延
• 5.2.5 接收时延
• 5.2.6 话音灵敏度
• 5.2.7 AGC 响应时间
• 5.2.8 数传灵敏度及大信号残留误码率
• 5.3 测试结果
• 5.4 试飞效果
• 第六章 总结
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果