飞行器遥测MSD和TPC技术研究与实现

论文摘要

在遥测领域,脉冲编码调制/调频(PCM/FM)是一种广泛应用的遥测体制,并且PCM/FM信号传统解调方式为鉴频解调。然而随着遥测数据速率的不断提高,作用距离不断增大,传统解调方式的门限效应和低功效等问题日益突出。因此,本文针对如何有效提高PCM/FM体制下的遥测系统性能展开研究。论文的主要工作如下:首先,在对PCM/FM遥测系统相关理论进行研究的基础上,针对鉴频解调的不足之处,研究分析了多符号检测(MSD)算法。通过仿真分析,表明经典MSD算法在观测间隔为5个符号时,可以提高PCM/FM遥测系统解调性能约3dB。针对经典MSD算法计算复杂度高,工程实现难度大等问题,提出了一种低复杂度MSD算法。该算法通过利用分段相关来代替整体较长相关,降低了相关运算的长度和数目。研究表明当观测间隔为5时,该算法在性能损失仅为0.1dB的前提下,是基带MSD乘法计算量的10%,加法计算量的14.5%。其次,在对Turbo乘积码(TPC)编译码相关理论深入理解的基础上,对TPC码进行了分析研究。通过仿真分析,表明采用该纠错编码,可以提高PCM/FM遥测系统解调性能约6dB。针对TPC传统Chase译码计算复杂度高的不足,提出了一种联合Chase译码算法。该算法首先利用校验子进行硬判决以决定是否进行后续软译码使代数译码计算量下降约50%,同时提高了译码速度;其次利用次大相关码字代替竞争码字,避免了原始算法中为寻找竞争码字而引入的复杂计算,进一步降低了算法复杂度。随后,将低复杂度MSD和TPC联合Chase译码用于PCM/FM遥测系统,通过仿真分析,表明可以提高系统解调性能约7.7dB。改进算法相结合虽然约有1.8dB性能损失,但计算量大幅下降,实现了性能和复杂度的折中。最后,在理论研究的基础上,基于VHDL语言对低复杂度MSD算法和TPC译码进行了硬件实现。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 多符号检测技术研究现状及发展趋势
• 1.2.2 Turbo乘积码研究现状及发展趋势
• 1.3 论文主要工作及内容安排
• 1.4 论文组织结构
• 第二章 PCM/FM遥测系统理论
• 2.1 引言
• 2.2 遥测系统理论介绍
• 2.2.1 一般遥测系统
• 2.2.2 数字式遥测系统
• 2.3 PCM/FM遥测信号调制原理
• 2.3.1 PCM/FM遥测系统组成
• 2.3.2 PCM/FM信号调制
• 2.4 PCM/FM调制信号非相干解调
• 2.4.1 一阶差分鉴频解调
• 2.4.2 叉积鉴频解调
• 2.5 仿真实验与分析
• 2.5.1 仿真参数选取
• 2.5.2 信号产生及频谱特性
• 2.5.3 鉴频解调误码性能
• 2.6 本章小结
• 第三章 PCM/FM遥测系统多符号检测解调算法
• 3.1 引言
• 3.2 最大似然判决准则
• 3.3 多符号检测算法
• 3.3.1 中频多符号检测算法
• 3.3.2 基带多符号检测算法
• 3.4 低复杂度多符号检测算法
• 3.4.1 算法原理
• 3.4.2 复杂度分析
• 3.5 仿真实验与分析
• 3.5.1 观测间隔对MSD算法性能的影响
• 3.5.2 低复杂度MSD算法解调性能
• 3.5.3 算法改进前后计算复杂度对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 Turbo乘积码编译码原理
• 4.1 引言
• 4.2 Turbo乘积码编码原理
• 4.2.1 Turbo乘积码子码选取
• 4.2.2 Turbo乘积码编码结构
• 4.2.3 Turbo乘积码纠错能力
• 4.3 Turbo乘积码Chase迭代译码算法
• 4.3.1 Chase译码算法
• 4.3.2 SISO迭代译码算法
• 4.4 改进的Chase迭代译码算法
• 4.4.1 节省存储资源的Chase译码
• 4.4.2 简化欧氏距离计算的Chase译码
• 4.4.3 简化外信息计算的Chase译码-1
• 4.4.4 梯度译码
• 4.5 联合Chase译码
• 4.5.1 基于校验子的Chase译码
• 4.5.2 简化外信息计算的Chase译码-2
• 4.5.3 联合Chase译码算法实现
• 4.5.4 算法分析
• 4.6 仿真实验与分析
• 4.6.1 不同参数对Chase译码性能的影响
• 4.6.2 改进的Chase译码算法性能
• 4.6.3 Chase译码应用于PCM/FM信号解调
• 4.7 本章小结
• 第五章 多符号检测与Turbo乘积码技术的硬件实现
• 5.1 引言
• 5.2 MSD和TPC技术在PCM/FM遥测系统中的应用
• 5.2.1 系统框图
• 5.2.2 仿真实验与分析
• 5.3 低复杂度MSD算法硬件实现
• 5.3.1 硬件仿真工具及芯片介绍
• 5.3.2 顶层模块设计
• 5.3.3 生成本地参考信号
• 5.3.4 分段相关
• 5.3.5 相关求和
• 5.3.6 求最大相关及判决输出
• 5.4 TPC译码硬件实现
• 5.4.1 乒乓缓存技术
• 5.4.2 顶层模块设计
• 5.4.3 参数控制模块设计
• 5.4.4 数据输入缓存模块设计
• 5.4.5 SISO迭代译码模块设计
• 5.4.6 FIFO输出缓存模块设计
• 5.4.7 性能指标测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 本文主要工作总结
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果