基于FPGA的极化分集研究

论文摘要

在信号极化衰弱现象严重的环境中对快速飞行目标、低仰角运动目标以及旋转运动目标等进行遥测接收时,极化分集最大比合成技术可以有效的改善接收性能。本文首先研究了各种分集合并技术,并对它们的性能进行了比较。然后介绍了模拟锁相环和数字锁相环技术,并对数字锁相环的稳定性和稳态误差性能进行了分析。由于高速飞行的遥测目标在接收信号中会出现较大的多普勒频率分量,而典型均匀采样二阶数字锁相环DPLL（Digital Phase-Locked Loop）的误差函数具有高通特性,所以本文提出一种利用其高通特性来去除多普勒频率分量的新方法。本文还研究了数字自动增益控制原理。传统的极化分集接收方案是将差模环和共模环相结合完成两路信号的同频同相锁定以及多普勒频率偏移的去除。该结构控制较为复杂,为此结合实际项目要求,在研究了极化分集接收关键技术的基础上,提出了一种改进的极化分集接收机结构,即在鉴频之后利用均匀采样二阶数字锁相环误差传递函数的高通特性去除各种频偏分量。接着给出了系统设计方案,然后对该方案进行了分析论证。在Matlab环境下对分集合并中的差模环特性、最大比合并特性以及均匀采样二阶数字锁相环误差函数高通特性进行了仿真,给出了仿真结果。最后给出了基于FPGA的系统硬件设计,硬件系统设计包括A/D模块设计,D/A模块设计,以及基于FPGA的分集合并模块设计。在QuartusII环境下对分集合并模块中的差模环模块、信号加权合并模块以及均匀采样二阶数字锁相环模块进行了设计和仿真,给出了仿真结果。与传统的极化分集接收机相比,利用本文提出的系统设计方案设计的数字极化分集接收机具有工作更稳定,参数可编程以及便于系统升级等优点,这样就使得在一个硬件平台上实现不同参数分集接收成为可能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.2 国内外极化分集技术发展概况
• 1.2.1 国外极化分集技术发展概况
• 1.2.2 国内极化分集技术发展概况
• 1.3 主要研究内容
• 第2章 分集接收及相关技术
• 2.1 分集技术
• 2.1.1 分集的必要性
• 2.1.2 分集接收的种类
• 2.2 分集合并算法
• 2.2.1 选择合并算法
• 2.2.2 等增益合并算法
• 2.2.3 最大比合并算法
• 2.2.4 三种合并算法的比较
• 2.3 锁相环技术
• 2.3.1 模拟锁相环分析
• 2.3.2 数字锁相环分析
• 2.3.3 典型的二阶数字锁相环
• 2.3.4 数字锁相环的稳定性和稳态误差分析
• 2.4 利用DPLL去除频偏分量
• 2.4.1 系统中的频偏
• 2.4.2 DPLL误差传递函数的高通特性
• 2.5 自动增益控制原理
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统设计方案及论证
• 3.1 系统总体方案
• 3.2 AGC系统设计
• 3.3 差模环设计
• 3.3.1 差模环原理
• 3.3.2 差模环仿真
• 3.4 最大比合并技术
• 3.5 DPLL去除频偏的验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 系统硬件设计方案
• 4.2 A/D采样模块设计
• 4.3 D/A模块设计
• 4.4 FPGA设计
• 4.4.1 芯片简介
• 4.4.2 差模环的FPGA实现
• 4.4.3 信号加权模块的FPGA实现
• 4.4.4 DPLL的FPGA实现
• 4.5 仿真实现结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
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• 哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理
• 致谢