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基于FPGA的信道化数字接收机研究与实现

作　者: 王海丰
导　师: 吕幼新
学　校: 电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 信道化数字接收机瞬时测频接收机非均匀信道 FPGA FFT
分类号: TN851
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着无线电技术的不断发展和电子对抗程度的愈趋激烈,电子侦察所面临的电磁环境变得越来越复杂。为了能够侦察到更多有效的敌方信息,电子侦察接收机必须具有良好的频率分辨率、多信号同时处理能力、宽的频段覆盖性能等。基于软件无线电思想与技术的信道化数字接收机基本能够达到上述要求,并成为未来电子战接收机的发展趋势之一。本文主要针对能够显著影响信道化数字接收机性能的瞬时测频技术和接收机结构进行了探索性和创新性研究,主要内容为:1.深入研究了基于欠采样技术的瞬时测频接收机结构,采用离散Fourier变换快速算法提取信号的相位和幅度信息,既实现低速率宽频段的无模糊瞬时测频效果,又能够处理多个同时到达信号;2.针对常用的信道化瞬时测频接收机结构,通过改变内嵌瞬时测频功能模块的输入信号,提高了信道化瞬时测频接收机的抽取倍数,从而在一定程度上降低了接收机的总运算量,间接提高了系统的处理速度;3.详细研究频域滤波信道化方法在非均匀信道划分情况下的应用,分析快速Fourier变换算法在实现频域滤波信道化时进行修正的必要性,并给出了重叠相加修正算法的计算步骤及运用于频域滤波的实现结构;4.设计实现一部瞬时输入带宽为500MHz的信道化数字接收机,完成了硬件设计与FPGA软件部分的设计和实现工作;5.通过系统仿真,验证了相关理论和设计实现等研究内容的正确可行性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-13
  1.1 课题背景及研究意义  9-10
  1.2 信道化数字接收机的发展及研究现状  10-11
  1.3 软件无线电简介  11
  1.4 FPGA 在数字接收机中的应用  11-12
  1.5 本文的主要工作  12-13
第二章信道化数字接收机基本理论  13-27
  2.1 信号采样理论  13-14
    2.1.1 Nyquist 采样定理  13-14
    2.1.2 带通采样定理  14
  2.2 常见的数字接收机结构  14-16
    2.2.1 直接变频结构  15
    2.2.2 多次变频结构  15-16
    2.2.3 低IF 结构  16
  2.3 下变频理论  16-19
    2.3.1 实混频下变频  16-17
    2.3.2 复混频下变频  17-18
    2.3.3 带通采样直接下变频  18-19
  2.4 多速率信号处理理论  19-22
    2.4.1 重采样器的特性  19-20
    2.4.2 采样率转换的多相结构  20-22
  2.5 信道化方法理论  22-26
    2.5.1 数字下变频法  22-23
    2.5.2 频域滤波法  23-24
    2.5.3 多相DFT 滤波器组法  24-26
  2.6 小结  26-27
第三章低运算量的数字信道化瞬时测频接收机结构  27-44
  3.1 基于欠采样技术的IFM 接收机技术研究  28-37
    3.1.1 IFM 接收机概述  28-29
    3.1.2 传统模拟IFM 接收机结构及原理  29
    3.1.3 数字IFM 接收机原理  29-30
    3.1.4 基于欠采样的数字IFM 接收机结构  30-31
    3.1.5 基于欠采样的数字IFM 接收机的测频性能  31-33
    3.1.6 基于欠采样的数字IFM 接收机的同达信号处理性能  33-34
    3.1.7 基于欠Nyquist 采样的IFM 接收机实例仿真  34-37
  3.2 数字信道化IFM 接收机结构研究  37-43
    3.2.1 数字信道化IFM 接收机概述  37-38
    3.2.2 低运量的数字信道化IFM 接收机结构  38-39
    3.2.3 数字信道化IFM 接收机的无盲区信道划分方式  39
    3.2.4 数字信道化IFM 接收机的瞬时频率测量和信道判决  39-41
    3.2.5 实例仿真  41-43
  3.3 小结  43-44
第四章频域滤波信道化方法在非均匀信道划分情况下的应用  44-51
  4.1 信道划分概述  44
  4.2 滤波过程的FFT 算法实现  44-47
    4.2.1 直接实现滤波过程的运算量  44-45
    4.2.2 FFT 算法实现滤波过程的运算量  45-46
    4.2.3 直接计算和FFT 法实现滤波过程运算量比较  46-47
  4.3 实现滤波过程的FFT 修正算法：重叠相加法  47-48
  4.4 频域滤波信道化方法结构框图  48
  4.5 设计实例仿真  48-50
  4.6 小结  50-51
第五章基于多相DFT 结构的信道化数字接收机方案设计与仿真  51-58
  5.1 系统实现功能及方案设计  51-53
    5.1.1 系统实现功能  51
    5.1.2 系统方案设计  51-52
    5.1.3 系统仿真输入信号参数  52-53
  5.2 系统仿真及结果分析  53-57
    5.2.1 原型低通FIR 滤波器的设计与仿真  53-54
    5.2.2 输入信号频谱及信道特征仿真  54
    5.2.3 多相DFT 结构信道化接收机输出结果仿真  54-57
  5.3 小结  57-58
第六章基于多相DFT 结构的信道化数字接收机FPGA 实现设计  58-82
  6.1 系统硬件设计  58-61
    6.1.1 硬件系统构成  58
    6.1.2 FPGA 选型及设计  58-59
    6.1.3 ADC 选型及设计  59-60
    6.1.4 电源芯片选型与设计  60-61
  6.2 系统FPGA 软件设计及实现  61-81
    6.2.1 系统FPGA 实现功能及软件设计结构框图  61-62
    6.2.2 32 倍抽取模块实现  62-64
    6.2.3 分相滤波模块实现  64-69
    6.2.4 32 点IFFT 模块实现  69-76
    6.2.5 时钟管理模块  76-78
    6.2.6 系统FPGA 仿真结果及分析  78-81
  6.3 小结  81-82
结束语  82-83
致谢  83-84
参考文献  84-88
攻硕期间取得的研究成果  88-89

基于FPGA的信道化数字接收机研究与实现

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