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基于模式S的ADS-B接收机系统算法研究

作 者: 刘晓斌
导 师: 曹建蜀
学 校: 电子科技大学
专 业: 通信与信息系统
关键词: 模式S ADS-B 报头检测 代码比特提取 置信度位 纠错检错 ISE Modelsim
分类号: TN851
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 176次
引 用: 1次
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内容摘要


基于模式S的广播式自动相关监视系统(ADS-B)是ICAO在新航行系统中所推荐的一种新兴的航行监视技术,是空管监视领域的一项革命性技术。与传统雷达监视技术相比,基于模式S 1090MHz ES数据链路技术的ADS-B系统具有开发、安装费用低、侦测误差小、监视范围广等优势,在航空管理、敌我识别、导航等方面已经得到了广泛的应用。因此,对基于模式S的ADS-B系统技术的研发对我国空管系统的发展有着深远的重大意义。本论文主要介绍了一种基于FPGA+ARM架构的基于模式S 1090MHz ES数据链的ADS-B接收机系统部分。着重介绍了接收机的数字基带处理部分的算法和算法实现。这部分连接ADS-B系统射频模块和后续信息解码(ARM模块)部分,所以这部分在ADS-B系统中有着至关重要的地位。本课题的研究内容包括:1.根据本课题中的ADS-B接收机数字基带处理算法的复杂度及硬件设计要求选择合适的FPGA芯片,和合适的FPGA与ARM接口协议。2.算法软件仿真,并用Verilog硬件语言实现算法。使用ISEModelsim工具对代码进行功能验证,目的是发现错误并根据验证结果不断地优化代码,使系统效果达到最佳。3.板级调试。把代码的.bit文件烧写进FPGA芯片中,用ChipScope工具对算法进行板级验证和时序分析。实验结果表明达到算法所要求的:帧正确检测的概率达到95%以上。4.外场实验。此系统主要是针对空域管理,所以有必要做场外实验。在写论文前,本项目组已经在成都飞机场做了试验,此系统能够正常工作。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-14
第一章 绪论  14-18
  1.1 本课题的项目背景及研究价值  14-15
  1.2 本课题的国内外研究现状及发展趋势  15-17
    1.2.1 本课题在中国的研究现状  15-16
    1.2.2 本课题在美国的研究现状  16
    1.2.3 本课题在其他国家的研究现状  16-17
  1.3 论文结构  17-18
第二章 ADS-B 系统结构和工作模式  18-26
  2.1 ADS-B 系统整体架构和工作模式  18-21
    2.1.1 基于模式S 数据链的ADS-B 系统  19-20
    2.1.2 基于UAT 数据链的ADS-B 系统  20-21
  2.2 模式 S 的 ADS-B 接收子系统  21-23
    2.2.1 射频接收模块  21-22
    2.2.2 基带数字信号处理模块  22-23
  2.3 模式 S ADS-B 系统的应用功能  23-26
    2.3.1 ADS-B OUT  23-24
    2.3.2 ADS-B IN  24-26
第三章 ADS-B 接收机关键算法研究  26-49
  3.1 模式 S ADS-B 消息  26-27
    3.1.1 ADS-B 消息前导报头  26
    3.1.2 ADS-B 消息数据脉冲  26-27
  3.2 模式 S 应答信号的前导头检测  27-33
    3.2.1 有效脉冲检测  28-29
    3.2.2 报头4-脉冲检测  29-30
    3.2.3 消息到达时间计算  30
    3.2.4 参考功率值计算  30
    3.2.5 重叠信号处理  30-31
    3.2.6 功率一致性测试  31
    3.2.7 DF 认证  31-32
    3.2.8 再触发  32-33
  3.3 模式 S 应答信号的数据位和置信度拾取  33-36
  3.4 模式 S 应答信号的纠错检错  36-42
    3.4.1 循环冗余校验(CRC)算法简介  36-37
    3.4.2 CRC 校验除法电路设计  37-39
    3.4.3 蛮力纠错算法设计  39
    3.4.4 信号纠错检错处理流程图设计  39-42
  3.5 模式 S 接收机算法的仿真实现  42-48
    3.5.1 模式S 应答信号源产生  42-45
    3.5.2 信号分析  45-46
    3.5.3 纠错检错算法仿真验证  46-48
  3.6 模式 S 接收机算法研究总结  48-49
第四章 ADS-B 接收机关键算法的 FPGA 设计与实现  49-68
  4.1 FPGA 选型及其开发环境介绍  49-52
    4.1.1 FPGA 器件选型  49-50
    4.1.2 FPGA 设计方法及其开发流程  50-51
    4.1.3 ISE 软件介绍和 Modelsim 仿真工具介绍  51-52
  4.2 ADS-B 系统总体逻辑设计  52-53
  4.3 ADS-B 接收机算法的逻辑设计与实现  53-62
    4.3.1 FPGA 设计思想介绍  54-56
    4.3.2 报头检测算法在FPGA 中的实现  56-62
  4.4 ADS-B 关键算法的功能仿真  62-68
第五章 ADS-B 接收机算法的板级验证及性能测试  68-75
  5.1 FPGA 板级验证工具ChipScope 简介  68-69
  5.2 ADS-B 演示验证系统搭建  69-70
  5.3 系统演示验证结果  70-75
    5.3.1 ADS-B 接收机演示验证  70-73
    5.3.2 ADS-B 发射机演示验证  73
    5.3.3 ADS-B 系统测试结论  73-74
    5.3.4 总结  74-75
第六章 课题总结  75-77
参考文献  77-79
攻硕期间科研情况  79-80
攻硕期间成果说明  80-81
致谢  81-82
附录  82-83

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线电设备、电信设备 > 接收设备、无线电收音机 > 接收机:按形式分
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