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一)概述

该课题源于本博士点通过外协合作针对装备空军的抗干扰电台出口型进行改造设计的专项课题,目标为提供一种可编程配置的抗干扰电台,能够根据需要对当前我空军装备的某型超短波抗干扰电台进行性能指标的缩放控制,以适应出口型号的需要。主要内容包括接收机核心算法的改进,对扩频码的码长可配置,以及对应不同码长和码序列的相关器的设计和参数配置方式的设计。接收机为数字中频软件接收机,可在单片FPGA上实现了数字中频信号解调算法以及数据输入输出接口的全部功能。

二)工作原理

软件扩频接收机包含射频前端,频率合成器,数字中频模块以及电源模块,辅助调试模块等其他外围电路。

本课题核心部分为可灵活配置的数字中频信号处理模块,将用于替换现装的抗干扰电台中频处理单元,二者接口的机械和电器特性将保持一致以支持直接模块替换。其他模块主要用于研发阶段进行自主调试和验证等用途。

三)软件扩频收机特点

1) 单芯片中频信号处理单元

在单片FPGA(Altera公司的Cyclone系列 EP1C12)中实现了数字中频BPSK/DS信号完整的发射和接收过程。

2)采用分段数字匹配滤波器实现信号解扩

直扩信号解扩采用分段式匹配滤波器形式的相关器,最大码长128,且码长可变。对匹配滤波器的硬件实现进行了资源优化,配合折叠式的相关器结构,占用的硬件资源比直接实现方式大大减小。

3)基于SOPC技术方案,可扩展实现软件扩频接收机

在FPGA中集成Altera的软核处理器,配合其软件指令定制功能和其他可用IP资源,构建了一个软件扩频接收机的平台。

4)拥有完整的算法和软硬件资源,适应不同应用需求。

基于分段式匹配滤波器的信号解调算法可以支持高动态信号的接收,提供了动态条件下独特的无缝切换的锁频环路控制算法,使得载波恢复更为快捷、平稳。此外,还具备完整的Matlab仿真模型,Verilog硬件仿真模型和以FPGA板为中心硬件测试平台,可作为第三方用来研发扩频通信产品的参考平台。

图1. 软件扩频接收机中频系统框图

四)主要技术指标

基带数据调制方式:DBPSK\QPSK

基带数据传输速率:32\64\128kb/s

直扩扩频码:128位的M序列(码型可选);

直扩伪码速率:4.096Mb/s

基带成形脉冲:滚降系数可调的升余弦脉冲;

中频频率:24.384MHz(可选);

中频信息带宽:大于8MHz;

中频输入信噪比:0dB~-5dB

多普勒频移:不小于40KHz;

同步时间:不大于50ms(伪码捕获时间为1个符号期)

五)应用前景

本模块是抗干扰电台的核心功能模块,可变长度的扩频码长对应于可以不同级别的抗干扰通信能力,这一特点使设备可以根据应用环境的要求,设置相应长度的扩频码和码型,而无需改动电台的硬件部分,让一个型号的电台可以适应多种不同要求的应用环境的要求。

数字中频信号处理模块的配置灵活性,可以广泛应用于多种突发式语音、数据高动态无线通信场合以及GPS信号接收机设计。

文章录入:zgkjcx    责任编辑:zgkjcx 
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