基于USRP的电离层软件雷达探测系统的设计与实现

发布时间：2017-10-31 12:18

  本文关键词：基于USRP的电离层软件雷达探测系统的设计与实现

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【摘要】：近年来,随着空间技术的研究与发展,人类逐渐发现地球空间环境对航天探测技术存在着各方面的影响,而电离层的探测与研究也正逐步得到发展。现阶段研究者利用直接探测方式或是遥感方式对电离层进行探测,利用回波信号进行数据处理后得到有关电离层的相关参数和其变化的规律后,才能够将探测技术和探测设备进行改善并进行合理运用。随着硬件技术的发展以及软件技术的逐渐提升,设计、开发能够对信号进行实时处理的系统也逐步的进入了以“软件”为中枢的阶段。软件无线电技术以其结构的开放性和全面可编程性的突出优点得到了通信领域的应用与发展。它的信号处理方式一般采用DSP与FPGA相结合的方法设计。在对电离层进行探测研究的过程中,软件无线电技术也适用于电离层雷达系统的设计,利用该技术的灵活性、开放性、可重配置性、完全可编程性,使用软件来控制发射信号及发射频率,这种方法设计的系统为电离层软件雷达探测系统,而且“软件雷达”的概念也已经渐渐的被人们熟知与接受。故在研究中,采用软件无线电技术和相关设备进行雷达探测系统设计。本文首先阐述了课题背景和当前国内外电离层探测雷达系统设计的发展现状,以及雷达技术从基于硬件设计的快速发展演变为软件无线电拓展设计的发展进程,并且介绍了软件无线电的发展现状,以及研究它的优点所在。其次介绍了电离层探测技术的原理与方法。随后介绍了开源软件无线电(GNU Radio)的工作原理、流程、实现方法和相应通用软件无线电外设(Universal Software Radio Peripheral,USRP)硬件的组成和功能。接着便是介绍在GNU Radio中的与设计电离层软件雷达探测系统相关模块的功能、作用以及设计方法。文中给出了实现软件雷达探测系统功能的流程图和仿真结果。最后,完成了闭环实验,分析了实验结果,并对开环电离层探测技术做出方法设计,总结了系统的不足,并对软件雷达系统的发展方向做了展望。
【关键词】：电离层 软件雷达探测系统 软件无线电 USRP硬件平台 GUN Radio
【学位授予单位】：南昌大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V447.1;TN957.51
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 研究背景和意义8-9
• 1.2 国内外研究概况9-13
• 1.2.1 雷达和电离层探测系统设计的现状和发展方向9-12
• 1.2.2 软件无线电和通用软件无线电外设的研究与发展现状12-13
• 1.3 本论文主要工作及内容安排13-15
• 第2章 电离层软件雷达探测系统综述及技术15-27
• 2.1 引言15
• 2.2 地球空间环境及空间探测技术简介15-18
• 2.2.1 地球空间环境简介15-16
• 2.2.2 电离层16-18
• 2.3 电离层雷达探测系统与技术18-22
• 2.3.1 电离层雷达探测的基本原理18-19
• 2.3.2 电离层探测系统的方法分类19-21
• 2.3.3 典型的电离层探测系统21-22
• 2.4 软件雷达探测系统与技术22-26
• 2.4.1 雷达信号理论基础23-25
• 2.4.2 软件雷达探测系统信号处理的方法25-26
• 2.4.3 软件雷达探测系统与传统雷达探测仪系统的区别26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 软件无线电概念及平台技术27-38
• 3.1 引言27
• 3.2 软件无线电概念27-31
• 3.2.1 软件无线电分类27-28
• 3.2.2 软件无线电的体系结构28-30
• 3.2.3 软件无线电的关键技术30-31
• 3.3 软件无线电的平台简介31-37
• 3.3.1 GNU Radio软件平台简介32-34
• 3.3.2 USRP主板介绍34-37
• 3.3.3 USRP通用子板介绍37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 电离层软件雷达探测系统设计方案38-52
• 4.1 软件雷达系统简介38-40
• 4.2 子板硬件电路设计与制作40-44
• 4.2.1 电路设计与制作40-43
• 4.2.2 硬件实现43-44
• 4.3 软件模块设计方案及波形选择44-50
• 4.3.1 发射信号产生45-47
• 4.3.2 信号发射、传输过程47-48
• 4.3.3 接收信号过程48-49
• 4.3.4 波形选择49-50
• 4.4 本章小结50-52
• 第5章 电离层软件雷达探测系统的实现及分析52-62
• 5.1 GNU Radio软件平台与USRP硬件平台的连接52-54
• 5.2 软件雷达探测系统闭环定频实验测试及数据分析54-60
• 5.2.1 闭环定频测试试验56-59
• 5.2.2 闭环扫频测试试验59-60
• 5.3 软件雷达探测系统开环实验探测方法60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 攻读硕士学位期间的研究成果68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 李国锋;吴南健;;A low power flexible PGA for software defined radio systems[J];半导体学报;2012年05期

2 庞博;林新党;万福;;软件雷达构想[J];雷达与对抗;2010年01期

3 陈罡;赵正予;聂学东;李婷;;武汉多功能电离层探测系统[J];武汉大学学报(理学版);2011年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 姚明;星载多功能等离子体探测仪总体设计及波形技术研究[D];武汉大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄凌;基于GNU Radio和USRP的认知无线电平台研究[D];华南理工大学;2010年

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本文编号：1122332