大频偏、高动态扩频信号捕获跟踪技术及其FPGA实现

发布时间：2017-04-08 16:24

  本文关键词：大频偏、高动态扩频信号捕获跟踪技术及其FPGA实现，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：扩频通信具有保密性好、抗干扰能力强等诸多优点，广泛应用于天基测控等领域。在这种环境中，由于发射端与接收端往往存在较高的相对速度和加速度，且载频较高，，使得接收端要承受较大的多普勒频偏和多普勒频率变化率。另外，由于传输路径复杂，信号容易受到强干扰，接收端收到的信号信噪比较低。因此，接收机如何在大频偏、高动态和低信噪比的条件下实现信号解调等功能，是完成通信、测控等目的的关键问题。而捕获和跟踪是扩频接收端十分关键的技术。本文主要研究怎样实现大频偏、高动态条件下扩频信号的快速捕获和跟踪。本文的主要内容如下： （1）对扩频通信基本原理和扩频接收机的主要结构进行简要介绍。主要内容包括扩频码、伪随机序列、m序列和Gold序列等相关概念。对扩频接收机，简要提及了其前端、DSP处理等结构，着重强调了扩频接收机中捕获、跟踪的重要性。 （2）详细介绍了扩频信号捕获的概念。对传统的基于滑动相关的时域串行搜索技术和基于FFT循环相关的捕获技术进行了详细的分析。针对大频偏、高动态的情况，设计了基于部分匹配滤波和快速傅里叶变换的快速捕获方案。针对低信噪比的情况，设计了基于Tong检测的检测方案。并对所涉及的恒虚警检测等相关技术做了详细的介绍。文中给出了相关方法的仿真结果。结果验证该方法是行之有效的。 （3）针对高动态的情况，本文设计了一种二阶锁频环辅助三阶锁相环的载波跟踪环。该方法充分利用了二阶锁频环动态性能、噪声性能好而锁相环跟踪精度高的优点，使二者优势互补，相辅相成。由仿真和实验结果知，该方法能有效跟踪50g的动态。 （4）最后，在Xilinx的KC705开发板对该方案实现了实验验证。实验结果表明，该方案可实现对频偏在800kHz以内，动态小于50g，数据速率为10k，扩频码速率为3.069M，符号信噪比为7dB的信号进行快速捕获和跟踪。
【关键词】：扩频通信 载波跟踪 捕获 大频偏 高动态 锁频环 锁相环
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN914.42
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 论文的研究背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势11-14
• 1.2.1 大频偏高动态扩频信号捕获技术11-13
• 1.2.2 大频偏高动态扩频信号跟踪技术13-14
• 1.3 论文研究内容和组织结构14-16
• 第2章 扩频通信原理及接收机技术16-24
• 2.1 基本原理16
• 2.2 直接序列（DS）扩频16-17
• 2.3 伪随机码17-22
• 2.3.1 相关性的概念17-19
• 2.3.2 伪随机码的定义19
• 2.3.3 m 序列19-21
• 2.3.4 Gold 序列21-22
• 2.4 扩频接收机的结构22-24
• 第3章 扩频信号捕获及相关技术24-38
• 3.1 基于滑动相关的时域串行搜索技术24-27
• 3.2 基于 FFT 的循环相关捕获技术27-28
• 3.3 基于 PMF-FFT 的伪码快速捕获方法28-31
• 3.4 并行 Tong 检测器31-33
• 3.5 恒虚警检测33-35
• 3.6 Tong 检测器的捕获概率和虚警概率35
• 3.7 基于 PMF-FFT 和 Tong 检测器伪码捕获方法的性能分析35-37
• 3.8 总结37-38
• 第4章 扩频信号的跟踪及相关技术38-58
• 4.1 锁相环38-47
• 4.1.1 锁相环的基本原理39-40
• 4.1.2 鉴相器40-41
• 4.1.3 环路滤波器41-42
• 4.1.4 压控振荡器42-43
• 4.1.5 锁相环阶数43-45
• 4.1.6 稳态响应45-46
• 4.1.7 连续系统到离散系统的转换46-47
• 4.2 锁频环47-48
• 4.3 锁相环与锁频环的组合48-54
• 4.3.1 基本原理48-49
• 4.3.2 实验仿真49-54
• 4.4 码环54-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第5章 捕获和跟踪的 FPGA 实现58-70
• 5.1 捕获部分59-64
• 5.2 跟踪部分64-66
• 5.2.1 码环65
• 5.2.2 载波跟踪环65-66
• 5.3 实验结果及分析66-69
• 5.4 本章小结69-70
• 结论70-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表论文与研究成果清单76-77
• 致谢77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 赵海龙;张健;周R

本文编号：293226