卫星天线幅相检测系统设计与实现

发布时间：2017-08-11 15:07

  本文关键词：卫星天线幅相检测系统设计与实现

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【摘要】：天线作为卫星通信系统的重要组成部分,与其相关的研究课题备受关注,尤其是天线测量方面的设备和产品市场需求较大,因此承担测量核心功能的幅相检测系统具有重要的研究意义和开发价值。本文研究服务于卫星天线水平近场测量系统的幅相检测系统。幅相检测系统主要接收射频信号,计算信号的幅度相位。分析了卫星天线测量中幅相检测技术的背景和国内外研究现状,研究了卫星天线测量系统的组成,讨论了幅相检测系统的结构和组成,推导出多路扩频信号的幅相检测方法。根据具体指标要求,设计了幅相检测系统及其各个功能模块。重点讨论了信号处理部分基于FPGA的滤波器设计与实现。对于滤波器的设计与实现,讨论了复用和抽取概念以及二者在滤波器中的应用原理,提出在传统FIR滤波器中采用复用与抽取技术的设计思路。根据滤波器的性能指标并利用Matlab中的滤波器设计工具,得到设计参数。以Vivado为开发工具,从地址控制和时序控制两方面详细研究了复用抽取滤波器的设计方法,通过软件仿真说明了复用与抽取结合于滤波器的理论可行性,并讨论了时序和地址在FPGA上的实现过程。最后通过软件虚拟端口采集数据的方法得到滤波器在FPGA实现后的滤波结果,与Matlab产生的理论滤波器的滤波结果作比较,多组数据多次测试的实际值与理论值均一致,检验了滤波器的可靠性和可行性。与传统FIR滤波器相比,本文设计的滤波器在实现降低数据速率4倍的同时,乘法器的使用个数从64个降低为6个,加法器个数减少到原来的1/6,有效降低了FPGA资源的利用。
【关键词】：天线 幅相检测 FPGA 滤波器 复用抽取
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN828.5
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.1.1 卫星天线测量目的8
• 1.1.2 幅相检测系统概述8
• 1.1.3 研究目的及意义8-9
• 1.2 发展和现状9-11
• 1.2.1 幅相检测系统发展历程9-10
• 1.2.2 国内外的研究现状10-11
• 1.3 系统开发要求11-12
• 1.4 主要内容及章节安排12-14
• 1.4.1 主要研究开发内容12
• 1.4.2 论文章节安排12-14
• 2 幅相检测系统技术分析14-22
• 2.1 卫星天线测量14-15
• 2.2 幅相检测方法分析15-20
• 2.2.1 系统中多路扩频信号检测方法15-19
• 2.2.2 幅相信息获取方法19-20
• 2.3 幅相检测系统组成20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 幅相检测系统设计22-34
• 3.1 系统参数分析22
• 3.2 系统总体设计22-24
• 3.3 分模块设计24-33
• 3.3.1 信号处理单元设计25-28
• 3.3.2 显控单元设计28-30
• 3.3.3 时频接口单元设计30-31
• 3.3.4 本振单元设计31-32
• 3.3.5 供电单元设计32-33
• 3.4 本章小结33-34
• 4 基于FPGA的抽取滤波器设计与实现34-50
• 4.1 复用抽取滤波器的原理和结构34-37
• 4.1.1 典型FIR滤波器结构34-35
• 4.1.2 滤波器的复用原理35-36
• 4.1.3 滤波器的抽取原理36-37
• 4.1.4 复用抽取滤波器结构37
• 4.2 D4滤波器指标37-38
• 4.3 D4滤波器设计38-43
• 4.3.1 基于MATLAB的D4滤波器系数计算38-39
• 4.3.2 D4滤波器设计预算39-40
• 4.3.3 D4滤波器结构设计40-43
• 4.4 D4滤波器仿真43-45
• 4.4.1 仿真方法43-44
• 4.4.2 仿真结果44-45
• 4.5 D4滤波器实现45-49
• 4.5.1 控制读写地址实现45-47
• 4.5.2 时序实现47
• 4.5.3 软件模块实现47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 5 基于FPGA的抽取滤波器的测试与分析50-58
• 5.1 测试环境50
• 5.2 测试方法50-53
• 5.3 测试数据53-54
• 5.4 测试结果及分析54-57
• 5.5 本章小结57-58
• 6 总结与展望58-59
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-61

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本文编号：656755