4通道数据采集中频接收机的设计和实现

发布时间：2017-08-23 04:31

  本文关键词：4通道数据采集中频接收机的设计和实现

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【摘要】：中频接收机是现代雷达系统中必不可少的组成部分,随着大规模集成电路的发展,应用软件无线电思想基于FPGA实现数字化中频接收机的方案得到了广泛应用。本文设计和实现了4通道数据采集中频接收机,接收机板卡由FPGA载卡和通过FMC接口连接的4通道数据采集板卡组成,实现对4通道并行中频信号的数据采集,并基于FPGA完成数字下变频处理,最后通过PCI Express接口实现数据的实时高速上传。本文首先介绍了中频接收机的设计方案和相关理论,分析了数字下变频、多速率数据处理、CIC滤波器等相关的原理,并给出了数字下变频算法的设计,随后通过Matlab仿真验证了设计正确性。其次,给出了4通道数据采集中频接收机的硬件设计,对数据采集卡的结构和各个模块进行了说明,并给出了数据采集卡的电路原理图设计和PCB绘制,还介绍了FPGA开发板的结构功能。随后给出了中频接收机的软件设计内容,基于Xilinx公司的Kintex7系列FPGA芯片实现了数字下变频模块,给出了PCI Express接口基于FPGA IP核的实现方法,介绍了事务层的传输模块和发送模块的工作过程,以及以DMA方式实现数据传输的方法,并给出了具体设计方案。随后在上位机利用Windriver软件开发了PCI Express驱动程序,实现数据的高速接收。最后,根据接收机板卡的设计内容,使用Model Sim软件对各个模块进行了功能仿真,并使用Xilinx公司的在线逻辑分析仪Chipscope软件进行数据抓取,完成了电路验证,最后对4通道数据采集中频接收机进行整体功能验证,对上传到上位机的数据进行时域分析和频谱分析,验证了4通道数据采集中频接收机设计的正确性。
【关键词】：软件无线电 中频接收机 FPGA
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP274.2;TN957.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-11
• 1.1 课题背景及研究意义8
• 1.2 国内外的研究概况8-10
• 1.3 本文的主要研究内容10-11
• 第2章 中频接收机的设计方案和理论仿真11-26
• 2.1 引言11
• 2.2 中频数字接收机设计方案11-12
• 2.2.1 系统结构11
• 2.2.2 系统功能11-12
• 2.2.3 指标参数12
• 2.3 数字下变频相关理论12-19
• 2.3.1 正交变换理论13-14
• 2.3.2 多速率信号处理14-19
• 2.3.3 FIR滤波器19
• 2.4 数字下变频模块的设计和理论仿真19-25
• 2.4.1 结构设计19-20
• 2.4.2 算法的仿真验证20-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 接收机的硬件设计部分26-35
• 3.1 引言26
• 3.2 4通道数据采集卡的设计26-33
• 3.2.1 硬件设计方案26-27
• 3.2.2 模数转换模块27-29
• 3.2.3 时钟模块29
• 3.2.4 电源模块29-30
• 3.2.5 FMC接口模块30-31
• 3.2.6 SMA接口模块31
• 3.2.7 PCB设计31-32
• 3.2.8 数据采集卡硬件测试32-33
• 3.3 FPGA开发板简介33-34
• 3.4 本章小结34-35
• 第4章 接收机的软件设计部分35-62
• 4.1 引言35
• 4.2 数据下变频模块的实现35-39
• 4.2.1 直接数字合成器35-36
• 4.2.2 数字混频器36-37
• 4.2.3 级联积分梳状滤波器37-38
• 4.2.4 FIR滤波器38-39
• 4.3 PCI EXPRESS模块的设计39-56
• 4.3.1 PCI Express简介39-40
• 4.3.2 PCI Express的结构40-43
• 4.3.3 PCI Express事务协议43-44
• 4.3.4 PCI Express的FPGA实现44-47
• 4.3.5 设计方案47-56
• 4.4 PCI EXPRESS驱动开发56-61
• 4.4.1 Win Driver简介57-59
• 4.4.2 DMA功能驱动开发59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 系统仿真和验证62-72
• 5.1 引言62
• 5.2 数据采集模块62-64
• 5.3 数字下变频模块64-66
• 5.4 PCI EXPRESS模块66-69
• 5.4.1 PCI Express初始化过程67
• 5.4.2 寄存器读写67-69
• 5.5 中频接收机功能验证69-71
• 5.6 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-76
• 致谢76

【参考文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 韩韬;软件无线电数字下变频的研究及系统仿真[D];吉林大学;2006年

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本文编号：722987