基于软件无线电构架的深空测控接收机研究

发布时间：2017-08-25 08:20

  本文关键词：基于软件无线电构架的深空测控接收机研究

  更多相关文章： 深空探测 软件无线电 千兆以太网 B/S架构

【摘要】：深空测控接收机是深空测控网系统中的进行无线电信号接收采样、数据处理以及数据存储的重要设备,通过对这些来自探测器和宇宙天体的无线电信号的分析处理,可以确定探测器的轨道,获知宇宙天体的星体特性。而在软件无线电架构下实现的接收机系统,有更好的灵活性、开放性和较长的生命周期,广为国内外接收机系统所采用,具有很大的研究和应用价值。文章分析了国内外各种无线电接收机的结构特点,以ARM处理器作为主控制器、结合高速ADC和高速FPGA设计实现了软件无线电接收机系统RSR-ARM (Radio Science Receiver With ARM Microcontroller).确定了RSR-ARM系统层叠式的硬件结构,以及ADC模块、FPGA模块和ARM模块各自完成的功能。在此基础上,对FPGA高速信号处理模块的各个子模块进行了研究实现：高速串并转换器对来自ADC的达GHz采样率的高速数据进行降速,方便进一步处理;下变频模块采用3级下变频实现,以较小的资源占用实现了大范围、小步长的本振频率设置；采用多级降采样的方案,适应深空探测任务中多种速率数据的需求；基于AHB (Advanced High Performance Bus, 高级高性能总线)总线,实现了FPGA和ARM的数据交互和总线地址映射；分物理层、数据链路层和上位机接收三部分实现了千兆以太网数据传输模块,并约定了RSR-ARM网络帧和数据包的结构,经过测试该模块可以实现512Mbps的高速数据传输存储。其次对基于嵌入式Linux系统的ARM控制软件系统进行了设计实现,整个软件系统分为驱动层、控制层、服务层和客户层四部分,它们从底层开始将系统硬件的控制和监控操作逐层封装,然后基于B/S (Brower/Server,浏览器／服务器)架构,以Web网页的形式把RSR的控制界面呈现给用户,界面简明,操作简单,同时支持网页远程控制和实时信息反馈；计划文件系统使得用户可以设置定时任务,无需时刻关注系统状态,更精确准时的执行观测任务。另外,将数据存储任务从系统分离出来,交给上位机千兆以太网高速数据接收程序来完成,减少了系统的运行负担。最后对整个RSR-ARM系统进行了完整的测试,包括输入特性测试、数据存储测试、NCO频率范围和步长测试以及通道一致性测试,最终汇总的系统指标说明采用模块化的设计方法的RSR-ARM系统功能完善,灵活性强,易于维护,满足设计的各项指标。
【关键词】：深空探测 软件无线电 千兆以太网 B/S架构
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN859
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 NASA VSR接收机方案9-10
• 1.2.2 ESA接收机方案10
• 1.2.3 国内SEU-RSR接收机方案10-12
• 1.3 论文组织结构12-14
• 第二章 RSR-ARM系统概述14-20
• 2.1 系统需求分析14
• 2.2 硬件总体方案14-16
• 2.3 系统板各模块说明16-19
• 2.3.1 ADC信号采集模块16-17
• 2.3.2 FPGA信号处理及传输模块17
• 2.3.3 ARM控制模块17-18
• 2.3.4 电源模块18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 第三章 RSR-ARM硬件设置及逻辑设计20-38
• 3.1 硬件及逻辑设计概述20
• 3.2 ADC和时钟的状态设置20-23
• 3.2.1 ADC工作模式的选择及设置20-22
• 3.2.2 时钟源的选择及设置22-23
• 3.3 信号处理逻辑设计23-32
• 3.3.1 ISERDES串并转换器24-26
• 3.3.2 ADC幅度监测26
• 3.3.3 多级下变频26-29
• 3.3.4 多级降采样29-30
• 3.3.5 RSR数据初步封装30
• 3.3.6 状态寄存器与总线地址映射30-32
• 3.3.7 系统各模块复位32
• 3.4 千兆以太网数据传输32-37
• 3.4.1 物理层实现33-34
• 3.4.2 数据链路层实现34-35
• 3.4.3 网络帧结构分析35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 基于Web的RSR控制软件设计38-56
• 4.1 软件系统整体框架38-39
• 4.2 驱动层程序设计39-44
• 4.2.1 ARM驱动39-40
• 4.2.2 FPGA驱动40-42
• 4.2.3 ADC驱动42-43
• 4.2.4 时钟芯片驱动43
• 4.2.5 模块驱动指令集43-44
• 4.3 控制层软件设计44-48
• 4.3.1 用户命令执行线程45-46
• 4.3.2 系统状态获取线程46
• 4.3.3 计划文件执行线程46-48
• 4.3.4 数据库接口设计48
• 4.4 服务层设计48-51
• 4.4.1 服务器架构搭建48-49
• 4.4.2 RSR远程控制网站脚本设计49-50
• 4.4.3 数据库设计50-51
• 4.5 客户层Web界面设计51-52
• 4.6 上位机高速以太网数据接收及RSR文件生成52-55
• 4.7 本章小结55-56
• 第五章 系统测试56-70
• 5.1 测试准备56-57
• 5.2 输入特性测试57-59
• 5.3 数据存储测试59-64
• 5.4 NCO频率范围和设置步长验证64-67
• 5.5 通道一致性测试67-68
• 5.6 系统最终指标汇总68-69
• 5.7 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-72
• 6.1 总结70
• 6.2 展望70-72
• 致谢72-74
• 参考文献74-76
• 攻读硕士学位期间发表论文76

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本文编号：736025