基于FPGA的CCSDS自适应传输系统

深空通信环境下如果选用固定速率进行信息传输,通信质量和系统效率都会受到影响。当通信环境信道质量发生变化时,实时调整通信系统的传输参数,可以保证系统的性能指标如误码率符合要求,使通信系统的效率提高。本文结合邻近空间链路通信协议的要求,以信道估计的信噪比作为衡量信道质量的标准,设计一种符合CCSDS协议标准的码速率自适应传输系统方案。该硬件实现平台以Xilinx Kintex-7 FPGA芯片为核心,实测结果表明在加性高斯白噪声情况下系统可以实时估计0 dB以上信噪比,并且能够实现码速率自适应调整。相比于固定速率传输,码速率自适应传输系统的误码率和吞吐量性能都有提升,可为深空通信系统的设计提供有益参考。     

遥测设备自动测试系统的设计与实现

采用网络化虚拟仪器思想将分散的测试仪器设备组建成一个测试网络,通过软件程控仪器和数据实时处理,实现了一个通用的遥测设备自动测试系统.该系统可以完成待测设备各通道传输精度的标定与测试,各类遥测信号的模拟以及射频信号参数测试.相比传统的手工测试模式,该系统不仅可以提高测试效率和测量精度,还能根据用户需求自动生成测试报告并给出测试结论.目前该系统已投入实际应用,各项测试指标均满足设计要求,工作稳定,操作简便,对同类系统设计具有参考价值.     

塔架环境通信网络信道模型及性能研究

复杂塔架场景无线信道多径效应更为严重,本文结合射线追踪算法提出一种三维多径簇信道模型,该模型通过几何方法追踪每一条射线路径,并对大量接收射线进行分簇,获得簇时延与簇功率等模型参数,进而获得无线通信系统的误码率性能。针对真实的三维塔架分析信道模型参数,包括传播路径、时延、接收功率、误码性能等统计特性。数值仿真结果表明,本文推导理论结果与仿真结果一致,能够准确评估塔架环境的通信性能,可有效用于优化传感器网络的部署和性能评估等领域。      

无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统

针对战场环境下复杂传播环境及敌方干扰对无人机通信系统性能的影响,提出了综合信道衰落和干扰共同作用下的无人机通信信道理论模型。在此基础上,基于微波暗室设计实现了无人机通信干扰电磁环境半实物仿真系统。该系统利用硬件现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实时模拟无人机通信信道和干扰信号,利用微波暗室模拟外场的无线传播环境,并通过天线位置和角度调节装置模拟发射机、干扰机和接收机之间的空间位置特性。实测结果表明,该半实物仿真系统能够真实复现无人机通信干扰电磁环境,可用于无人机数据链抗干扰性能的测试和评估。     

可扩展多输入多输出信道高效模拟器研制

针对现有信道模拟器通道规模受限、扩展性差等缺陷,设计实现了一种可扩展的多输入多输出(multiply-input multiply-output, MIMO)信道高效模拟器。 该模拟器采用改进的坐标旋转数字计算(coordinate rotation digital computer, CORDIC)算法,只 需较少硬件资源便可实现大规模多支路的随机信道衰落精确模拟。 基于 MIMO 信道离散化模型提出了一种可扩展的硬件模拟 架构,并结合现场可编程门阵列(field-programmable gate array, FPGA)的并行处理优势,进行硬件实现及实测验证。 针对 3GPP 标准扩展车载 A 信道模型(extended vehicular A model, EVA)静态场景和时变场景的实测结果表明,所研制的 MIMO 信道模拟 器输出时延功率谱和多普勒功率谱等统计特性均与理论值吻合,可用于无线通信设备的方案验证、算法优化和性能分析。     

基于CCSDS协议的中频信号源设计与实现

针对深空通信的复杂环境,设计了一种基于CCSDS协议的中频信号源系统,可产生多种基于CCSDS协议的深空通信信号。该系统上位机采用LabWindows虚拟仪器开发环境,通过PCI接口与集成了DsP和FPGA单元的信号板卡互联,采用正交调制算法,在不改变硬件电路的情况下实现多种调制方式和参数。经测试,该系统输出精准、稳定,各项参数均符合设计要求,可实现对CCSDS协议的信号模拟。     

基于FPGA的随机衰落及硬件实时统计实现

针对传统信道模型仅对多径衰落进行统计建模的问题,建立了路径损耗、阴影衰落、莱斯(Rice)衰落和瑞利(Rayleigh)衰落等多种信道衰落模型,提出并实现了一种基于现场可编程逻辑门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)的无线信道衰落实时模拟方法,该方法可精确复现瑞利、莱斯和阴影衰落等随机衰落。在此基础上,设计实现了一种硬件实时统计随机信号幅值分布的辅助方法。硬件实测结果表明,基于本文方法输出的信道衰落幅值分布、硬件实时统计结果均与理论分布吻合,有效验证了本文信道衰落模拟和硬件实时统计方法的有效性。因此,该方法可用于辅助模拟真实传播环境对无线信号的随机衰落影响。     

基于OFDM技术的短波通信电台研制

本文研究了OFDM调制技术在短波通信中的应用,提出了一个基于OFDM调制的短波通信电台的设计方案并完成了软硬件系统设计。对实验样机的测试结果表明,本系统性能指标能够满足实际要求。     

基于Google Earth的无人机中继布局优化软件

建立了一个无人机作为中继的通信网络系统,并通过对中继链路和高空中继覆盖区域进行几何建模,推导获得了无人机在一定飞行高度的信号覆盖区域。在此基础上,基于Google Earth和Visual C++6.0软件平台,开发了一套无人机中继系统可视化网络优化软件。测试结果表明,该软件操作简便且运行稳定,能够实现无人机的静态最优布置与动态飞行路径规划,对于解决网络节点高速和大范围移动导致的网络中断问题,具有重要的工程应用价值。     

基于无迹卡尔曼滤波的无人机毫米波波束跟踪算法

针对无人机收发端相对运动导致毫米波窄波束无法实时匹配这一问题,提出一种基于无迹卡尔曼滤波的三维波束跟踪方法。该方法首先将波束的俯仰角和方位角作为系统状态向量,对其进行无迹变换,获得采样点集。而后,根据采样点集计算出状态预测值和测量预测值,并以此为基础,根据计算出的卡尔曼增益更新状态向量,获得状态向量的最优估计值。仿真结果表明,此方法满足了无人机实时波束跟踪需求,有效地提高了三维环境下毫米波窄波束的跟踪精度。