中频数字正交解调接收机的研究及实现

数字接收机在现代雷达、电子战、通信等领域的应用越来越广泛,数字接收机的性能是由正交解调信号的幅相一致性决定的。这里描述了数字正交解调的核心部分—数字滤波器的设计,通过运用均方误差最小化准则设计法和切比雪夫等波纹逼近设计法设计FIR数字滤波器,并利用MATLAB平台进行仿真,比较分析表明了用均方误差最小化准则设计法设计具有严格线性相位特性的FIR数字滤波器的最优性,即:可以获得较好的幅度误差和相位误差,从而保证了数字接收机的性能。     

高阶QAM定时同步的FPGA设计实现

在基于软件无线电数字接收机技术的研究中,定时同步是一项关键技术。文中设计的定时同步结构采用了基于Farrow结构的内插滤波器,同时以改进的Gardner定时误差计算方法提取采样相位误差,该方法对载波相位不敏感,可先独立于载波同步单独使用,适用于高阶QAM信号的定时同步。以128 QAM为例,对整个系统进行了仿真验证,并且在FPGA平台上实现了该算法,收到良好的效果,具有很好的通用性和可移植性。     

改进的Gardner插值误差捕获符号同步算法研究

数字通信系统中,同步是必不可少的环节。收发端采用不同的时钟信号,但需要步调一致地协调工作,必须通过同步系统来保证。同步系统工作性能的好坏,很大程度上决定了通信系统的质量。针对接收机存在本振时钟频率偏差(即符号偏差),导致解调端相位不同步,影响信号解调精度等,给出了一种改进的Gardner符号率同步方法。以经典的Gardner同步算法为基础,对插器、定时误差检测器、环路滤波器和数控振荡器进行了详细阐述,并进行了改进仿真。首先,对准基带采样信号进行插值操作,并求得插值误差;其次,对插值误差进行环路滤波(LPF)并用滤波后的信号控制数控振荡器(NCO)输出;最后,数控振荡器的输出不断更新插值点的位置,直至符号定时同步。以BPSK信号为仿真对象,仿真结果表明了改进后的符号同步算法具有更快的同步速度和更高的同步精度。     

一种遥测系统中信号源的设计

在遥测系统中,信号源能否完全模拟测试系统所需信号是保证整个系统高可靠性的核心;设计以FPGA为控制芯片,通过PCI总线实现与上位机的通信,结合硬件和软件的综合设计完成了模拟信号、时间指令信号及可变频脉冲信号的稳定输出。经长期实验表明:模拟信号输出稳定,输出误差±30mV,脉冲信号可按照要求准确输出不同频率、固定个数的脉冲,且系统数据传输速率可达到40 Mbps。     

IR-UWB定位系统中的数字锁相环接收机设计与实现

在分析了以往的脉冲超宽带(IR-UWB)室内定位系统接收检测技术的基础上,提出利用数字锁相环接收机来准确估计UWB脉冲信号到达时间(TOA),完成室内环境精确测距和定位功能。通过仿真和测试论证了方案的可行性,最后在6m×6m室内空间中实现了系统对标签的定位功能,输出抖动在2ns以内,获得了良好的效果。     

基于时钟相位补偿的同步触发信号产生技术

触发信号时间抖动和延时调节分辨率是同步系统的重要参数,提出一种同步触发信号产生技术,通过测量基准触发信号与系统时钟信号间的相位差,对系统时钟相位进行补偿,减小同步触发信号与基准触发信号间的时间抖动,同时利用计数器结合可编程数字延时方案,提高同步触发信号延时调节分辨率,实现了20通道的同步触发信号输出。实验结果表明,输出的同步触发信号与输入的基准触发信号的时间抖动峰峰值小于500ps,延时调节分辨率达到250ps,满足需要精密时序控制的系统对同步触发信号的要求。     

基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统

针对恒温晶振长期稳定性差和GPS易受干扰、短期稳定性差等问题,设计了基于GPS与恒温晶振的瞬变电磁同步时钟系统。该系统采用"ARM+CPLD"的模式作为核心处理单元,以GPS的秒脉冲信号为基准,采用频率偏差测量模块在2个相邻的秒脉冲之间对高频信号的晶振频率进行检测,并采用自适应PID控制器实现对恒温晶振输出频率的调节,有效地解决了因单个频率偏差过大而影响恒温晶振控制电压精度的问题,提高了系统的稳定性;以秒脉冲信号为计时器,定时对分频器进行复位操作,实现了恒温晶振累积误差的自动消除,保证了输出信号相位的同步。测试结果表明,该系统实现了瞬变电磁发射机和接收机的高精度同步,在GPS信号正常的情况下,同步精度约为270ns;在GPS信号丢失的情况下,同步精度约为350ns。目前该系统已成功应用到瞬变电磁探测系统中,大量应用结果表明,该系统稳定性好,同步精度高。     

全数字欠采样脉冲式超宽带接收机系统方案

给出整套可在芯片上集成的脉冲式超宽带接收机系统方案,包括射频前端电路模块架构及设计原则和数字后端算法.采用功率检测器检测ADC输入信号均方根值(RMS),提出通过VGA调整信号的RMS来优化ADC量化误差的方法.接收机采用全数字结构,ADC直接欠采样量化射频前端的放大信号;数字模块先进行信道估计,利用信道估计结果实现符号同步.仿真表明采用4 GSamples/s、3 bits的ADC,Eb/N0等于21dB时,系统误码率可达到2.8x10-4.     

基于多阵元的室内导航伪卫星系统设计

针对伪卫星定位过程中的时钟同步以及整周模糊度求解问题提出了一种基于天线阵列的同源四阵元伪卫星系统。系统采用固定导航电文参数设计的伪卫星脉冲信号体制,实现了伪卫星信号与卫星信号在商用接收机端的兼容,为伪卫星室内定位的推广与普及提供了基础。同时提出一种应用于该伪卫星系统的载波相位单差定位方法,由于其采用同源时钟,不存在信号间时钟偏差问题,仅需利用载波相位单差消除伪卫星与接收机间的钟差,即可建立载波相位单差方程实现定位解算,减低了算法复杂度。最后搭建伪卫星平台,实现了伪卫星信号的生成与接收,并对伪卫星的信号质量以及接收机端观测数据进行了分析,验证了该伪卫星系统信号设计及定位方法的可行性,对实际工程应用具有一定的借鉴意义。     

GLONASS软件接收机设计、实现与性能验证

近年来GLONASS更新速度加快,并在全球布设地面站,服务性能大幅提升,2019年8月中俄兼容互操作协定的签署,使GLONASS再次被研究者关注。研究了GLONASS导航信号的捕获、跟踪、星历提取及定位解算方法,设计并开发了GLONASSL1OF信号软件接收机,实测数据定位结果水平精度±6米,高程精度±8米,50%可能性的水平圆误差为2.7272m。分析了GLONASS信号测距和定位性能,在载噪比≥47.60dB时,伪距拟合差≤5m,同URA下,HDOP在2.1736～3.4812范围变化时,水平定位偏差标准差波动7.4092m。经分析精度衰减因子(DOP)和用户测距误差(URE)是最终定位误差主要影响因素。     

钢板激光打孔打标机计算机控制的研究

该项目根据宝钢钢板打孔和打标的实际需要出发,研制出新型脉冲调Q Nd：YAG激光打孔和打标两用激光加工系统所用的计算机操作系统;开发应用软件,并辅助以硬件设备,可利用多功能数字输入输出计数器/定时器PCL-836（A）产生频率、幅值、脉冲宽度、脉冲组数等均可自由调整的控制脉冲信号,能够满足现场各类打孔打标需要,脉冲输出准确率100%.     

卫星定位信号实时处理实验平台的设计与实现

本文设计了卫星定位信号实时处理实验平台.该平台接收卫星定位信号,经射频电路变换为数字中频信号后分为两路输出：一路与FPGA开发板相接,用于数字卫星定位接收机的研制;另一路通过并行口EPP协议送至主机,用于软件卫星定位接收机的开发.该平台提供了卫星信号处理基础算法库和基础软核库,可有效支持卫星定位接收机的软硬件开发.目前已经基于该实验平台完成了数字GPS接收机原型的设计和软件GPS接收机原型的开发.平台的兼容性很好,只需更换射频电路,即可用于新一代卫星定位接收机的研究开发.应用用效果表明,使用该平台可显著提高开发效率和质量.     

基于以太网的高精度测试系统设计

针对数字量变换器高精度的测试任务,以FPGA为核心,设计了高精度的数字量变换器测试系统。该系统通过以太网接口芯片W5300与计算机通信,能够输出单帧具有128个波道的高精度同步信号,产生20路频率和脉冲个数均可调的脉冲信号、指令信号以及接收PCM码数据。本系统结构简单、可靠性强、精度高,可以有效地完成对数字量变换器的各项功能测试。     

基于IBIS模型的多路脉冲信号源ADS仿真

使用高速比较器+两级时钟扇出buffer+比较器输出CMOS电平方案,利用ADS的Integrity–IBIS模块,搭建了80台示波器用脉冲信号源。介绍了IBIS模型原理、语法结构及模型适用性,并进行了瞬态仿真,分析了高速比较器IC、时钟扇出IC和脉冲输出IC之间的差分信号完整性,对最终输出信号的延迟和抖动进行了计算。仿真结果表明：使用高速比较器+两级时钟扇出buffer+比较器输出CMOS电平方案可获得80路同步触发信号;输入输出信号延迟<2.6ns,抖动<11ps,50Ω负载时输出信号幅值1.97V,前沿997ps,满足多路示波器外触发信号要求。     

精测周期误差的环形延时链法

本文介绍的暂称为“环形延时链法”的测定办法,精确地测定了磁盘每旋转一周所产生的13440个等分伺服脉冲彼此间的误差.用由反相门构成的延迟链替代高频器件,产生多个相位两两相差数毫微秒的高频脉冲信号串.这些脉冲信号串送往一个计数器组分别去进行计数.把各计数器计得的脉冲数(或脉冲数的余数)与标准周期所应计得的脉冲数(或脉冲数的余数)进行比较,从而确定误差值.     

基于改进DDS算法的任意信号发生器设计

针对传统直接数字频率合成(DDS)算法存在的幅度量化误差、相位截断误差问题,提出了一种混合利用信号对称性+Sunderland构造对数据ROM进行压缩的方法,用来增大数据ROM的存储量,同时采用改进型相位抖动注入法抑制相位截断误差.硬件电路部分设计了幅频校正电路,对信号进行校正,保证了信号幅度的稳定输出.测试结果表明,信号发生器可以输出高速、稳定、低衰减、低杂散的任意波形,输出信号频率范围为1 MHz～30 MHz,幅度峰峰值为40 mV～6.7 V.     

高精度磁场式时栅传感器激励信号对测量误差的影响分析及系统设计

为提高磁场式时栅传感器测量精度,本文从理论上推导分析了时栅传感器激励信号源幅值和相位不一致产生的谐波成分对时栅传感器测量精度的影响,提出了一种基于DDS原理并采用完整闭环调节的高性能时栅激励信号源设计方案。以FPGA为微处理器,通过编程分频系统时钟,设置频率、相位控制字对DDS输出的信号频率、相位进行调节,使用增益控制器配合相位累加器实现相位到幅值精确转换。搭建了信号调理电路和信号反馈电路,通过实时对比反馈控制,解决了系统电路阻抗不匹配及干扰导致的激励信号相位不正交性和幅值不一致性的问题。实验结果表明：本文所设计的激励信号源输出信号幅值相对误差只有0.4%,正交性相对误差只有0.05%,并且采用该激励信号源,磁场式时栅传感器测角原始误差从±103.4"降低到了±20.3",有效抑制由于激励信号源幅值不一致和相位不正交带来的谐波误差。经修正后对极内角位移测量误差只有±1.3",整周角位移测量精度达到±2",满足高精度位移测量要求。     

基于北斗卫星通信的航天测控频段故障诊断系统设计

针对传统航天测控频段故障诊断方法受到信息传输时延影响而导致诊断精准度低的问题,提出基于北斗卫星通信的航天测控频段故障诊断系统设计;硬件结构设计了判断故障类型的波头信号检测模块;通过地面接收机接收卫星发出的微弱信号,计算本机晶振脉冲数,以此修改北斗卫星通信数据;利用北斗授时模块,保证了输出时间的准确性,避免了延迟问题;软件部分用逻辑推理设计航天测控频段故障诊断流程,并使用北斗卫星诊断技术,纠正误差;由实验结果可知,该系统信号线松动脉冲信号诊断结果与实际情况一致,陀螺输出角度量漂移与实际值一致,误差为0,具有精准诊断结果.     

一种较铁测量相位方法

本文介绍了一种通过提高计数脉冲频率和同步测量信号多为提高相测量精度,同时 种通过分频来提高单片机计数器工作频率的措施,从而实现了用单片机精确测量较范围内信号的相位。     

基于北斗/iNEMO的航姿测量系统设计

基于北斗接收机和i NEMO惯性传感器模块,设计了一种可用于载体运动姿态方位解算的传感信息采集微系统。针对两个导航单元存在输出数据格式、速率和接口完全不同的问题,采用双CPU+FPGA+Flash的硬件架构,并由两个处理器协同工作完成了多路大容量导航参数的实时采集、处理和存储。同步计数器将北斗输出的1PPS脉冲作为清零信号,同时考虑到i NEMO没有固定的时间参考系,在i NEMO数据中加入北斗时标信息,由硬件逻辑电路实现了子单元数据在整秒时刻的同步。试验验证了北斗1PPS秒脉冲信号的同步偏差不会影响后续滤波的精度,且该模块能稳定地输出带时间标记的三轴加速度、陀螺传感器和磁传感器数据。通过解算可得到载体位置、速度、姿态等信息。该系统体积小、功耗低、鲁棒性好,设备可重复使用,不仅能够满足单一飞航装备测试的要求,还可以结合多传感器信息融合技术,进一步提高多目标导航定位的时空精度。