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较传统意义上的基带设备,第四代基带设备由于采用了CPCI总线硬件平台、千万门级FPGA和高性能DSP芯片以及软件可重组设计技术,因此其具有可靠性高、通用性强、功能可重组等优势。中频调制器是基带分系统的核心器件,主要完成基带中频发射信号的产生、提供基带接收机接收解调参考基准信号、接收解调时统信号等功能。按照软件无线电的思想设计实现调制器,在同一个硬件平台上,通过配置不同的软件模块来实现不同的调制信号,缩短研制周期,避免因调制体制的变化而产生诸多问题;同时,由于数字器件的一致性较好,使得基于软件无线电的通用调制器的制造和测试成本大幅降低;此外,还能应用先进的信号处理技术提高信号的调制特性,增强调制器的灵活性和扩展性。
1 系统方案设计 1.1 系统组成 基于CPCI总线的中频调制器将模拟与数字电路分离,以前后板方式安装于工控机内,硬件构成上主要包括调制器信号处理板、渊制器信道盒。 1.1.1 调制器信号处理板 调制器信号处理板为CPCI标准板卡(前板)结构,电路框图如图1所示,硬件电路主要由以下几部分构成: (1)主控FPGA、PCI接口、双口RAM,主要完成对板卡的功能重组控制、PCI总线数据接收、发送功能。 (2)功能可重组FPGA1及其外围器件、DSP及其外围器件。FPGA1加载中频调制器测距信号产生、噪声源模块。DSP用于调制器单元的控制等功能。 (3)D/A变换器1,2。D/A变换器工作频率可以到1 GHz,可以直接产生70 MHz的中频信号;板卡配备2片高速D/A,具备双通道中频调制输出能力。在本基带中D/A变换器1输出上行中频调制信号。D/A变换器2在中频闭环测试时用,输出高斯白噪声,模拟信道噪声。 1. 1.2 调制器信道盒 调制器信道盒安装于CPCI标准板卡(后板)。上行中频信道框图见图2。信号支路采用(68±1.7)MHz和(70±16.2)MHz两种滤波器。在工作状态时产生的(68±1.625)MHz(68 MHz载波,1 MHz高侧音,125 Kb/s的PN码,上行扫描范围±500 kHz)上行信号通过(68±1.7)MHz滤波器输出。在设备自检状态时产生的(70.08±16.105)MHz或(69.92±16.105)MHz(70.08 MHz或69.92 MHz载波,最大14.5 MHz副载波,1 MHz高侧音,125 Kb/s的PN码,下行多普勒范围±400 kHz)模拟下行信号通过(70±16.2)MHz滤波器输出。噪声支路采用(70±16.2)MHz的滤波器,输出模拟下行通道噪声。 1.2 工作原理 中频调制器功能组成框图如图3所示,中频调制器为前、后板结构,以系统频标为参考相干地产生各种信号。综合基带工作状态时,中频调制器产生上行测距信号。PN码与巴克码模二加,再对主音BPSK调制,调制后的主音对载波进行PM调制。主站、副站1、副站2产生的上行信号测距PN码型不同,可以由监控选择。 调制中频信号经过滤波、放大后输出(信号带宽:(68±1.5)MHz),经上变频、功率放大后由天线发送到应答设备。基带设备可以接收系统监控台的控制,对上行频率进行调整或控制上行频率扫描,可控制扫描回零。基带设备在自检状态时,中频调制器产生下行模拟信号,该信号与图4所示的应答设备下发信号形式相同,即副站1测距信号对9 MHz副载波PM调制,副站2测距信号对14.5MHz副载波PM调制,然后2个已调副载波信号与主站测距信号一起对载波进行PM凋制;由监控计算机控制,可以关掉任意一路副载波信号或主站测距信号。调制器产牛的下行模拟信号带宽为(70±16.2)MHz。 |
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2 主要技术指标
(1)测距信号形式:PN码⊕巴克码对高侧音BPSK调制; (2)载波调制方式:测距信号对载波PM调制; (3)高侧音频率:1 MHz; (4)输出载频:68 MHz; (5)工作方式:固定点频、预置、扫描方式; (6)扫频带宽:±500kHz; (7)调制度:0~1.5 rad; (8)输出信噪比(自检模式):128 dBHz。 3 测试结果及应用 3.1 常温测试 常温条件下的测试结果表明,中频调制器满足设计指标要求(见表1)。 3.2 应用情况 该调制器已在我部新研基带设备上得到了应用。在近两年的应用过程中,该调制器工作稳定,操作方便。同时利用自检信噪比可调的特点,极大地方便了系统测试工作。调制器软件操作界面如图5所示。 4 结论 随着数字技术、软件无线电技术的快速发展,基带调制技术正朝多模式、多目标、多调制体制、多编码方式、软件化、高数据速率及高载波频率的方向发展,同时必须具备优异的抗干扰、保密及可扩展性能。本文所述中频调制器为典型的自主外测型调制模块化基带设备,通过DSP、FPGA软件模块的重组即可实现标准TT&C调制器。长期的应用表明,该调制设备性能稳定、操作灵活,通过软件的简单配置即可以实现多种调制模式功能,可以作为第四代标准调制设备推广应用。 |
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基于采用FPGA控制MV-D1024E系列相机的图像采集系统设计
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