航空卫星数字接收机的设计与实现

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1、中文摘要INMARSAT航空卫星通信系统不仅为飞机提供可靠的话音和数据通信业务，而且可传输有关空中交通控制、飞机操作控制等信息，从而显著改善飞行安全条件。本文在对航行卫星系统协议研究的基础上，设计并实现了多个卫星信道的数字接收。·本文首先概括地介绍了INMARSAT航空卫星通信系统组成和应用；然后分析了系统的硬件平台设计，由于FPGA具有高速数字信号处理的能力，适用于实时信号处理，本文以Altera公司的CycloneII为核心器件设计了卫星接收机的数字部分硬件电路；接着重点讨论了卫星接收机基带数字信号处理的实现方案，基带数字信号处理包括帧同步

2、、解交织、Viterbi译码和去扰码等四部分，航空卫星系统有多个信道，不同信道具有不同的传输特性和信道结构，本文针对不同的信道特性提出了多种解决方案，文中详细阐述了各部分的设计思想和设计方法，给出了采用硬件描述语言在QuartusII开发环境下各模块的FPGA实现过程和仿真结果；最后介绍了基于SOPCBuilder开发环境的NiosII系统设计，包括Nios1I嵌入式软核处理器和所有所需的外设及接口模块，NiosII系统硬件平台的实现为系统软件开发奠定了基础。经过现场实测，本文的设计能够达到预期目标。本设计结合了FPGA的高速处理能力和嵌入式处

3、理器的灵活性，能够很好地适应快速变化的协议和性能需求。本课题的实现为INMARSAT航空卫星系统的研究提供了物理层原始数据，具有良好的实际应用价值。关键词：航空卫星通信系统FPGA(现场可编程门阵列)数字信号处理NiosII系统ABSTRACTINMARSATaeronauticalsatellitecommunicationssystemnotonlyprovidesreliablevoiceanddatacommunicationsservicesforaircraft，butalsotransmitsinformationaboutair

4、trafficcontrolandaircraftoperations，therebysignificantlyimprovingflightsafetyconditions．Based011theresearchofINMARSATaeronauticalsatellitecommunicationsprotocols,thispaperilluminatesthedesignandimplementationofdigitalreceiversfordifferentsatellitechannels．Thispaperfirstintro

5、ducesINMARSATsatellitecommunicationssystemcomponentsandapplicationsgenerally,andthenanalysisesthesystemhardwareplatformdesign．FPGAhashighspeeddigitalsignalprocessingcapability,SOitissuitableforthereal-timesignalprocessing．Based011Altera'sCycloneⅡdevice，thePaperilluminateshar

6、dwarecircuitdesign，andthenfocuses011theimplementationofbasebanddigi协lsignalprocessing．Basebanddigitalsignalprocessingincludesseveralparts，suchasframesynchronization，deinterleaver,ViterbidecodinganddesrambleandSOon．Aeronauticalsatellitecommunicationssystemhasfoursatellitechan

7、nels，differentchannelwithdifferenttransmissioncharacteristicsandchannelstructure。ThisPaperoffersdiversesolutionsbasedonthechannelcharacteristics，anddiscussesthedesignideasindetail．ThedesignsareimplementedusinghardwaredescriptionlanguageinQuartusⅡdevelopmentenvironment,andthe

8、paperalsoofferstheprocessandsimulationresults．Finally,thispaperintroducesth