类噪声Chirp扩频通信系统研究与FPGA实现.pdf

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1、类噪声Chirp扩频通信系统研究与FPGA实现袁少波2014年01月中图分类号：TN914.42UDC分类号：621.39类噪声Chirp扩频通信系统研究与FPGA实现作者姓名袁少波学院名称信息与电子学院指导教师陶然教授答辩委员会主席王祖林教授申请学位级别工学硕士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年01月22日TheresearchonChirpNoiseWaveformbasedSpreadSpectrumCommunicationSystemandFPGADesignofReceiverCa

2、ndidateName:ShaoboYuanSchoolorDepartment:DepartmentofInformationandElectronicFacultyMentor:Prof.RanTaoChairThesisCommittee:Prof.ZulinWangDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:InformationandCommunicationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefenc

3、e:January22，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要随着天基测控系统载波频段的不断提高，由此而产生的大多普勒频偏对信号的捕获提出了更高的要求。而传统的直接序列扩频体制对多普勒频偏敏

4、感，这将大大延长系统的捕获时间，同时也会提高接收机复杂度。本文研究了Chirp信号利用时频耦合对多普勒频偏不敏感的特性，同时针对其时频特征明显，安全性较差的问题，研究了一种类噪声Chirp扩频通信系统，并设计完成了基于FPGA硬件架构的接收机原理样机开发工作。本文的主要研究内容如下：1、分析了现有的天基测控信号捕获算法在高动态、低信噪比下的捕获性能，研究Chirp信号的时频耦合、脉冲压缩等特性，并针对Chirp信号安全性较差的问题，提出采用类噪声Chirp信号作为系统基带波形，理论分析并仿真了类噪声Chirp信号在不同相位尺度

5、因子下的多普勒容限以及LPD/LPI性能。2、研究了基于双匹配滤波器的类噪声Chirp信号快速同步捕获方法，充分利用CNW时频耦合特性，接收机只需要在时域搜索匹配滤波器输出峰值的位置就可完成符号同步和多普勒频偏估计，相比于传统的时频二维搜索方法，在接收机复杂度基本不变的情况下，捕获时间由原来的5s左右缩短到10ms以内。3、传统Chirp扩频系统采用调频率携带信息，具有较好的鲁棒性，但信息传输速率较低，且不易实现高阶调制。本文研究了CNW具有良好的自相关性能，采用高阶CCSK调制技术，有效提高了系统的信息传输速率以及频带利用率

6、。并针对传统采用相关器组解调高阶CCSK复杂度较高的问题，研究了一种基于两段拼接匹配滤波的高效解调方式，并采用串并转换的方式消除符号间干扰，提高解调性能，同时可以有效减少硬件消耗资源。设计并完成了类噪声Chirp扩频通信系统基于FPGA的接收机原理样机的开发工作，并详细阐述了接收机各模块的设计及实现方式，包括数字下变频、信号捕获、符号同步及多普勒估计、多普勒补偿和CCSK解调等模块。考虑到FPGA面积与速度互换原则，分别设计了串行和并行两种匹配滤波实现方式。串行方式需要更高的系统时钟，但是可以有效地降低系统消耗资源。关键词：天

7、基测控类噪声Chirp信号快速捕获CCSK调制FPGAIAbstractInthenextgenerationKa-bandTT&Csystem,Dopplershiftwillbeover800kHz.However,thetraditionaldirectsequencespreadspectrum(DSSS)systemsensitivetotheDopplershift,whichwillgreatlyextendtheacquisitiontimeandincreasethecomplexityofreceiver.

8、ThispaperstudiesthefrequencycouplingcharacteristicsofChirpsignalwhichisnotsensitivetotheDopplershift,atthesametimeforitstime-frequencychar