一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法，系统包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与FPGA连接，FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，FPGA还通过内部接口输出解调数据。本发明专利技术对可遥测、遥控、数传的无人机的系统及其方法中的地空窄带信号通信子系统及其方法进行完善，适用于空中的无人机接收终端及其方法，具有资源损耗低、数据处理精确等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法
本专利技术涉及一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法。
技术介绍
无人机具有费效比低、零伤亡和部署灵活等优点，可以帮助甚至是代替人类在很多场景中发挥作用，如灾后的人员搜救、基础设施监察等。无论在民用还是军用领域，无人机均有着广阔的应用和发展前景。可遥测、遥控、数传的无人机的系统包括空-地双向通信和地-地双向通信两部分，按照传输数据类型进行划分，可分为宽带信号通信和窄带信号通信两种类型，其中宽带信号为无人机侦察图像数据传输业务和无人机遥测业务，窄带信号为手持终端与无人机间遥控通信业务，手持终端与车载终端间通信业务。而窄带通信中很重要的一个环节就是它的接收终端及其方法，接收终端包括无人机终端。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种资源损耗低、数据处理精确的用于无人机地空窄带通信系统的接收终端及其方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端，它包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与FPGA连接，FPGA的时钟控制输出与ADC连接，FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，FPGA还通过内部接口输出解调数据；所述的FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益。所述的下变频模块包括正交混频电路、低通滤波电路和数控振荡电路，正交混频电路的输入分别与ADC输入信号和数控振荡电路连接，正交混频电路输出I、Q两路信号至低通滤波电路，低通滤波电路输出I、Q两路信号至小数抽取模块。所述的数控振荡电路使用CORDIC算法，仅消耗少量的寄存器和加法器资源，不消耗RAM，资源损耗基本上可以忽略不计。所述的小数抽取模块对下变频模块得到的基带信号进行小数倍抽取，输出信号样值至粗频偏校正模块。由于解扩后信号带宽只有180kHz左右，而最高多普勒频偏达3kHz，在某些干扰情况下，频偏可能会超出常规的锁相环捕获带之外，所以这里将载波同步部分拆分成“粗频偏校正”和“精频偏同步”两个环节。所述的粗频偏校正模块包括正交混频电路、消除调制信息电路、FFT电路、谱线峰值搜索电路、计算频偏电路和数控振荡电路，正交混频电路接收来自小数抽取模块输出的信号，正交混频电路的输出分别与窄带滤波模块和消除调制信息电路连接，消除调制信息电路的输出与FFT电路连接，FFT电路的输出与谱线峰值搜索电路连接，谱线峰值搜索电路的输出与计算频偏电路连接，计算频偏电路的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与正交混频电路连接。输入信号是4倍符号采样率，进入4次方运算模块，消除QPSK的调制信息，获得单音频点信息。经过FFT和谱线峰值搜索，即可获取粗频偏信息。其中FFT的点数使用2048点，可以获得足够低的残余频偏，保证精频偏同步模块的正常捕获。校正一次后，后续几次FFT得到的粗频偏信息接近，峰值足够，则认为已经稳定，无需再校正；否则认为系统失步，重新进行粗频偏校正。由于频偏较大，DDC，实施的是稍微宽带的滤波，保证信号谱不受损坏；在粗频偏校正完成后，再进行一次窄带滤波，进一步滤除残余的带外噪声。所述的窄带滤波模块用于进一步滤除残余的带外噪声。由于窄带信号的信号带宽较小，不使用SCFDE等均衡技术。同步使用Gardner算法，对少量的残余频偏不敏感(按照3kHz最大频偏，4.5Mbaud/s左右波特率算，残余频偏大约是码元速率的0.1%左右)，可以位于频率同步模块之前。输入数据进行小数倍内插/抽取后，得到4倍符号采样率的信号；对4倍样值信号进行gardner位定时误差估计，得到瞬时误差值，通过环路滤波器滤除高频噪声后，驱动NCO产生定时内插使能及内插参数；“Farrow定时内插”模块使用farrow结构，插值得到准确的码元判决点，最终通过输出缓冲输出；所述的Farrow结构是一种高效的多项式内插实现结构。所述的位同步模块包括输入缓冲模块、reg模块、定时误差估计模块、环路滤波器、数控振荡电路、定时内插模块、输出缓冲模块和两个移位寄存器，输入缓冲模块的输入与窄带滤波模块连接，输入缓冲模块的输出与reg模块连接，reg模块的输出与其中一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的一路输出与另一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时误差模块连接，定时误差估计模块的输出与环路滤波器连接，环路滤波器的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的另一路输出通过输出缓冲模块输出数据；所述的精频偏同步模块包括正交混频电路、数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路，正交混频电路、数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路组成数字锁相环，外部I、Q两路输入与位同步模块连接，正交混频电路的输出分别与相位误差估计电路和译码/判决模块连接，相位误差估计电路的输出与环路滤波电路连接，环路滤波电路的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与正交混频电路连接。所述的数控振荡电路的实现使用的是DDS算法，而不是cordic算法，因为FPGA中cordic逻辑的时序延时量较大，导致环路延迟大，影响频偏捕获能力，而DDS只有1到3个clk的延时，可以保证环路捕获行为和跟踪行为的性能。所述的译码/判决模块使用维特比软判决算法，所述的解交织模块用于实现简单的缓冲读写。所述的匀速缓冲模块包括数据缓冲模块、缓冲量监测模块、环路滤波模块和数控振荡模块，数据缓冲模块接收输入数据和输入时钟，数据缓冲模块的一路输出与缓冲量监测模块连接，数据缓冲模块的另一路输出输出数据，缓冲量监测模块的输出与环路滤波模块连接，环路滤波模块的输出与数控振荡模块连接，数控振荡模块的一路输出与数据缓冲模块连接，数控振荡模块的另一路输出时钟信号。所述的射频接收模块包括双工器、发送端处理模块、接收端处理模块和驱动模块，所述双工器的用于接收和发送数据，所述的发送端处理模块的输出与双工器连接，接收端处理模块的输入与双工器连接，驱动模块的输出分别与发送端处理模块和接收端处理模块连接；所述的驱动模块包括晶振、本振、功分模块、两个驱动放大模块和驱动器，本振的两路输入分别与晶振和SPI码连接，本振的输出与功分模块连接，功分模块的两路输出分别与两个驱动放大模块连接，两个驱动放大模块的输出分别与发送端处理模块和接收端处理模块连接，驱动器的输出与发送端处理模块连接，所述的驱动器输出5位并行控制码；所述的发射端处理模块包括混频模块、滤波模块、放大模块、数控衰减本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端，其特征在于：它包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与FPGA连接，FPGA的时钟控制输出与ADC连接，FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，FPGA还通过内部接口输出解调数据；所述的FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益。

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端，其特征在于：它包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与FPGA连接，FPGA的时钟控制输出与ADC连接，FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，FPGA还通过内部接口输出解调数据；所述的FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益；所述的下变频模块包括第一正交混频电路、低通滤波电路和第一数控振荡电路，第一正交混频电路的输入分别与ADC输入信号和第一数控振荡电路连接，第一正交混频电路输出I、Q两路信号至低通滤波电路，低通滤波电路输出I、Q两路信号至小数抽取模块，所述的第一数控振荡电路使用CORDIC算法；所述的粗频偏校正模块包括第二正交混频电路、消除调制信息电路、FFT电路、谱线峰值搜索电路、计算频偏电路和第二数控振荡电路，第二正交混频电路接收来自小数抽取模块输出的信号，第二正交混频电路的输出分别与窄带滤波模块和消除调制信息电路连接，消除调制信息电路的输出与FFT电路连接，FFT电路的输出与谱线峰值搜索电路连接，谱线峰值搜索电路的输出与计算频偏电路连接，计算频偏电路的输出与第二数控振荡电路连接，第二数控振荡电路的输出与正交混频电路连接；所述的位同步模块包括输入缓冲模块、reg模块、定时误差估计模块、环路滤波器、第三数控振荡电路、定时内插模块、输出缓冲模块和两个移位寄存器，输入缓冲模块的输入与窄带滤波模块连接，输入缓冲模块的输出与reg模块连接，reg模块的输出与其中一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的一路输出与另一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时误差模块连接，定时误差估计模块的输出与环路滤波器连接，环路滤波器的输出与第三数控振荡电路连接，第三数控振荡电路的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的另一路输出通过输出缓冲模块输出数据；所述的精频偏同步模块包括第四正交混频电路、第四数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路，第四正交混频电路、第四数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路组成数字锁相环，外部I、Q两路输入与位同步模块连接，第四正交混频电路的输出分别与相位误差估计电路和译码/判决模块连接，相位误差估计电路的输出与环路滤波电路连接，环路滤波电路的输出与第四数控振荡电路连接，第四数控振荡电路的输出与第四正交混频电路连接，所述的第四数控振荡电路实用DDS算法；所述的匀速缓冲模块包括数据缓冲模块、缓冲量监测模块、环路滤波模块和第五数控振荡模块，数据缓冲模块接收输入数据和输入时钟，数据缓冲模块的一路输出与缓冲量监测模块连接，数据缓冲模块的另一路输出输出数据，缓冲量监测模块的输出与环路滤波模块连接，环路滤波模块的输出与第五数控振荡模块连接，第五数控振荡模块的一路输出与数据缓冲模块连接，第五数控振荡模块的另一路输出时钟信号。2.根据权利要求1所述的一种用于无人机地空窄带通信系统的接收终端，其特征在于：所述的射频接收模块包括双工器、发送端处理模块、接收端处理模块和驱动模块，所述双工器的用于接收和发送数据，所述的发送端处理模块的输出与双工器连接，接收端处理模块的输入与双工器连接，驱动模块的输出分别与发送端处理模块和接收端处理模块连接；所述的驱动模块包括晶振、本振、功分模块、两个驱动放大模块和驱动器，本振的两路输入分别与晶振和SPI码连接，本振的输出与功分模块连接，功分模块的两路输出分别与两个驱动放大模块连接，两个驱动放大模块的输出分别与发送端处理模块和接收端处理模块连接，驱动器的输出与发送端处理模块连接，所述的驱动器输出5位并行控制码；所述的发送端处理模块包括混频模块、第一滤波模块、第一放大模块、数控衰减模块、驱放模块和功放模块，混频模块的一路输入为中频信号，混频模块的另一路输入与驱动模块中的其中一个驱动放大模块连接，混频模块的输出与第一滤波模块连接，第一滤波模块的输出与第一放大模块连接，第一放大模块的输出和驱动模块的驱动器的输出均与数控衰减模块连接，数控衰减模块的输出与驱放模块连接，驱放模块的输出与功放模块连接，功放模...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙宁，李亚斌，张澜，张星星，
申请(专利权)人：成都中远信电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51