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基于二维分区的深空频率捕获算法仿真及设计

作　者: 邓伏虎
导　师: 兰家隆
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 深空探测信噪比高频率动态频率捕获
分类号: V248.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 75次
引　用: 1次
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内容摘要

在深空探测任务中,接收到的信号中包含有极大的多普勒频率以及多普勒频率变化率。由于深空任务中探测距离遥远,接收到的信号非常微弱,这是深空信号测频接收所面对的主要问题。如何解决在低信噪比下的高动态信号的频率测量问题就是本文研究的目的。本文首先介绍了深空测控通信的特点以及已有的深空测频算法,并在此基础上提出一种基于二维分区的测频算法,利用频率信道化的思想,对接收信号频率以及频率变化率进行二维分区,将接收信号的频率划分为多个小块,在每一个小块中,信号的多普勒频移以及多普勒频率变化率都比较小,在进行频率信道化以后,每一路信号的频率偏移以及多普勒频率变化率都可以利用短FFT进行准确的测频。并且可以降低实际应用中的硬件资源、运算量、存储量等。在实际仿真过程中对算法的适用范围进行准确的研究。在满足系统整体要求下对算法进行部分改进提高。然后介绍了在实际设计时所采用的一种基于二维分区的频率捕获单元系统结构。在这种结构中,同时采用300个通道进行测频捕获,每一个通道都采用同样的结构,最后在优质的状态机下进行统一调度,实现准确的FFT测频。同时将系统划分为多个结构模块,并且分析了各个模块中的理论依据,对各模块的功能进行准确的划分,使得整个系统能够实现准确的测频捕获。然后对实际应用中的问题进行了分析,得出在本设计中最适用的结构。本文最后利用这种算法进行了单个测频通道的各种模块的硬件仿真设计,在每一个模块的设计中,对各个部分都进行了分析,并在各个模块中利用各种方法进行性能的提高。同时提出了在单个模块的优势以及缺点,为下一步的研究设计提供帮助。由于时间和条件的原因并没有对硬件设计进行实际系统的联试。但软件仿真表明算法可以准确对深空信号进行测频捕获。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章概述  9-14
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-12
    1.2.1 国外研究现状  10-11
    1.2.2 国内研究现状  11-12
  1.3 本文研究内容  12-14
第二章深空测控通信的特点及测频算法  14-29
  2.1 深空测控通信特点  14-17
    2.1.1 通信距离远  14
    2.1.2 遥远距离引起的巨大时延  14-15
    2.1.3 地面接收信号的信噪比低  15
    2.1.4 高动态  15-16
    2.1.5 极低码速数据传输的功率受限系统  16
    2.1.6 深空定轨  16-17
  2.2 周期图谱估计方法  17-20
    2.2.1 周期图谱估计  17-18
    2.2.2 BT 法谱估计  18
    2.2.3 Bartlett 法谱估计  18-19
    2.2.4 Welch 法  19-20
  2.3 深空测频捕获算法  20-26
  2.4 其他算法  26-27
  2.5 深空测频捕获算法的优劣势  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章二维深空测频捕获算法  29-42
  3.1 FFT 变换理论及性质  29-31
  3.2 深空微弱信号信噪比提高方法  31-35
    3.2.1 高分辨率FFT  31-32
    3.2.2 复数FFT 变换  32-33
    3.2.3 重叠窗口积分清零滤波器(IDF)  33-35
  3.3 深空多普勒频偏信号估计  35-37
  3.4 二维深空测频捕获算法  37-40
  3.5 软件仿真及分析  40-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章频率捕获单元系统结构  42-54
  4.1 中频信道  43
  4.2 A/D 采样  43-44
  4.3 测频复信号生成  44-46
    4.3.1 PM 的FFT 复信号  45
    4.3.2 BPSK 的FFT 复信号  45-46
    4.3.3 O/QPSK 的复信号  46
  4.4 重叠窗口积分清零（IDF）  46-47
  4.5 FFT 计算模块  47-49
  4.6 测频结果处理模块  49-51
  4.7 采集阵列数据调度  51-53
  4.8 本章小结  53-54
第五章测频单通道模块仿真设计  54-67
  5.1 数控振荡器模块设计  54-58
    5.1.1 数控振荡器的设计  55-56
    5.1.2 数控振荡器的硬件仿真  56-57
    5.1.3 设计优势与问题  57-58
  5.2 测频复信号生成模块  58
  5.3 滤波预处理模块设计  58-60
  5.4 DFT 分析滤波器组模块设计  60-64
    5.4.1 改进均匀DFT 分析滤波器组设计  60-63
    5.4.2 改进均匀DFT 分析滤波器组硬件仿真  63-64
  5.5 FFT 乘法处理模块设计  64
  5.6 测频处理模块设计  64
  5.7 硬件资源分析  64-66
  5.8 本章小结  66-67
第六章结束语  67-68
附录  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
攻硕期间获得的成果  72-73

基于二维分区的深空频率捕获算法仿真及设计

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