【摘 要】
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近些年来,随着现代无线通讯技术的发展,Wi-Fi的使用场景日益广泛,我们的身边也充斥着无处不在的Wi-Fi信号,通过对我们周围的Wi-Fi 信号进行监测并分析,可以获知大量信息并进行应用,例如基于 Wi-Fi信号检测的室 内定位技术等。在机场等特殊场景下,Wi-Fi 覆盖范围大,飞机周围Wi-Fi环境复杂,干扰源多,我们需要通过Wi-Fi信号的采集跟踪目标的移动,并且感知周围Wi-Fi环境的干扰情
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近些年来,随着现代无线通讯技术的发展,Wi-Fi的使用场景日益广泛,我们的身边也充斥着无处不在的Wi-Fi信号,通过对我们周围的Wi-Fi 信号进行监测并分析,可以获知大量信息并进行应用,例如基于 Wi-Fi信号检测的室 内定位技术等。在机场等特殊场景下,Wi-Fi 覆盖范围大,飞机周围Wi-Fi环境复杂,干扰源多,我们需要通过Wi-Fi信号的采集跟踪目标的移动,并且感知周围Wi-Fi环境的干扰情况对干扰源进行定位,同时获取到周围信道信息,从而选择出飞机合适的通信方向和信道,这就需要通过多通道对飞机周围各个方向上的Wi-Fi信号进行采集,给机场场景下Wi-Fi信号的采集带来了多方向多通道采集的需求。针对该需求,本文面向球形天线阵列设计了一款能够准确地同时监测多个方向上Wi-Fi信号的分布式多通道Wi-Fi信号采集系统。本文首先介绍了多通道Wi-Fi信号采集系统的研究背景及意义,并对相关国内外研究现状进行了阐述。随后对本文主要工作进行阐述介绍,本文主要工作与创新有以下三方面:(1)首先对功能需求及设计指标进行分析,重点考虑了系统设计面临的相关约束条件,确定了系统的总体设计方案。重点解决问题有:通过对球形天线阵列结构进行分析,确定了将PCB板安装在球形天线阵列的一个面上的设计方案,解决了 PCB板形状尺寸问题;通过对PCB板面积、数据传输速率以及系统功耗等约束条件进行分析,确定了 PCB板上最大通道数;根据功能需求及设计指标,确定了包含STM32F103RC微控制器模块、电源模块、ESP32Wi-Fi芯片模块以及多通道串口切换及模式选择模块的硬件组成模块设计方案,以及包含STM32F103RC微控制器模块、ESP32Wi-Fi芯片模块、串口调度模块和时钟同步模块的软件组成模块设计方案。(2)完成系统硬件设计及实现相关工作。主要工作有STM32F103RC微控制器模块、电源模块、前端采集芯片ESP32Wi-Fi芯片模块等各个模块电路设计以及PCB板设计。重点解决问题有:通过引入接地共面波导技术解决了系统中ESP32Wi-Fi芯片射频输入端口走线的阻抗匹配问题,使得传输线线宽能够满足走线要求;通过引入多路复用器解决了STM32F103RC微控制器在多个通道上前端采集芯片ESP32Wi-Fi芯片之间数据通信串口切换以及多个ESP32Wi-Fi芯片共用一个端口进行程序下载烧录的问题。(3)完成系统软件设计及实现相关工作。主要工作有STM32F103RC微控制器及前端采集芯片ESP32Wi-Fi芯片内部程序设计。重点解决问题有:通过设计按组轮询的串口调度算法解决多串口数据传输时的调度问题,使采集数据能够高效地在串口上进行传输;借鉴IEEE1588精确时钟同步协议原理,设计了低复杂度的时钟同步方案,使多个通道上所有前端采集芯片ESP32Wi-Fi芯片能够与微控制器之间实现时钟同步。最后对开发的多通道Wi-Fi信号采集系统进行了测试,对测试结果进行分析。测试结果表明,本文设计的多通道Wi-Fi信号系统,能够可靠地采集到多个通道上Wi-Fi信号数据,并且实现各个通道上时钟同步,适用于机场场景下Wi-Fi信号采集。
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