基于FPGA的无线电罗盘的方位角解调

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无线电罗盘是整个导航系统中很重要的一部分,它是目前国内所有飞机上必不可少的设备。旧式的无线电罗盘的定向功能大多是由精度较低、稳定性较差的模拟电路来实现的。而随着高性能FPGA开发板的不断出现和数字信号处理技术的不断进步,实现基于FPGA技术的数字化无线电罗盘成为了当下的研究热点,其将显著地改善罗盘的性能,提高设备的可靠性、维修性、抗干扰性和可操作性。本论文提出了一种新型的基于FPGA的无线电罗盘的方位角解调方法,从无线电罗盘的基本原理、Matlab仿真、Modelsim仿真以及FPGA电路实现等多个方面来对无线电罗盘的工作原理以及功能特性进行详细的研究。主要研究工作如下:在信号源模块中,实现了对中频数字信号的模拟生成,用于测试无线电罗盘方位角解调方法的性能。在该章中,通过对无线电罗盘天线接收信号进行理论分析,推演出一种调相式公式模型,并利用DDS以及乘法器完成模拟信号源的生成。在载波同步系统中,使用Costas载波同步环对数字中频信号进行数字锁相。在该章中,对各种数字锁相环进行理论分析,并设计一种新型的载波同步环,该载波同步环采用消除符号模糊法鉴相器,提高了锁相性能。然后通过Matlab进行仿真,并编写各个模块以及Testbench,完成数字载波同步方案的总体实现。在方位角解调系统中,通过方法的创新实现了无线电罗盘的方位角解调。该系统主要包括CIC抽取、带通FIR、CIC内插、基准方波的产生以及方位角计算等模块,通过Matlab对其进行仿真分析,使用Modelsim对各个模块进行功能验证,再利用Chipscope进行在线逻辑调试,提高了无线电罗盘方位角解调的精度和解调速度。在实现了这三大部分后,通过编写顶层文件,把信号源产生、载波同步以及方位角解调模块综合成一个整体电路,并下载至FPGA中进行性能调试。最终测试结果表明,此无线电罗盘的方位角解调速度约为0.1s,解调精度为不大于±0.5°,高于国际先进国内领先的数字化无线电罗盘WL-5C 0.5s和±2°的设计要求。
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