基于认知无线电的数字宽带接收机关键技术研究

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随着现代战争信息化进程的发展,电子战中电磁频谱资源日益紧张。为了合理利用频谱资源,电子战系统需要对无线电环境有较强的认知能力。其中宽带接收机作为认知侦察环的重要设备,面临越发恶劣的电磁环境,其适应环境的能力成为性能提升的关键。由于数字信号处理技术和大规模集成电路的发展,数字化的宽带接收机相比传统的模拟接收机,其在信号处理精度、瞬时带宽和多信号处理能力上都有很大的提升,成为电子接收系统发展的必然趋势。因此本文在前人研究的基础上,主要围绕数字宽带接收机关键技术展开研究,结合工程实践,设计实现了一种基于FPGA的高效宽带接收机结构。且针对宽带接收体制下,跳频信号的时频分析问题进行了讨论。具体的研究内容包括以下几点:(1)研究了数字宽带接收机的理论模型,针对结构中高速ADC采集速度快与后端数据处理速率较低的矛盾,介绍了几种数据速率转换方式。通过分析多相滤波技术来改善传统多速率信号处理中的滤波器组结构,降低其计算复杂度,并研究了数字宽带接收机中最佳原型滤波器的设计理论。(2)对基于多相滤波结构的数字宽带接收机系统进行了设计与实现,为达到宽带信号全概率接收的目的,研究了其信道划分和排列方式。结合FPGA中并行运算的优势,完成了接收机中数据高速采集、分路抽取、蝶形运算和数据缓存等模块的硬件实现,并成功调试和验证了其有效性。(3)针对宽带接收机中动态范围和灵敏度较低的问题,分析了自动增益控制的重要性,对常用的AGC结构进行比较和分析,设计实现了一种适用于宽带接收体制的前馈式数字AGC结构。详细讨论了滤波器性能与环路收敛速度的矛盾,在工程验证中选取合适的参数设置,该模块改善了由于弱信号特征不明显而导致无法正常接收的缺陷。(4)研究了宽带接收体制下跳频信号的时频分析问题,比较了多种时频图提取方法,分析了其工程实现的优劣。根据现有时频图提取方法的不足,提出了两种时频图修正方式,并针对抗噪性能对其进行了改善。最后通过仿真,分析修正方式对跳频信号检测与参数估计的性能提升,验证了该方法的有效性。
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