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《电子科技大学》 2004年
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数字接收机若干技术研究及系统实现

郑立岗  
【摘要】:由于现代电子接收设备正处于越来越恶劣的电磁环境中,对接收系统的抗干扰性能提出了更高的要求,所以对于抗干扰能力和灵活性较差的模拟接收系统来说已变得越来越不能适应。20世纪80年代后,为充分利用可靠性高、抗干扰能力和灵活性强的数字处理技术,模拟接收系统逐渐向数字化方向发展。而从90年代开始,更提出了软件无线电概念。但由于受到模数转换器(ADC)和数字信号处理(DSP)等技术发展水平的限制,研究数字接收机成了一种折衷的方案。因此,研制高效的宽带数字接收机对于完成宽带通信接收系统的数字化改造,提高雷达、遥测等通信接收系统的性能,实现最终的软件无线电接收系统具有重要的意义。 目前数字接收机方面的研究主要集中于扩展数字接收机的动态范围、高效的宽带数字下变频(DDC)技术、实时高效的数字相干解调技术等。本文以脉冲编码调制/调频(PCM/FM)遥测中频数字接收机和宽带雷达数字接收机为研究背景,对数字式自动增益控制(AGC)技术、高速高精度宽带高效数字接收机结构、高效实时数字鉴频技术、可用于FM解调的开环频率跟踪技术等若干技术进行了较为深入的研究,并设计实现了PCM/FM遥测中频数字接收机和宽带雷达数字接收机两套实验系统。 本文的主要创新之处: 1) 对数字式AGC技术进行了深入的讨论,提出了用求绝对值代替乘法运算并通过无需乘法器的级联累积梳状滤波器(CIC)滤波或滑动最大值法求取数字包络的高效包络检波方法,基于这种数字包络检波方法的数字式AGC具有实现高效等优点,对高速宽带数字接收机具有重要的实用价值。这种AGC环路中的两种高效数字包络检波方法在现有文献中未见有详细分析报导。 2) 对高效数字接收机结构进行了研究,给出了一种高效的多相抽取 电子科技大学博士学位论文 滤波器实现结构,并结合多相等效结构和多片高精度模数转换器 (ADC)并行采集结构提出了一种高速高精度宽带高效数字接收 机结构,对该结构的性能改进措施进行了详细的分析。这种结构 对于突破现阶段数字处理技术的某些瓶颈,为实现接收机更高 速、更高效的数字化改造具有重要的意义。 对高效实时数字鉴频技术的研究中,提出了一种基于坐标旋转数 值计算方法(CORDIC)和一阶差分的高效数字鉴频方法,这种 方法可避免庞大的ROM表而采用流水结构实时地计算同相分量 I和正交分量Q所对应的相位值,而在实现时只需简单的加法器 和移位器,所以该方法具有精度高、实时性好、结构简单等优点。 因此具有很广的应用前景。 对用于FM相干解调的开环频率跟踪技术的研究中,打破了传统 的闭环锁相结构,提出了基带去除多谱勒频率和载波频偏的方 法,这种方法可大大简化PCM/FM数字中频接收机的设计,提 高响应速度。这种基于数字锁相环( DPLL)的开环频率跟踪方 法在现有文献中未见有详细分析报导。 基于AD6644和AD6620设计实现了一套“PCM/FM遥测中频数 字化接收机”实验系统,测试结果表明该系统达到了预期的设计 要求,可以用于PCM/FM遥测接收机的数字化改造。 采用高速ADC和高速现场可编程门阵列(FPGA)技术,设计实 现了一套“宽带雷达数字接收机”实验系统,测试结果表明该系 统的DDC部分己达到了预期的设计要求。
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