一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法
【專利摘要】一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，它包括地面設(shè)備發(fā)射步驟和無人機(jī)接收步驟；所述的地面設(shè)備發(fā)射步驟包括以下子步驟：S11：第一FPGA對(duì)將發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送至DAC，同時(shí)發(fā)送功率控制信號(hào)至射頻發(fā)射模塊；S12：DAC對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至高頻濾波電路；S13：高頻濾波電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行高頻濾波處理，之后發(fā)送給射頻發(fā)射模塊；S14：射頻發(fā)射模塊發(fā)射通信信號(hào)。本發(fā)明對(duì)可遙測、遙控、數(shù)傳的無人機(jī)的系統(tǒng)中的地空通信子系統(tǒng)進(jìn)行完善，實(shí)現(xiàn)一種用于無人機(jī)的地空寬帶通信方法，具有發(fā)射端功耗低、接收端數(shù)據(jù)處理精確等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法。

【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)具有費(fèi)效比低、零傷亡和部署靈活等優(yōu)點(diǎn)，可以幫助甚至是代替人類在很多場景中發(fā)揮作用，如災(zāi)后的人員搜救、基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)察等。無論在民用還是軍用領(lǐng)域，無人機(jī)均有著廣闊的應(yīng)用和發(fā)展前景。
[0003]可遙測、遙控、數(shù)傳的無人機(jī)的系統(tǒng)包括空-地雙向通信和地-地雙向通信兩部分，按照傳輸數(shù)據(jù)類型進(jìn)行劃分，可分為寬帶信號(hào)通信和窄帶信號(hào)通信兩種類型，其中寬帶信號(hào)為無人機(jī)偵察圖像數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和無人機(jī)遙測業(yè)務(wù)，窄帶信號(hào)為手持終端與無人機(jī)間遙控通信業(yè)務(wù)，手持終端與車載終端間通信業(yè)務(wù)。而窄帶通信中包括用于地面設(shè)備的發(fā)射端和用于地?zé)o人機(jī)的接收終端，因此需要一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種發(fā)射端功耗低、接收端數(shù)據(jù)處理精確的用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，它包括地面設(shè)備發(fā)射步驟和無人機(jī)接收步驟；
所述的地面設(shè)備發(fā)射步驟包括以下子步驟:
511:第一 FPGA對(duì)將發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送至DAC，同時(shí)發(fā)送功率控制信號(hào)至射頻發(fā)射模塊；
512:DAC對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至高頻濾波電路；
513:高頻濾波電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行高頻濾波處理，之后發(fā)送給射頻發(fā)射模塊；
514:射頻發(fā)射模塊發(fā)射通信信號(hào)；
所述的無人機(jī)接收步驟包括以下子步驟:
521:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號(hào)以及來自第二 FPGA的增益控制信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給中頻濾波模塊；
522:中頻濾波模塊對(duì)來自射頻接收模塊輸入的信號(hào)進(jìn)行中頻濾波，并發(fā)送給ADC ；
523=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給第二 FPGA ；
524:第二FPGA對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，通過內(nèi)部接口輸出調(diào)解數(shù)據(jù)，第二FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號(hào)。
[0006]所述的步驟Sll包括以下子步驟:
Sm:將數(shù)據(jù)源送入交織模塊進(jìn)行交織操作；
5112:將交織完成的數(shù)據(jù)送入組幀模塊進(jìn)行組幀；
5113:將組幀完成的數(shù)據(jù)送入卷積編碼模塊中進(jìn)行卷積編碼；
SI 14:將卷積編碼完成的數(shù)據(jù)送入QPSK映射模塊進(jìn)行QPSK映射； S115:將QPSK映射完成的數(shù)據(jù)送入成型濾波模塊，進(jìn)行成型濾波；
SI 16:將濾波完成的數(shù)據(jù)送入DUC模塊，進(jìn)行數(shù)字上變頻處理，直接將信號(hào)上變到中頻；
SI 17:將數(shù)字中頻信號(hào)送入DAC中。
[0007]步驟SI 15中所述的成型濾波使用alhpa=0.5的根升余弦濾波,階數(shù)為50階。
[0008]所述的步驟S24包括以下子步驟:
S241 =FPGA中的下變頻模塊對(duì)來自ADC的輸入進(jìn)行下變頻處理，并輸出至小數(shù)抽取模塊；
S242:小數(shù)抽取模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，輸出信號(hào)樣值至粗頻偏校正模塊；
5243:粗頻偏校正模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行獲取粗頻偏信息以及校正處理，并輸出至位同步豐吳塊；
5244:位同步模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行位同步處理，輸出信號(hào)至窄帶濾波模塊；
5245:窄帶濾波模塊進(jìn)一步濾除殘余的帶外噪聲，輸出信號(hào)至精頻偏同步模塊；
5246:精頻偏同步模塊使用數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行載波同步，完成基本的同步解調(diào)，輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊；
5247:譯碼/判決模塊接收信號(hào)進(jìn)行卷積譯碼，保證整體的解調(diào)信噪比，并輸出至解交織模塊；
5248:解交織模塊進(jìn)行緩沖讀寫，之后將信號(hào)輸出至勻速緩沖模塊；
5249:勻速緩沖模塊將解調(diào)數(shù)據(jù)通過內(nèi)部接口進(jìn)行勻速輸出。
[0009]所述的步驟S241包括以下子步驟:
52411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數(shù)控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用CORDIC算法；
52412:低通濾波模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波后輸出至小數(shù)抽取模塊。
[0010]所述的步驟S243包括以下子步驟:
52431:正交混頻電路接收來自小數(shù)抽取模塊輸入的多倍符號(hào)采樣率信號(hào)，并輸出至消除調(diào)制信息模塊；
52432:消除調(diào)制信息模塊消除調(diào)制信息，獲得單音頻點(diǎn)信息；
52433:FFT模塊對(duì)單音頻點(diǎn)信息進(jìn)行快速傅立葉變換，并輸出至譜線峰值搜索模塊；
52434:譜線峰值搜索模塊進(jìn)行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，并輸出至計(jì)算頻偏模塊；
52435:計(jì)算頻偏模塊對(duì)粗頻偏信息進(jìn)行計(jì)算，判斷是否需要繼續(xù)進(jìn)行校正:
(1)若后續(xù)幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊和正交混頻模塊之后，直接輸出至窄帶濾波模塊；
(2)其它情況下，認(rèn)為系統(tǒng)失步，將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調(diào)制信息模塊之后返回步驟S2432。
[0011]所述的步驟S245包括以下子步驟:
52451:將從窄帶濾波模塊輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行g(shù)ardner位定時(shí)誤差估計(jì)，得到瞬時(shí)誤差值；
52452:環(huán)路濾波器濾除聞?lì)l噪聲；
52453:驅(qū)動(dòng)數(shù)控振蕩電路產(chǎn)生定時(shí)內(nèi)插使能及內(nèi)插參數(shù)； 52454:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)內(nèi)插，得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)；
52455:通過輸出緩沖電路輸出結(jié)果至頻偏同步模塊。
[0012]所述的步驟S246包括以下子步驟:
52461:正交混頻電路對(duì)從位同步模塊輸入信號(hào)進(jìn)行正交混頻，輸出信號(hào)至相位誤差估計(jì)電路；
52462:相位誤差估計(jì)電路進(jìn)行相位估計(jì)，輸出信號(hào)至環(huán)路濾波電路；
52463:環(huán)路濾波電路進(jìn)行濾波，輸出至數(shù)控振蕩電路；
52464:數(shù)控振蕩電路輸出信號(hào)至正交混頻電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用DDS算法；
52465:正交混頻電路輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊。
[0013]步驟S247中所述的卷積譯碼使用維特比軟判決算法。
[0014]所述的步驟S249包括以下子步驟:
52491:數(shù)據(jù)緩沖模塊接收從解交織模塊輸入的數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘，輸出信號(hào)至緩沖量檢測模塊；
52492:緩沖量檢測模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩沖模塊的緩沖量進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)輸出信號(hào)至環(huán)路濾波模塊；
52493:環(huán)路濾波模塊進(jìn)行濾波后，輸出信號(hào)至數(shù)控振蕩模塊；
52494:數(shù)控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時(shí)鐘,一路輸出信號(hào)控制數(shù)據(jù)緩沖模塊；
52495:數(shù)據(jù)緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。
[0015]所述的射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)相同，包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述雙工器的用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，本振的兩路輸入分別與晶振和SPI碼連接,本振的輸出與功分模塊連接,功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器的輸出與發(fā)送端處理模塊連接，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼；
所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號(hào)，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器的輸出均與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接;
所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出均與混頻模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:對(duì)于發(fā)射端:本系統(tǒng)采用頻分多址來支持多架飛機(jī)的同時(shí)工作，在頻分多址的情況下，基帶瞬時(shí)調(diào)制速率比較低，在同樣的有效速率下，飛機(jī)所需要消耗的瞬時(shí)發(fā)射功率相對(duì)于時(shí)分多址和碼分多址低很多，這對(duì)于體積和功率很受限的小型無人機(jī)來說是非常重要的；對(duì)于接收端=(I)ADC輸入的信號(hào)經(jīng)過下變頻得到基帶信號(hào)，下變頻中的數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)，僅消耗少量的寄存器和加法器資源，不消耗RAM,資源損耗基本上可以忽略不計(jì)；(2)基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，得到4倍碼元速率的信號(hào)樣值，再進(jìn)行匹配濾波，這樣做的好處是利于匹配濾波系數(shù)的計(jì)算；(3)由于解擴(kuò)后信號(hào)帶寬只有180kHz左右，而最高多普勒頻偏達(dá)3kHz，在某些干擾情況下，頻偏可能會(huì)超出常規(guī)的鎖相環(huán)捕獲帶之外，所以這里將載波同步部分拆分成“粗頻偏校正”和“精頻偏同步”兩個(gè)環(huán)節(jié)；(4)由于頻偏較大，DDC，實(shí)施的是稍微寬帶的濾波，保證信號(hào)譜不受損壞；(5)在粗頻偏校正完成后，再進(jìn)行一次窄帶濾波，進(jìn)一步濾除殘余的帶外噪聲；(6)窄帶信號(hào)帶寬較小，不再使用SCFDE等均衡技術(shù)，節(jié)約成本；(7)判決后的比特信息經(jīng)過信道譯碼，得到糾錯(cuò)后的結(jié)果，為了支持遙測的精確時(shí)標(biāo)，解調(diào)數(shù)據(jù)將進(jìn)行勻速輸出；(8)由于前面幾點(diǎn)，本發(fā)明便可適用于一種發(fā)射端功耗低、接收端數(shù)據(jù)處理精確的可遙測、遙控、數(shù)傳的無人機(jī)的地空窄帶通信系統(tǒng)的接收終端，接收終端包括無人機(jī)終端。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明地面設(shè)備發(fā)射步驟流程圖；
圖2為本發(fā)明無人機(jī)接收步驟流程圖；
圖3為實(shí)施例中本發(fā)明的方法依賴的裝置示意圖；
圖4為步驟Sll子步驟流程圖；
圖5為步驟S24子步驟流程圖；
圖6為實(shí)施例實(shí)現(xiàn)步驟S241的下變頻模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖7為實(shí)施例實(shí)現(xiàn)步驟S243的粗頻偏校正模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖8為實(shí)施例實(shí)現(xiàn)步驟S245的位同步模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖9為Farrow結(jié)構(gòu)框圖；
圖10為實(shí)施例實(shí)現(xiàn)步驟S246的精頻偏同步模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖11為實(shí)施例實(shí)現(xiàn)步驟S249的勻速緩沖模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖12為地面端射頻發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)圖；
圖13為無人機(jī)端射頻接收模塊結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖進(jìn)一步詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案:一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，它包括地面設(shè)備發(fā)射步驟和無人機(jī)接收步驟；
如圖1所示，所述的地面設(shè)備發(fā)射步驟包括以下子步驟:
511:第一 FPGA對(duì)將發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送至DAC，同時(shí)發(fā)送功率控制信號(hào)至射頻發(fā)射模塊；
512:DAC對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至高頻濾波電路；
513:高頻濾波電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行高頻濾波處理，之后發(fā)送給射頻發(fā)射模塊；
514:射頻發(fā)射模塊發(fā)射通信信號(hào)；
如圖3所示，完成此步驟的無人機(jī)發(fā)射端包括第一 FPGA、DAC、高頻濾波電路和射頻發(fā)射模塊，第一 FPGA的數(shù)字信號(hào)輸出與DAC連接，第一 FPGA的功率控制輸出與射頻發(fā)射模塊連接，DAC的輸出與濾波電路連接，濾波電路的輸出與射頻發(fā)射模塊連接；射頻發(fā)射模塊接收來自濾波電路的中頻信號(hào)大小為70MHz，通過FPGA對(duì)射頻發(fā)射模塊的功率控制范圍為30dbo
[0019]如圖2所示，所述的無人機(jī)接收步驟包括以下子步驟:
521:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號(hào)以及來自第二 FPGA的增益控制信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給中頻濾波模塊；
522:中頻濾波模塊對(duì)來自射頻接收模塊輸入的信號(hào)進(jìn)行中頻濾波，并發(fā)送給ADC ；
523=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給第二 FPGA ；
524:第二FPGA對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，通過內(nèi)部接口輸出調(diào)解數(shù)據(jù)，第二FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號(hào)。
[0020]如圖3所示，完成此步驟的地面設(shè)備接收端包括射頻接收模塊、中頻濾波模塊、ADC和第二 FPGA，射頻接收模塊接收來自外部的通信信號(hào)以及來自第二 FPGA的控制信號(hào)，射頻接收模塊的輸出與中頻濾波模塊連接，中頻濾波模塊的輸出與ADC連接，ADC的輸出與第二 FPGA連接，第二 FPGA的時(shí)鐘控制輸出與ADC連接，第二 FPGA的增益控制輸出與射頻接收模塊連接，第二 FPGA還通過內(nèi)部接口輸出解調(diào)數(shù)據(jù)；中頻濾波模塊接收來自射頻接收模塊的信號(hào)的大小為70MHz，通過FPGA對(duì)射頻接收模塊的增益控制范圍為30db。
[0021]如圖4所示，所述的步驟Sll包括以下子步驟:
Sm:將數(shù)據(jù)源送入交織模塊進(jìn)行交織操作；
5112:將交織完成的數(shù)據(jù)送入組幀模塊進(jìn)行組幀；
5113:將組幀完成的數(shù)據(jù)送入卷積編碼模塊中進(jìn)行卷積編碼；
SI 14:將卷積編碼完成的數(shù)據(jù)送入QPSK映射模塊進(jìn)行QPSK映射；
S115:將QPSK映射完成的數(shù)據(jù)送入成型濾波模塊，進(jìn)行成型濾波；
SI 16:將濾波完成的數(shù)據(jù)送入DUC模塊，進(jìn)行數(shù)字上變頻處理，直接將信號(hào)上變到中頻；
SI 17:將數(shù)字中頻信號(hào)送入DAC中。
[0022]步驟SI 15中所述的成型濾波使用alhpa=0.5的根升余弦濾波,階數(shù)為50階。
[0023]如圖5所示，所述的步驟S24包括以下子步驟:
S241 =FPGA中的下變頻模塊對(duì)來自ADC的輸入進(jìn)行下變頻處理，并輸出至小數(shù)抽取模塊；
S242:小數(shù)抽取模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，輸出信號(hào)樣值至粗頻偏校正模塊；
5243:粗頻偏校正模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行獲取粗頻偏信息以及校正處理，并輸出至位同步豐吳塊；
5244:位同步模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行位同步處理，輸出信號(hào)至窄帶濾波模塊；
5245:窄帶濾波模塊進(jìn)一步濾除殘余的帶外噪聲，輸出信號(hào)至精頻偏同步模塊；
5246:精頻偏同步模塊使用數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行載波同步，完成基本的同步解調(diào)，輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊；
5247:譯碼/判決模塊接收信號(hào)進(jìn)行卷積譯碼，保證整體的解調(diào)信噪比，并輸出至解交織模塊；
5248:解交織模塊進(jìn)行緩沖讀寫，之后將信號(hào)輸出至勻速緩沖模塊；
5249:勻速緩沖模塊將解調(diào)數(shù)據(jù)通過內(nèi)部接口進(jìn)行勻速輸出。
[0024]如圖6所示，實(shí)現(xiàn)步驟S241的下變頻模塊包括正交混頻電路、低通濾波電路和數(shù)控振蕩電路，正交混頻電路的輸入分別與外部輸入信號(hào)和數(shù)控振蕩電路連接，正交混頻電路輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，低通濾波電路輸出1、Q兩路信號(hào)至小數(shù)抽取模塊。數(shù)控振蕩電路使用CORDIC算法實(shí)現(xiàn)，僅消耗少量的寄存器和加法器資源，不消耗RAM，資源損耗基本上可以忽略不計(jì)。
[0025]所述的步驟S241包括以下子步驟:
52411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數(shù)控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用CORDIC算法；
52412:低通濾波模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波后輸出至小數(shù)抽取模塊。
[0026]由于解擴(kuò)后信號(hào)帶寬只有180kHz左右，而最高多普勒頻偏達(dá)3kHz，在某些干擾情況下，頻偏可能會(huì)超出常規(guī)的鎖相環(huán)捕獲帶之外，所以這里將載波同步部分拆分成“粗頻偏校正”和“精頻偏同步”兩個(gè)環(huán)節(jié)。
[0027]由于頻偏較大，DDC,實(shí)施的是稍微寬帶的濾波，保證信號(hào)譜不受損壞；在粗頻偏校正完成后，再進(jìn)行一次窄帶濾波，進(jìn)一步濾除殘余的帶外噪聲。
[0028]窄帶信號(hào)信號(hào)帶寬較小，不使用SCFDE等均衡技術(shù)。
[0029]如圖7所示，實(shí)現(xiàn)步驟S243的粗頻偏校正模塊包括正交混頻電路、消除調(diào)制信息電路、FFT電路、譜線峰值搜索電路、計(jì)算頻偏電路和數(shù)控振蕩電路，正交混頻電路接收來自小數(shù)抽取模塊輸出的信號(hào)，正交混頻電路的輸出分別與窄帶濾波模塊和消除調(diào)制信息電路連接，消除調(diào)制信息電路的輸出與FFT電路連接，F(xiàn)FT電路的輸出與譜線峰值搜索電路連接，譜線峰值搜索電路的輸出與計(jì)算頻偏電路連接，計(jì)算頻偏電路的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接。
[0030]輸入信號(hào)是4倍符號(hào)采樣率，進(jìn)入4次方運(yùn)算模塊，消除QPSK的調(diào)制信息，獲得單音頻點(diǎn)信息。經(jīng)過FFT和譜線峰值搜索，即可獲取粗頻偏信息。其中FFT的點(diǎn)數(shù)使用2048點(diǎn)，可以獲得足夠低的殘余頻偏，保證精頻偏同步模塊的正常捕獲。
[0031]校正一次后，后續(xù)幾次FFT得到的粗頻偏信息接近，峰值足夠，則認(rèn)為已經(jīng)穩(wěn)定，無需再校正；否則認(rèn)為系統(tǒng)失步，重新進(jìn)行粗頻偏校正。
[0032]所述的步驟S243包括以下子步驟:
52431:正交混頻電路接收來自小數(shù)抽取模塊輸入的多倍符號(hào)采樣率信號(hào)，并輸出至消除調(diào)制信息模塊；
52432:消除調(diào)制信息模塊消除調(diào)制信息，獲得單音頻點(diǎn)信息；
52433=FFT模塊對(duì)單音頻點(diǎn)信息進(jìn)行快速傅立葉變換，并輸出至譜線峰值搜索模塊；
52434:譜線峰值搜索模塊進(jìn)行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，并輸出至計(jì)算頻偏模塊；
52435:計(jì)算頻偏模塊對(duì)粗頻偏信息進(jìn)行計(jì)算，判斷是否需要繼續(xù)進(jìn)行校正:
(1)若后續(xù)幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊和正交混頻模塊之后，直接輸出至窄帶濾波模塊；
(2)其它情況下，認(rèn)為系統(tǒng)失步，將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調(diào)制信息模塊之后返回步驟S2432。
[0033]如圖8所示，實(shí)現(xiàn)方法步驟S244的位同步模塊包括輸入緩沖模塊、reg模塊、定時(shí)誤差估計(jì)模塊、環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩電路、定時(shí)內(nèi)插模塊、輸出緩沖模塊和兩個(gè)移位寄存器，輸入緩沖模塊的輸入與窄帶濾波模塊連接，輸入緩沖模塊的輸出與reg模塊連接，reg模塊的輸出與其中一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的一路輸出與另一個(gè)移位寄存器連接，此移位寄存器的輸出與定時(shí)誤差模塊連接，定時(shí)誤差估計(jì)模塊的輸出與環(huán)路濾波器連接，環(huán)路濾波器的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與定時(shí)內(nèi)插模塊連接，定時(shí)內(nèi)插模塊的另一路輸出通過輸出緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。定時(shí)內(nèi)插模塊使用Farrow結(jié)構(gòu)，插值得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)，最終通過輸出緩沖輸出，所述的Farrow結(jié)構(gòu)是一種高效的多項(xiàng)式內(nèi)插實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu),其邏輯結(jié)構(gòu)如圖9所示。
[0034]所述的步驟S244包括以下子步驟:
52451:將從窄帶濾波模塊輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行g(shù)ardner位定時(shí)誤差估計(jì)，得到瞬時(shí)誤差值；
52452:環(huán)路濾波器濾除聞?lì)l噪聲；
52453:驅(qū)動(dòng)數(shù)控振蕩電路產(chǎn)生定時(shí)內(nèi)插使能及內(nèi)插參數(shù)；
52454:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)內(nèi)插，得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)；
52455:通過輸出緩沖電路輸出結(jié)果至頻偏同步模塊。
[0035]如圖10所示，實(shí)現(xiàn)步驟S246的的精頻偏同步模塊包括正交混頻電路、NCO電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路,正交混頻電路、數(shù)控振蕩電路、相位誤差估計(jì)電路和環(huán)路濾波電路組成數(shù)字鎖相環(huán)，外部1、Q兩路輸入與正交混頻電路連接，正交混頻電路的輸出分別與相位誤差估計(jì)電路和判決/譯碼模塊連接，相位誤差估計(jì)電路的輸出與環(huán)路濾波電路連接，環(huán)路濾波電路的輸出與數(shù)控振蕩電路連接，數(shù)控振蕩電路的輸出與正交混頻電路連接；所述的數(shù)控振蕩電路的實(shí)現(xiàn)使用的是DDS算法，而不是cordic算法，因?yàn)镕PGA中cordic邏輯的時(shí)序延時(shí)量較大，導(dǎo)致環(huán)路延遲大，影響頻偏捕獲能力，而DDS只有I到3個(gè)elk的延時(shí)，可以保證環(huán)路捕獲行為和跟蹤行為的性能。
[0036]所述的步驟S246包括以下子步驟:
52461:正交混頻電路對(duì)從位同步模塊輸入信號(hào)進(jìn)行正交混頻，輸出信號(hào)至相位誤差估計(jì)電路；
52462:相位誤差估計(jì)電路進(jìn)行相位估計(jì)，輸出信號(hào)至環(huán)路濾波電路；
52463:環(huán)路濾波電路進(jìn)行濾波，輸出至數(shù)控振蕩電路；
52464:數(shù)控振蕩電路輸出信號(hào)至正交混頻電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用DDS算法；
52465:正交混頻電路輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊。
[0037]步驟S247中所述的卷積譯碼使用維特比軟判決算法，調(diào)用Xilinx官方IPCORE即可。
[0038]由于ADC采樣時(shí)鐘和實(shí)際的信號(hào)碼元速率并非整數(shù)倍關(guān)系，加上解調(diào)過程中可能使用了高倍時(shí)鐘來提升運(yùn)算速度，所以前面的模塊實(shí)際上是斷續(xù)使能的時(shí)序。為了支持遙控的精確時(shí)標(biāo)，這里將解調(diào)數(shù)據(jù)進(jìn)行勻速輸出。如圖11所示，實(shí)現(xiàn)步驟S249的勻速緩沖模塊包括數(shù)據(jù)緩沖模塊、緩沖量監(jiān)測模塊、環(huán)路濾波模塊和數(shù)控振蕩模塊，數(shù)據(jù)緩沖模塊接收輸入數(shù)據(jù)和輸入時(shí)鐘，數(shù)據(jù)緩沖模塊的一路輸出與緩沖量監(jiān)測模塊連接，數(shù)據(jù)緩沖模塊的另一路輸出輸出數(shù)據(jù)，緩沖量監(jiān)測模塊的輸出與環(huán)路濾波模塊連接，環(huán)路濾波模塊的輸出與數(shù)控振蕩模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的一路輸出與數(shù)據(jù)緩沖模塊連接，數(shù)控振蕩模塊的另一路輸出輸出時(shí)鐘。
[0039]所述的步驟S249包括以下子步驟:
52491:數(shù)據(jù)緩沖模塊接收從解交織模塊輸入的數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘，輸出信號(hào)至緩沖量檢測模塊；
52492:緩沖量檢測模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩沖模塊的緩沖量進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)輸出信號(hào)至環(huán)路濾波模塊；
52493:環(huán)路濾波模塊進(jìn)行濾波后，輸出信號(hào)至數(shù)控振蕩模塊；
52494:數(shù)控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時(shí)鐘,一路輸出信號(hào)控制數(shù)據(jù)緩沖模塊；
52495:數(shù)據(jù)緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。
[0040]如圖12所示，所述的射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)相同，包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述雙工器的用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接；
所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，本振的兩路輸入分別與晶振和SPI碼連接,本振的輸出與功分模塊連接,功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器的輸出與發(fā)送端處理模塊連接，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼；
所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號(hào)，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器的輸出均與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接;
所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出均與混頻模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
[0041]如圖11所示，在發(fā)射通道，70 MHz (上行遙控信號(hào))中頻信號(hào)進(jìn)入本模塊后，經(jīng)與變頻本振混頻變至1430MHz (上行遙控信號(hào))內(nèi)(每個(gè)無人機(jī)占用7MHz帶寬，共5組無人機(jī)，頻段間隔約10MHz，即占用80MHz帶寬)，經(jīng)放大后進(jìn)行數(shù)控衰減，衰減范圍為30dB，使信號(hào)具有30dB動(dòng)態(tài)范圍。然后將信號(hào)放大到作為上行信號(hào)輸出。其中數(shù)控衰減器需5位并行碼控制，本振需SPI碼控制。
[0042]如圖12所示，在接收通道，1430MHz (上行遙控信號(hào))信號(hào)經(jīng)低噪放大后濾波再放大，混頻到70±2MHz。將中頻放大后輸出，輸出功率為_5dBm?OdBm。
【權(quán)利要求】
1.一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:它包括地面設(shè)備發(fā)射步驟和無人機(jī)接收步驟； 所述的地面設(shè)備發(fā)射步驟包括以下子步驟: 511:第一 FPGA對(duì)將發(fā)送的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后發(fā)送至DAC，同時(shí)發(fā)送功率控制信號(hào)至射頻發(fā)射模塊； 512:DAC對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，發(fā)送至高頻濾波電路；513:高頻濾波電路對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行高頻濾波處理，之后發(fā)送給射頻發(fā)射模塊； 514:射頻發(fā)射模塊發(fā)射通信信號(hào)； 所述的無人機(jī)接收步驟包括以下子步驟: 521:射頻接收模塊接受來自外部的通信信號(hào)以及來自第二 FPGA的增益控制信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給中頻濾波模塊；522:中頻濾波模塊對(duì)來自射頻接收模塊輸入的信號(hào)進(jìn)行中頻濾波，并發(fā)送給ADC ； 523=ADC接收來自中頻濾波模塊輸出的信號(hào)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換之后發(fā)送給第二 FPGA ； 524:第二 FPGA對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后，通過內(nèi)部接口輸出調(diào)解數(shù)據(jù)，第二 FPGA還向射頻接收模塊輸出增益控制信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟Sll包括以下子步驟: 5111:將數(shù)據(jù)源送入交織模塊進(jìn)行交織操作； 5112:將交織完成的數(shù)據(jù)送入組幀模塊進(jìn)行組幀； 5113:將組幀完成的數(shù)據(jù)送入卷積編碼模塊中進(jìn)行卷積編碼； SI 14:將卷積編碼完成的數(shù)據(jù)送入QPSK映射模塊進(jìn)行QPSK映射； 5115:將QPSK映射完成的數(shù)據(jù)送入成型濾波模塊，進(jìn)行成型濾波；5116:將濾波完成的數(shù)據(jù)送入DUC模塊，進(jìn)行數(shù)字上變頻處理，直接將信號(hào)上變到中頻； SI 17:將數(shù)字中頻信號(hào)送入DAC中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:步驟S115中所述的成型濾波使用alhpa=0.5的根升余弦濾波，階數(shù)為50階。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S24包括以下子步驟: S241 =FPGA中的下變頻模塊對(duì)來自ADC的輸入進(jìn)行下變頻處理，并輸出至小數(shù)抽取模塊； S242:小數(shù)抽取模塊對(duì)接收到的基帶信號(hào)進(jìn)行小數(shù)倍抽取，輸出信號(hào)樣值至粗頻偏校正模塊； 5243:粗頻偏校正模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行獲取粗頻偏信息以及校正處理，并輸出至位同步豐吳塊； 5244:位同步模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行位同步處理，輸出信號(hào)至窄帶濾波模塊； 5245:窄帶濾波模塊進(jìn)一步濾除殘余的帶外噪聲，輸出信號(hào)至精頻偏同步模塊； 5246:精頻偏同步模塊使用數(shù)字鎖相環(huán)進(jìn)行載波同步，完成基本的同步解調(diào)，輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊； 5247:譯碼/判決模塊接收信號(hào)進(jìn)行卷積譯碼，保證整體的解調(diào)信噪比，并輸出至解交織模塊；所述的卷積譯碼使用維特比軟判決算法； 5248:解交織模塊進(jìn)行緩沖讀寫，之后將信號(hào)輸出至勻速緩沖模塊； 5249:勻速緩沖模塊將解調(diào)數(shù)據(jù)通過內(nèi)部接口進(jìn)行勻速輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S241包括以下子步驟: 52411:正交混頻電路接收來自ADC的輸入以及數(shù)控振蕩電路的輸入，輸出1、Q兩路信號(hào)至低通濾波電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用CORDIC算法； 52412:低通濾波模塊對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行低通濾波后輸出至小數(shù)抽取模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S243包括以下子步驟: 52431:正交混頻電路接收來自小數(shù)抽取模塊輸入的多倍符號(hào)采樣率信號(hào)，并輸出至消除調(diào)制信息模塊； 52432:消除調(diào)制信息模塊消除調(diào)制信息，獲得單音頻點(diǎn)信息；52433:FFT模塊對(duì)單音頻點(diǎn)信息進(jìn)行快速傅立葉變換，并輸出至譜線峰值搜索模塊；52434:譜線峰值搜索模塊進(jìn)行峰值搜索，獲取粗頻偏信息，并輸出至計(jì)算頻偏模塊； 52435:計(jì)算頻偏模塊對(duì)粗頻偏信息進(jìn)行計(jì)算，判斷是否需要繼續(xù)進(jìn)行校正: (1)若后續(xù)幾次FFT得到的粗頻偏消息接近，峰值足夠，則將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊和正交混頻模塊之后，直接輸出至窄帶濾波模塊； (2)其它情況下，認(rèn)為系統(tǒng)失步，將結(jié)果依次輸出至數(shù)控振蕩模塊、正交混頻模塊和消除調(diào)制信息模塊之后返回步驟S2432。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S244包括以下子步驟:52441:將從粗頻偏校正模塊輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行g(shù)ardner位定時(shí)誤差估計(jì)，得到瞬時(shí)誤差值； 52442:環(huán)路濾波器濾除高頻噪聲； 52443:驅(qū)動(dòng)數(shù)控振蕩電路產(chǎn)生定時(shí)內(nèi)插使能及內(nèi)插參數(shù)； 52444:對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行定時(shí)內(nèi)插，得到準(zhǔn)確的碼元判決點(diǎn)； 52445:通過輸出緩沖電路輸出結(jié)果至頻偏同步模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S246包括以下子步驟: 52461:正交混頻電路對(duì)從窄帶濾波輸入信號(hào)進(jìn)行正交混頻，輸出信號(hào)至相位誤差估計(jì)電路； 52462:相位誤差估計(jì)電路進(jìn)行相位估計(jì)，輸出信號(hào)至環(huán)路濾波電路； 52463:環(huán)路濾波電路進(jìn)行濾波，輸出至數(shù)控振蕩電路；52464:數(shù)控振蕩電路輸出信號(hào)至正交混頻電路，所述的數(shù)控振蕩電路采用DDS算法； 52465:正交混頻電路輸出信號(hào)至譯碼/判決模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的步驟S249包括以下子步驟: 52491:數(shù)據(jù)緩沖模塊接收從解交織模塊輸入的數(shù)據(jù)以及時(shí)鐘，輸出信號(hào)至緩沖量檢測模塊； 52492:緩沖量檢測模塊對(duì)數(shù)據(jù)緩沖模塊的緩沖量進(jìn)行監(jiān)測，同時(shí)輸出信號(hào)至環(huán)路濾波模塊； 52493:環(huán)路濾波模塊進(jìn)行濾波后，輸出信號(hào)至數(shù)控振蕩模塊； 52494:數(shù)控振蕩模塊有兩路輸出，一路輸出時(shí)鐘,一路輸出信號(hào)控制數(shù)據(jù)緩沖模塊； 52495:數(shù)據(jù)緩沖模塊輸出數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于無人機(jī)的地空窄帶通信方法，其特征在于:所述的射頻接收模塊和射頻發(fā)射模塊結(jié)構(gòu)相同，包括雙工器、發(fā)送端處理模塊、接收端處理模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，所述雙工器的用于接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，所述的發(fā)送端處理模塊的輸出與雙工器連接，接收端處理模塊的輸入與雙工器連接，驅(qū)動(dòng)模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接； 所述的驅(qū)動(dòng)模塊包括晶振、本振、功分模塊、兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊和驅(qū)動(dòng)器，本振的兩路輸入分別與晶振和SPI碼連接,本振的輸出與功分模塊連接,功分模塊的兩路輸出分別與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出分別與發(fā)送端處理模塊和接收端處理模塊連接，驅(qū)動(dòng)器的輸出與發(fā)送端處理模塊連接，所述的驅(qū)動(dòng)器輸出5位并行控制碼； 所述的發(fā)射端處理模塊包括混頻模塊、濾波模塊、放大模塊、數(shù)控衰減模塊、驅(qū)放模塊和功放模塊，混頻模塊的一路輸入為中頻信號(hào)，混頻模塊的另一路輸入與驅(qū)動(dòng)模塊中的其中一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的驅(qū)動(dòng)器的輸出均與數(shù)控衰減模塊連接，數(shù)控衰減模塊的輸出與驅(qū)放模塊連接，驅(qū)放模塊的輸出與功放模塊連接，功放模塊的輸出與雙工器連接; 所述的接收端處理模塊包括低噪放大模塊、濾波模塊、放大模塊、混頻模塊、濾波模塊和放大模塊，低噪放大模塊的輸入與雙工器連接，低噪放大模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊的輸出與放大模塊連接，放大模塊的輸出和驅(qū)動(dòng)模塊的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)放大模塊的輸出均與混頻模塊連接，混頻模塊的輸出與濾波模塊連接，濾波模塊與放大模塊連接，放大模塊輸出信號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04B1/16GK104333391SQ201410689571
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月26日
【發(fā)明者】龍寧, 李亞斌, 張瀾, 張星星 申請人:成都中遠(yuǎn)信電子科技有限公司