基于CPLD的無人機綜合無線電系統(tǒng)中擴頻電路的設計
1 引言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/189834.htm擴展頻譜通信(簡稱擴頻通信)與常規(guī)通信系統(tǒng)相比,具有較強的抗人為干擾、窄帶干擾和多徑干擾能力,和信息隱蔽、低空間無線電波“通量密度”以及多址保密通信等優(yōu)點。因此,其在軍事通信領(lǐng)域得到了廣泛的應用,同時成為無人機綜合無線電系統(tǒng)的重要組成部分。
無人機的綜合無線電系統(tǒng)采用了遙控、遙測、定位和圖像傳輸四合一的信道綜合體制,上行信道(指由地面控制系統(tǒng)向無人機發(fā)送信號的信道)傳輸遙控信號,圖像信號、遙測信號和測距信號合用下行信道(指由無人機向地面發(fā)送信號的信道)傳輸,并利用這個下行信道進行天線跟蹤和測角。
其中,主、副通道遙控指令發(fā)送都采用了擴頻技術(shù)。其擴頻方法是直接序列擴頻,即將加密指令數(shù)據(jù)流與偽噪聲數(shù)據(jù)流系列進行模“2”相加(兩者的初始相位應當同步)。其中加密指令碼速率3.2K,偽碼速率分別為:6.4512M和102.4K。
本文介紹的只是基于CPLD芯片EPM7128S設計的加密擴頻板中的遙控指令編碼的擴頻部分,與其一體的指令加密部分沒有涉及。
2 無人機綜合無線電系統(tǒng)中的頻譜擴展技術(shù)
無人機的綜合無線電系統(tǒng)中,主通道遙控部分的指令擴頻和副通道的遙控載波調(diào)制、遙測部分的偽碼調(diào)制和測距部分的偽碼測距都要用到擴頻碼——m序列碼。
其中,主通道遙控部分的指令擴頻,用到兩個m序列,一個周期為127位,另一個為63位。兩者模“2”(即異或運算)后生成8001位的復合碼。雖然復合碼的偽噪聲特性比起單碼的特性稍差些,但有同步時間短,便于與下行測距碼同生的優(yōu)點。復合碼通過與指令數(shù)據(jù)流進行模“2”,完成頻譜擴展,擴頻后指令碼速為:6.4512M。
副通道的遙控載波調(diào)制,并不采用主通道的擴頻方式,而是將遙控碼序列調(diào)制(實際也是擴頻)在主通道產(chǎn)生的周期為127位的m序列(也叫測距碼)上,碼速為:102.4K。并利用周期為63位的m序列的全“1”狀態(tài)對輸入的6.4512M的時鐘進行63分頻。
遙測部分的偽碼調(diào)制和測距部分的偽碼測距用到的m序列編碼都是周期為127位m序列。其要么復制上行信道的測距碼,要么由本地產(chǎn)生,碼速為:102.4K。
這里我們討論的上行信道中的擴頻電路的構(gòu)造,對于下行信道而言,要么復制上行信道中的m序列碼,要么采用上行信道中周期為127位的m序列發(fā)生電路。
CPLD(Complex Programmable Logic Device)是復雜可編程邏輯器件的縮寫,它同現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Array)一樣,屬于近年發(fā)展起來的大規(guī)??删幊虒S眉呻娐稟SIC。由于具有集成度高、可靠性好、速度快、靈活性強、設計周期短、保密性強和成本低等優(yōu)點,其日益受到廣大電子工程師的親睞。
無人機綜合無線電系統(tǒng)的擴頻電路中,采用CPLD設計,具有以下突出優(yōu)點:
電路的抗干擾能力增強,尤其是對于戰(zhàn)場環(huán)境下的電磁干擾。
電路的保密性提高,電路不容易被對手分析和復制。
電路的靈活性增強,可以在不修改電路的基礎(chǔ)上,通過對CPLD內(nèi)部邏輯的更改,修改PN碼產(chǎn)生電路,從而產(chǎn)生不同的PN碼;或者在CPLD內(nèi)部構(gòu)造幾組不同的PN碼發(fā)生電路,每次由軟件選擇一組PN碼作為當前的擴頻碼或測距碼。
可以簡化電路的邏輯,由于CPLD的時延較短,一般為:幾到十幾納秒,因此有些同步電路可以被去除或減少。
本設計選用美國Altera公司的CPLD器件EPM7128SLC84-5,這種芯片是該公司生產(chǎn)的MAX 7000S系列器件中的一種,它有128個宏單元,2500個可用門,用戶I/O腳為60個,最高頻率可達175.4MHz,封裝為84腳PLCC形式,最大時延為5ns。
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