一種基于長碼擴頻技術(shù)的無人機遙控鏈路實現(xiàn)

摘要：為了滿足無人機遙控鏈路遠距離、高動態(tài)、強抗干擾能力的軍事通信需求，設(shè)計了基于長碼直接序列擴頻技術(shù)的FPGA實現(xiàn)方案。該方案采用了一種基于FFT算法的快速偽碼捕獲方法，將傳統(tǒng)的偽碼相位與多普勒頻移二維搜索過程簡化為兩者同時捕獲的一維搜索過程。經(jīng)過硬件實現(xiàn)與測試，該方案可有效減少硬件資源消耗，同時縮短捕獲時間。
關(guān)鍵詞：無人機遙控鏈路；直接序列擴頻；長碼捕獲；FPGA

0 引言
近年來，無人機在軍事和民用領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。無人機遙控鏈路是整個無人機系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，可靠性方面要求嚴格。無人機飛行時復雜多變的環(huán)境，特別是遠距離巡航時，其低仰角帶來的嚴重多徑衰落與高速移動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)嚴重影響其遙控鏈路的可靠性，為了提高其抗干擾能力，保證可靠性，通常采用直接序列擴頻技術(shù)，并且要求較長的偽碼長度。該技術(shù)的收發(fā)兩端要求用完全相同的偽隨機碼進行擴頻和解擴，因此接收機本地參考偽碼序列與接收序列之間的精確同步是對接收信號實現(xiàn)解擴的關(guān)鍵，而偽碼同步的關(guān)鍵是偽碼捕獲。
對于1 024位以上的長碼擴頻系統(tǒng)，傳統(tǒng)的偽碼捕獲方法，捕獲時間長，硬件資源消耗大，且動態(tài)性能低，不適應(yīng)于無人機遙控鏈路。本文采用一種基于FFT算法的快速偽碼捕獲方法，設(shè)計了基于長碼直接序列擴頻技術(shù)的無人機遙控鏈路FPGA實現(xiàn)方案，經(jīng)過硬件實現(xiàn)與測試，減少硬件資源消耗的同時縮短捕獲時間。

1 遙控鏈路實現(xiàn)方案
該無人機遙控鏈路總體技術(shù)要求包括：信息速率為14．4 Kb／s；處理增益30 dB；擴頻位數(shù)1 024位；碼片速率22．5 Mb／s；糾錯編碼采用RS編碼；多普勒頻移不大于±20 kHz；同步時間小于10 ms；調(diào)制方式為QPSK。
總體硬件實現(xiàn)方案如圖1所示。采用收發(fā)一體的數(shù)字基帶處理結(jié)構(gòu)，收發(fā)通道在單片F(xiàn)PGA內(nèi)完成。FPGA選用Altera公司的EP3C120F484，主要的功能都在片內(nèi)完成，正交下變頻解調(diào)器選用AD8348，它將中頻140 MHz信號正交下變頻到基帶，形成I／Q兩路正交信號，由ADC(AD92 16)完成基帶信號的模-數(shù)轉(zhuǎn)換，將形成的數(shù)字信號傳輸給FPGA。Si-4133產(chǎn)生中頻本振，其工作頻率為280 MHz，參考本振為10 MHz。主機接口芯片選用MAX3485，RS 422接口芯片，把解調(diào)后的信息傳輸給主機。其工作時鐘頻率為波特率的16倍。

1．1 發(fā)射通道實現(xiàn)方案
發(fā)射通道實現(xiàn)方案如圖2所示。遙控指令數(shù)據(jù)經(jīng)過RS編碼，插入幀同步頭，幀同步頭采用13位巴克碼，然后進行差分編碼器，以消除相位模糊問題。隨后，對產(chǎn)生的碼元序列進行基帶擴頻，擴頻碼采用讀PN碼存儲ROM方式產(chǎn)生。FPGA片內(nèi)集成一個可調(diào)NCO，可對擴頻后基帶數(shù)據(jù)進行I，Q兩路的平衡QPSK調(diào)制。調(diào)制器輸出通過D／A變換送往射頻單元。