甚低频信号侦收系统射频前端设计与实现

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甚低频信号能够穿透海水、深入岩层,且具有传播稳定、损耗较小的特点,在潜艇通信、远洋通信、地下通信、校时以及地质探矿等方面,得到日益广泛的应用[1]。利用甚低频的传输特性增强侦察接收机性能,对恶劣环境下通信侦察有着重大的意义。本课题就甚低频侦收前端的设计展开了研究。  甚低频(Very Low Frequency,VLF)频段范围在3kHz-30kHz,课题难点在于如何在恶劣通信环境下,且在30kHz的频段内侦察100Hz带宽左右的信号,即解决相对带宽过宽的信号处理问题。  本文以甚低频高分辨率侦收系统为研究目标,研究并设计抗噪声,高动态范围且能够处理全带宽信号的的侦收前端。在大量查阅国内外各类文献资料的基础上,进行整体方案设计,将该侦收前端分为模拟信号处理和数字信号处理两部分。  在模拟信号处理方面,对自动增益控制(Automatic Gain Control,AGC)功能从电路结构和控制算法两方面进行设计。在AGC电路结构设计方面,首先需要添加有源滤波器对放大器输出进行降噪和抑制互调。其次,通过对不同AGC的结构功能进行比较,选择以前馈为主后馈为辅的双AD-AGC系统结构。对于不同的信号双AD-AGC可以选择相应的控制模式,扩大接收机的动态范围。在检波算法方面,采用FFT+CORDIC的运算模式。相比于常规检波算法,该算法在侦察宽带内的窄带信号方面具有更强大的优势,适用于信号频带内存在多个信号信道环境复杂的情况。  在数字处理模块,对AGC处理过的数据进行频谱分析。首先,将AD采样得到的信号进行混频,混频所需的本振由检波算法中的FFT的结果输入DDS产生,这种做法可以尽最大可能降低混频之后的信号频率。然后滤波,最后进行抽取处理。所有处理过程均在FPGA平台上进行处理,利用chipscope做实时频谱显示。最终根据上述方案,制作相应的PCB电路板和完成FPGA编程代码。
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