一种用于无人机的地空窄带通信系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种用于无人机的地空窄带通信系统，包括用于地面设备的发射端和用于地无人机的接收端；所述的发射端包括第一FPGA、DAC、滤波电路和射频发射模块，所述的接收端包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和第二FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自第二FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出通过ADC与第二FPGA连接，第二FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，第二FPGA还通过内部接口输出解调数据。本实用新型专利技术对可遥测、遥控、数传的无人机的系统中的地空通信子系统进行完善，具有发射端功耗低、接收端数据处理精确等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种用于无人机的地空窄带通信系统
本技术涉及一种用于无人机的地空窄带通信系统。
技术介绍
无人机具有费效比低、零伤亡和部署灵活等优点，可以帮助甚至是代替人类在很多场景中发挥作用，如灾后的人员搜救、基础设施监察等。无论在民用还是军用领域，无人机均有着广阔的应用和发展前景。 可遥测、遥控、数传的无人机的系统包括空-地双向通信和地-地双向通信两部分，按照传输数据类型进行划分，可分为宽带信号通信和窄带信号通信两种类型，其中宽带信号为无人机侦察图像数据传输业务和无人机遥测业务，窄带信号为手持终端与无人机间遥控通信业务，手持终端与车载终端间通信业务。而窄带通信中包括用于地面设备的发射端和用于无人机的接收终端。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种发射端功耗低、接收端数据处理精确的用于无人机的地空窄带通信系统。 本技术的目的是通过以下技术方案来实现的:一种用于无人机的地空窄带通信系统，它包括用于地面设备的发射端和用于无人机的接收端； 所述的发射端包括第一 FPGA、DAC、高频滤波电路和射频发射模块，第一 FPGA的数字信号输出与DAC连接，第一 FPGA的功率控制输出与射频发射模块连接，DAC的输出与高频滤波电路连接，高频滤波电路的输出与射频发射模块连接； 所述的第一 FPGA包括交织模块、组帧模块、卷积编码模块、QPSK映射模块、成型滤波模块、DUC模块和功率控制模块，数据源输入交织模块，交织模块的输出与组帧模块连接，组帧模块的输出与卷积编码模块连接，卷积编码模块的输出与QPSK映射模块连接，QPSK映射模块的输出与成型滤波模块连接，成型滤波模块的输出与DUC模块连接，DUC模块的输出与DAC连接，功率控制模块的输出与射频发射模块连接； 所述的接收端包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和第二 FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自第二 FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与第二 FPGA连接，第二 FPGA的时钟控制输出与ADC连接，第二 FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，第二 FPGA还通过内部接口输出解调数据； 所述的第二 FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益。 所述的成型滤波模块采用alhpa=0.5的根升余弦滤波，阶数范围为48_52 ;所述的卷积编码模块的参数为(2，1，7)。 所述的下变频模块包括正交混频电路、低通滤波电路和数控振荡电路，正交混频电路的输入分别与ADC输入信号和数控振荡电路连接，正交混频电路输出1、Q两路信号至低通滤波电路，低通滤波电路输出1、Q两路信号至小数抽取模块，所述的数控振荡电路使用CORDIC算法。仅消耗少量的寄存器和加法器资源，不消耗RAM，资源损耗基本上可以忽略不计。 所述的小数抽取模块对下变频模块得到的基带信号进行小数倍抽取，输出信号样值至粗频偏校正模块；所述的窄带滤波模块用于进一步滤除残余的带外噪声。 由于解扩后信号带宽只有180kHz左右，而最高多普勒频偏达3kHz，在某些干扰情况下，频偏可能会超出常规的锁相环捕获带之外，所以这里将载波同步部分拆分成“粗频偏校正”和“精频偏同步”两个环节。 所述的粗频偏校正模块包括正交混频电路、消除调制信息电路、FFT电路、谱线峰值搜索电路、计算频偏电路和数控振荡电路，正交混频电路接收来自小数抽取模块输出的信号，正交混频电路的输出分别与窄带滤波模块和消除调制信息电路连接，消除调制信息电路的输出与FFT电路连接，FFT电路的输出与谱线峰值搜索电路连接，谱线峰值搜索电路的输出与计算频偏电路连接，计算频偏电路的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与正交混频电路连接。 输入信号是4倍符号采样率，进入4次方运算模块，消除QPSK的调制信息，获得单音频点信息。经过FFT和谱线峰值搜索，即可获取粗频偏信息。其中FFT的点数使用2048点，可以获得足够低的残余频偏，保证精频偏同步模块的正常捕获。校正一次后，后续几次FFT得到的粗频偏信息接近，峰值足够，则认为已经稳定，无需再校正；否则认为系统失步，重新进行粗频偏校正。 由于频偏较大，DDC，实施的是稍微宽带的滤波，保证信号谱不受损坏；在粗频偏校正完成后，再进行一次窄带滤波，进一步滤除残余的带外噪声。所述的窄带滤波模块用于进一步滤除残余的带外噪声。 由于窄带信号的信号带宽较小，不使用SCFDE等均衡技术。 位同步使用Gardner算法，对少量的残余频偏不敏感(按照3kHz最大频偏，4.5Mbaud/s左右波特率算，残余频偏大约是码元速率的0.1%左右)，可以位于频率同步模块之前。输入数据进行小数倍内插/抽取后，得到4倍符号采样率的信号；对4倍样值信号进行gardner位定时误差估计，得到瞬时误差值，通过环路滤波器滤除高频噪声后，驱动NCO产生定时内插使能及内插参数；“Farrow定时内插”模块使用farrow结构，插值得到准确的码元判决点，最终通过输出缓冲输出；所述的Farrow结构是一种高效的多项式内插实现结构。 所述的位同步模块包括输入缓冲模块、reg模块、定时误差估计模块、环路滤波器、数控振荡电路、定时内插模块、输出缓冲模块和两个移位寄存器，输入缓冲模块的输入与窄带滤波模块连接，输入缓冲模块的输出与reg模块连接，reg模块的输出与其中一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的一路输出与另一个移位寄存器连接，此移位寄存器的输出与定时误差模块连接，定时误差估计模块的输出与环路滤波器连接，环路滤波器的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与定时内插模块连接，定时内插模块的另一路输出通过输出缓冲模块输出数据。 所述的精频偏同步模块包括正交混频电路、数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路，正交混频电路、数控振荡电路、相位误差估计电路和环路滤波电路组成数字锁相环，外部1、Q两路输入与位同步模块连接，正交混频电路的输出分别与相位误差估计电路和译码/判决模块连接，相位误差估计电路的输出与环路滤波电路连接，环路滤波电路的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与正交混频电路连接。所述的数控振荡电路实用DDS算法，而不是cordic算法，因为FPGA中cordic逻辑的时序延时量较大，导致环路延迟大，影响频偏捕获能力，而DDS只有I到3个elk的延时，可以保证环路捕获行为和跟踪行为的性能。 所述的译码/判决模块使用维特比软判决算法，所述的解交织模块用于实现简单的缓冲读写。 所述的匀速缓冲模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于：它包括用于地面设备的发射端和用于无人机的接收端；所述的发射端包括第一FPGA、DAC、高频滤波电路和射频发射模块，第一FPGA的数字信号输出与DAC连接，第一FPGA的功率控制输出与射频发射模块连接，DAC的输出与高频滤波电路连接，高频滤波电路的输出与射频发射模块连接；所述的第一FPGA包括交织模块、组帧模块、卷积编码模块、QPSK映射模块、成型滤波模块、DUC模块和功率控制模块，数据源输入交织模块，交织模块的输出与组帧模块连接，组帧模块的输出与卷积编码模块连接，卷积编码模块的输出与QPSK映射模块连接，QPSK映射模块的输出与成型滤波模块连接，成型滤波模块的输出与DUC模块连接，DUC模块的输出与DAC连接，功率控制模块的输出与射频发射模块连接；所述的接收端包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和第二FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自第二FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与第二FPGA连接，第二FPGA的时钟控制输出与ADC连接，第二FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，第二FPGA还通过内部接口输出解调数据；所述的第二FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益。...

【技术特征摘要】
1.一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于:它包括用于地面设备的发射端和用于无人机的接收端； 所述的发射端包括第一 FPGA、DAC、高频滤波电路和射频发射模块，第一 FPGA的数字信号输出与DAC连接，第一 FPGA的功率控制输出与射频发射模块连接，DAC的输出与高频滤波电路连接，高频滤波电路的输出与射频发射模块连接； 所述的第一 FPGA包括交织模块、组帧模块、卷积编码模块、QPSK映射模块、成型滤波模块、DUC模块和功率控制模块，数据源输入交织模块，交织模块的输出与组帧模块连接，组帧模块的输出与卷积编码模块连接，卷积编码模块的输出与QPSK映射模块连接，QPSK映射模块的输出与成型滤波模块连接，成型滤波模块的输出与DUC模块连接，DUC模块的输出与DAC连接，功率控制模块的输出与射频发射模块连接； 所述的接收端包括射频接收模块、中频滤波模块、ADC和第二 FPGA，射频接收模块接收来自外部的通信信号以及来自第二 FPGA的控制信号，射频接收模块的输出与中频滤波模块连接，中频滤波模块的输出与ADC连接，ADC的输出与第二 FPGA连接，第二 FPGA的时钟控制输出与ADC连接，第二 FPGA的增益控制输出与射频接收模块连接，第二 FPGA还通过内部接口输出解调数据； 所述的第二 FPGA包括下变频模块、小数抽取模块、粗频偏校正模块、窄带滤波模块、位同步模块、精频偏同步模块、译码/判决模块、解交织模块和匀速缓冲模块，下变频模块的输入与ADC连接，下变频模块的输出与小数抽取模块连接，小数抽取模块的输出与粗频偏校正模块连接，粗频偏校正模块的输出与窄带滤波模块连接，窄带滤波模块的输出与位同步模块连接，位同步模块的输出与精频偏同步模块连接，精频偏同步模块的输出与译码/判决模块连接，译码/判决模块的输出与解交织模块连接，解交织模块的输出与匀速缓冲模块连接，匀速缓冲模块的输出通过内部接口输出解调增益。2.根据权利要求1所述的一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于:所述的成型滤波模块采用alhpa=0.5的根升余弦滤波，阶数范围为48_52 ;所述的卷积编码模块的参数为(2，1，7)。3.根据权利要求1所述的一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于:所述的下变频模块包括正交混频电路、低通滤波电路和数控振荡电路，正交混频电路的输入分别与ADC输入信号和数控振荡电路连接，正交混频电路输出1、Q两路信号至低通滤波电路，低通滤波电路输出1、Q两路信号至小数抽取模块，所述的数控振荡电路使用CORDIC算法。4.根据权利要求1所述的一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于:所述的粗频偏校正模块包括正交混频电路、消除调制信息电路、FFT电路、谱线峰值搜索电路、计算频偏电路和数控振荡电路，正交混频电路接收来自小数抽取模块输出的信号，正交混频电路的输出分别与窄带滤波模块和消除调制信息电路连接，消除调制信息电路的输出与FFT电路连接，FFT电路的输出与谱线峰值搜索电路连接，谱线峰值搜索电路的输出与计算频偏电路连接，计算频偏电路的输出与数控振荡电路连接，数控振荡电路的输出与正交混频电路连接。5.根据权利要求1所述的一种用于无人机的地空窄带通信系统，其特征在于:所述的位同步模块包括输入缓冲模块、reg模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙宁，李亚斌，张澜，张星星，
申请(专利权)人：成都中远信电子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：四川;51