[发明专利]具有多普勒模拟功能的扩频信号源

摘要

本发明涉及一种具有多普勒模拟功能的扩频信号源，分为多普勒动态模拟、数据组帧格式编排以及中频信号调制发射三部分；多普勒动态模拟部分实现处理机运动状态的动态模拟：根据控制面板或上位机的控制，计算出载波NCO控制字，并输出至发射通道子系统，控制产生多普勒频率的载波；同步的进行码时钟多普勒频率的模拟过程。数据组帧格式编排部分主要实现处理机中带发送信息数据的产生和组帧。中频信号调制发射部分完成信息数据与伪码数据的码扩频调制，同时与生成的数字载波同时发送，软件外部通过外围调制器完成载波调制，并将完整的中频信号经过射频前端发送。

主权项

1、一种具有多普勒模拟功能的扩频信号源，其特征在于：该扩频信号源主要可以分为多普勒动态模拟、数据组帧格式编排以及中频信号调制发射三个部分；(1)多普勒动态模拟部分所述的多普勒动态模拟部分主要实现处理机运动状态的动态模拟：根据控制面板或上位机的控制，计算出载波NCO控制字，并输出至发射通道子系统，控制产生多普勒频率的载波；同步的进行码时钟多普勒频率的模拟过程：计算出扩频伪码NCO控制字，产生包含码多普勒的码速率时钟，通过查码表的方式产生用于数据扩频调制的伪码；其中，控制产生多普勒频率的载波，即载波多普勒频率的模拟过程如下：①载波NCO初始化计算n＝0时刻的载波相位$\phi \left(0\right)=2\pi \times 140\times {10}^6\times \frac{R}{c}+{\phi }_0$(弧度)载波NCO相位累加器初值为Φ(0)＝[φ(0)-N(0)×2π]×232 N(0)为载波整周计数值，②从第n时刻到第n+1时刻的载波NCO频率字设置当获得第n时刻的相位累加值Φ(n)后，第n+1时刻的相位累加值Φ(n+1)由以下过程得到。计算第n+1时刻相对于第n时刻的载波相位增量$\mathrm{\delta \phi }(n+1)=\phi (n+1)-\phi \left(n\right)$ $=2\pi \times 15\times {10}^6\times T_s-2\pi \times 140\times {10}^6\times \frac{v\times T_s}{c}$ 由相位差求出载波NCO频率，除以2π是从角频率(rad/s)变换到频率(Hz)$f_{\mathrm{NCO}}\left(n\right)=\frac{1}{2\pi }\times \frac{\mathrm{\delta \phi }(n+1)}{T_s}$ 将载波NCO频率换算成NCO频率字$W\left(n\right)=f_{\mathrm{NCO}}\left(n\right)\times \frac{2^{32}}{62\times {10}^6}$ 这样，在第n+1个时钟来临时，经过一次累加运算后，载波NCO相位累加值将自动累加到n+1时刻的相位φ(n+1)对应的NCO相位Φ(n+1)＝Φ(n)+W(n)③载波相位累加器溢出当载波NCO相位累加器的累加值超过了最大计数232时，将产生溢出，它对应载波相位改变了2π。此时相位累加值和整周计数值分别为Φ(n)＝Φ(n)-232 N＝N+1④输出信号幅度在得到任一时刻的载波NCO相位累加值Φ(n)后，首先对其归一化，计算出对应的余弦查找表的相位：$\theta \left(n\right)=\frac{\Phi \left(n\right)}{2^{32}}\times 2\pi$(弧度)再由θ(n)查余弦表，输出载波幅度值：s(n)＝Acos[(θ(n)]其中，码时钟多普勒频率的模拟过程如下：①建立接收机运动模型设在t＝0时，终端A和终端B的径向距离为R，两者间的径向速度为v，设终端A向终端B运动；假设此时的码相位误差已经控制在半码片之内；计算在t＝0时刻的伪码相位(弧度)$\phi \left(0\right)=-2\pi \times 5\times {10}^6\times \frac{R}{c}-{\phi }_0$ 码NCO相位累加器初值为Φ(0)＝[φ(0)-N(0)×2π]×232 N(0)为整码片计数值，②计算第n+1时刻相对于第n时刻的伪码相位增量$\mathrm{\delta \phi }\left(n\right)=2\pi \times 5\times (T_s+\frac{v\times T_s}{c})$ ③由相位差求出码NCO频率，除以2π是从角频率(rad/s)变换到频率(Hz)$f_{\mathrm{NCO}}\left(n\right)=\frac{1}{2\pi }\times \frac{\mathrm{\delta \phi }\left(n\right)}{T_s}$ ④将码NCO频率换算成NCO频率字$W\left(n\right)=f_{\mathrm{NCO}}\left(n\right)\times \frac{2^{32}}{62\times {10}^6}$ ⑤在码相位累加器中，在每个采样时刻对NCO频率字进行累加$\Phi \left(n\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\Sigma }}W\left(k\right)$ 当Φ(n)≥232时，码相位累加器产生一次溢出，整码片计数器加1Φ(n)＝Φ(n)-232 整码片计数值为N＝N+1⑥根据整码片计数值N，查码表，并且输出相应幅度值C(n)＝PN(N)(2)数据组帧格式编排部分数据组帧格式编排部分主要实现处理机中带发送信息数据的产生和组帧，主要包含的内容有：帧同步，子帧号，本地同步时间信息以及本机数据等接收机部分需要的有用信息，通过历元计数器的时序设计将导航电文数据相位与伪码码片相位按照基带扩频调制要求对应起来；数据组帧格式编排部分包含有三个子模块组成，分别为发射信号处理子模块，同步控制子模块和接口处理子模块；(3)中频信号调制发射部分中频信号调制发射部分完成信息数据与伪码数据的码扩频调制，同时与生成的数字载波同时发送，软件外部通过外围调制器完成载波调制，并将完整的中频信号经过射频前端发送；中频信号调制发射部分主要模块包括：混频器，BPSK调制器，带通滤波器，带自动增益控制的放大器、功率合成器、射随器、衰减器；混频器将中心频率25MHz的单载波信号，与115MHz本振信号进行混频，产生140MHz载波信号；140MHz载波信号进入带通滤波器和带自动增益控制的放大器，一路直接输出频率140MHz、电平3dBm载波信号，一路进入BPSK调制器，对基带扩频信号进行直接调制；BPSK调制信号进入带通滤波器和带自动增益控制的放大器，输出幅度恒定的调制信号；此信号进入功率合成器，与噪声信号合成，输出一定信噪比的调制信号；然后经过功率分配器分成两路，经衰减器进行幅度衰减后，输出BPSK调制信号，中心频率140MHz，电平-20dBm。2、根据权利要求1所述的具有多普勒模拟功能的扩频信号源，其特征在于：所述的扩频信号源，进一步包含：25MHz正弦信号D/A转换电路；5Mz码时钟产生电路；看门狗电路等；为了模拟多普勒，在远程操作终端，原始数据经LAN接口下传至中频信号处理机，根据远程操作终端的多普勒模拟控制，中频信号处理机采用载波NCO+D/A和码NCO+D/A的方式同时控制载波和码多普勒频率模拟，其中将包含多普勒的25MHz正弦信号输出至射频前端，通过上变频输出140MHz射频信号，将包含多普勒的5MHz正弦信号经滤波、比较等处理后输出包含多普勒的5MHz码时钟，用于产生发射伪码。