本文關(guān)鍵詞：基于軟件無線電構(gòu)架的深空測控接收機(jī)研究

  更多相關(guān)文章： 深空探測 軟件無線電 千兆以太網(wǎng) B/S架構(gòu)

【摘要】：深空測控接收機(jī)是深空測控網(wǎng)系統(tǒng)中的進(jìn)行無線電信號(hào)接收采樣、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的重要設(shè)備,通過對這些來自探測器和宇宙天體的無線電信號(hào)的分析處理,可以確定探測器的軌道,獲知宇宙天體的星體特性。而在軟件無線電架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)的接收機(jī)系統(tǒng),有更好的靈活性、開放性和較長的生命周期,廣為國內(nèi)外接收機(jī)系統(tǒng)所采用,具有很大的研究和應(yīng)用價(jià)值。文章分析了國內(nèi)外各種無線電接收機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),以ARM處理器作為主控制器、結(jié)合高速ADC和高速FPGA設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了軟件無線電接收機(jī)系統(tǒng)RSR-ARM (Radio Science Receiver With ARM Microcontroller).確定了RSR-ARM系統(tǒng)層疊式的硬件結(jié)構(gòu),以及ADC模塊、FPGA模塊和ARM模塊各自完成的功能。在此基礎(chǔ)上,對FPGA高速信號(hào)處理模塊的各個(gè)子模塊進(jìn)行了研究實(shí)現(xiàn)：高速串并轉(zhuǎn)換器對來自ADC的達(dá)GHz采樣率的高速數(shù)據(jù)進(jìn)行降速,方便進(jìn)一步處理;下變頻模塊采用3級(jí)下變頻實(shí)現(xiàn),以較小的資源占用實(shí)現(xiàn)了大范圍、小步長的本振頻率設(shè)置；采用多級(jí)降采樣的方案,適應(yīng)深空探測任務(wù)中多種速率數(shù)據(jù)的需求；基于AHB (Advanced High Performance Bus, 高級(jí)高性能總線)總線,實(shí)現(xiàn)了FPGA和ARM的數(shù)據(jù)交互和總線地址映射；分物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和上位機(jī)接收三部分實(shí)現(xiàn)了千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸模塊,并約定了RSR-ARM網(wǎng)絡(luò)幀和數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu),經(jīng)過測試該模塊可以實(shí)現(xiàn)512Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸存儲(chǔ)。其次對基于嵌入式Linux系統(tǒng)的ARM控制軟件系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),整個(gè)軟件系統(tǒng)分為驅(qū)動(dòng)層、控制層、服務(wù)層和客戶層四部分,它們從底層開始將系統(tǒng)硬件的控制和監(jiān)控操作逐層封裝,然后基于B/S (Brower/Server,瀏覽器／服務(wù)器)架構(gòu),以Web網(wǎng)頁的形式把RSR的控制界面呈現(xiàn)給用戶,界面簡明,操作簡單,同時(shí)支持網(wǎng)頁遠(yuǎn)程控制和實(shí)時(shí)信息反饋；計(jì)劃文件系統(tǒng)使得用戶可以設(shè)置定時(shí)任務(wù),無需時(shí)刻關(guān)注系統(tǒng)狀態(tài),更精確準(zhǔn)時(shí)的執(zhí)行觀測任務(wù)。另外,將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)從系統(tǒng)分離出來,交給上位機(jī)千兆以太網(wǎng)高速數(shù)據(jù)接收程序來完成,減少了系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)。最后對整個(gè)RSR-ARM系統(tǒng)進(jìn)行了完整的測試,包括輸入特性測試、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)測試、NCO頻率范圍和步長測試以及通道一致性測試,最終匯總的系統(tǒng)指標(biāo)說明采用模塊化的設(shè)計(jì)方法的RSR-ARM系統(tǒng)功能完善,靈活性強(qiáng),易于維護(hù),滿足設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)。
【關(guān)鍵詞】：深空探測 軟件無線電 千兆以太網(wǎng) B/S架構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN859
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 研究背景8-9
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 NASA VSR接收機(jī)方案9-10
• 1.2.2 ESA接收機(jī)方案10
• 1.2.3 國內(nèi)SEU-RSR接收機(jī)方案10-12
• 1.3 論文組織結(jié)構(gòu)12-14
• 第二章 RSR-ARM系統(tǒng)概述14-20
• 2.1 系統(tǒng)需求分析14
• 2.2 硬件總體方案14-16
• 2.3 系統(tǒng)板各模塊說明16-19
• 2.3.1 ADC信號(hào)采集模塊16-17
• 2.3.2 FPGA信號(hào)處理及傳輸模塊17
• 2.3.3 ARM控制模塊17-18
• 2.3.4 電源模塊18-19
• 2.4 本章小結(jié)19-20
• 第三章 RSR-ARM硬件設(shè)置及邏輯設(shè)計(jì)20-38
• 3.1 硬件及邏輯設(shè)計(jì)概述20
• 3.2 ADC和時(shí)鐘的狀態(tài)設(shè)置20-23
• 3.2.1 ADC工作模式的選擇及設(shè)置20-22
• 3.2.2 時(shí)鐘源的選擇及設(shè)置22-23
• 3.3 信號(hào)處理邏輯設(shè)計(jì)23-32
• 3.3.1 ISERDES串并轉(zhuǎn)換器24-26
• 3.3.2 ADC幅度監(jiān)測26
• 3.3.3 多級(jí)下變頻26-29
• 3.3.4 多級(jí)降采樣29-30
• 3.3.5 RSR數(shù)據(jù)初步封裝30
• 3.3.6 狀態(tài)寄存器與總線地址映射30-32
• 3.3.7 系統(tǒng)各模塊復(fù)位32
• 3.4 千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸32-37
• 3.4.1 物理層實(shí)現(xiàn)33-34
• 3.4.2 數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)34-35
• 3.4.3 網(wǎng)絡(luò)幀結(jié)構(gòu)分析35-37
• 3.5 本章小結(jié)37-38
• 第四章 基于Web的RSR控制軟件設(shè)計(jì)38-56
• 4.1 軟件系統(tǒng)整體框架38-39
• 4.2 驅(qū)動(dòng)層程序設(shè)計(jì)39-44
• 4.2.1 ARM驅(qū)動(dòng)39-40
• 4.2.2 FPGA驅(qū)動(dòng)40-42
• 4.2.3 ADC驅(qū)動(dòng)42-43
• 4.2.4 時(shí)鐘芯片驅(qū)動(dòng)43
• 4.2.5 模塊驅(qū)動(dòng)指令集43-44
• 4.3 控制層軟件設(shè)計(jì)44-48
• 4.3.1 用戶命令執(zhí)行線程45-46
• 4.3.2 系統(tǒng)狀態(tài)獲取線程46
• 4.3.3 計(jì)劃文件執(zhí)行線程46-48
• 4.3.4 數(shù)據(jù)庫接口設(shè)計(jì)48
• 4.4 服務(wù)層設(shè)計(jì)48-51
• 4.4.1 服務(wù)器架構(gòu)搭建48-49
• 4.4.2 RSR遠(yuǎn)程控制網(wǎng)站腳本設(shè)計(jì)49-50
• 4.4.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)50-51
• 4.5 客戶層Web界面設(shè)計(jì)51-52
• 4.6 上位機(jī)高速以太網(wǎng)數(shù)據(jù)接收及RSR文件生成52-55
• 4.7 本章小結(jié)55-56
• 第五章 系統(tǒng)測試56-70
• 5.1 測試準(zhǔn)備56-57
• 5.2 輸入特性測試57-59
• 5.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)測試59-64
• 5.4 NCO頻率范圍和設(shè)置步長驗(yàn)證64-67
• 5.5 通道一致性測試67-68
• 5.6 系統(tǒng)最終指標(biāo)匯總68-69
• 5.7 本章小結(jié)69-70
• 第六章 總結(jié)與展望70-72
• 6.1 總結(jié)70
• 6.2 展望70-72
• 致謝72-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文76

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