基于fpga的msk/walsh联合解调解扩方法

文档序号:9237836阅读:912来源:国知局
基于fpga的msk/walsh联合解调解扩方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达信号处理技术领域,具体的说,是基于FPGA的MSK/WALSH联合解 调解扩方法。
【背景技术】
[0002] 在二次雷达信号处理过程中,往往需要很强计算能力的DSP来实现数字信号处 理,需要对信号进行解调,提取出相应的基带信号,根据相应的内容作出回应,从而完成通 信,达到信息传输的目的。为了实现信号的远距离、高可靠的传输,在传输过程中需要对基 带信号进行编码、调制,在接收端按照相应的解调、解码过程复现发射端的信息。在二次雷 达中信号传输采用ASK、DPSK、MSK等多种调制方式。具体的,常规模式下采用ASK的调制方 式;S模式下采用DPSK及ASK调制方式;在保密通信中采用MSK的调制方式,该调制方式的 频带利用率很高,加上对编码进行扩频处理,在传输过程中能够起到很好的抗干扰作用。
[0003] ASK:振幅键控,利用载波的幅度变化来传递数字信息,而其频率和初始相位保持 不变。在2ASK中,载波的幅度分别对应二进制信息"0"或"1"。其表达式如下所示。
[0004]
[0005] 2DPSK:二进制差分相移键控,是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字 信息。在信号传输中,2PSK信号比2ASK和2FSK有较好的误码率性能,但是2PSK信号传输 系统中存在相位不确定性,并造成接收码元"〇"和" 1"的颠倒,产生误码,所以将2PSK改进 为 2DPSK。
[0006] MSK:最小频移键控,一种相位连续、包络恒定的频移键控,其最大频移为比特速率 的1/4,即MSK的调制系数为0. 5的连续相位的FSK。
[0007] 雷达信号格式如图1所示,其中P1、P2、P3、P4、II、12处的基带信号为0X7889,用 作一次信息通信的起始标志,II、12为询问旁瓣抑制脉冲,D1、D2,…,D11为需要传输的信 息码元,每个信息码元为4bit信息位,通过WALSH扩频后变成16bit的数据。
[0008] 信号编码流程如图2所示,先对基带信号进行WALSH扩频处理,然后将扩频后的信 号进行MSK调制,规定MSK调制码速率为16Mbps。
[0009] WALSH扩频为固定的16组扩频码,代表是数据为0~F。其具体对应扩频编码如 表1所示。
[0010]
[0011]
[0012] 表 1
[0013] 经过WALSH扩频后的码元再进行MSK调制,因为MSK调制的频带宽度比ASK和DPSK 的频带宽度窄,对频谱的利用率高。最后将MSK调制的基带信号通过上变频到相应的频段 上,例如二次雷达中的询问频率1030MHz或者应答频率1090MHz。
[0014] 现有雷达信号的常规解调方式为:在接收端进行信号解调处理时是信号调制时的 反过程,常规做法是先进行MSK解调,然后再进行WALSH解扩,通过该方法进行解调时,体现 不出系统中的扩频增益,现有信号处理流程如图3所示,即先进行MSK解调,将解调完成后 的16bit的二进制码元信息通过WALSH编码表反推出4bit的码元信息,完成整个MSK解码 及WALSH解扩处理。

【发明内容】

[0015] 本发明的目的在于设计出基于FPGA的MSK/WALSH联合解调解扩方法,直接利用最 大似然算法实现数字信号的MSK/WALSH联合解调解扩,能够从解调过程中得到3dB的扩频 增益;在信号处理时,将扩频后的信号通过利用最大似然算法进行检测大大提高检测灵敏 度,从而提高解调动态范围,实现更大距离上目标的检测。
[0016] 本发明通过下述技术方案实现:基于FPGA的MSK/WALSH联合解调解扩方法,在 FPGA中将ADC数字化后的数字信号采用最大似然算法直接进行MSK/WALSH联合解调解扩; 在进行MSK/WALSH联合解调解扩时,将ADC数字化后的数字信号采集,然后直接采用最大似 然算法进行数字信号处理,通过比较每组数据的相关性最后得出发送的具体数据;在进行 最大似然估计时利用公式:
[0017]
[0018] 其中,r(t)表示输入的数字信号,C〇s[fet+f(t;1)]数据表示MSK或WALSH调制信 号。
[0019] 进一步的,为更好的实现本发明,所述在FPGA中将ADC数字化后的数字信号采用 最大似然算法直接进行MSK/WALSH联合解调解扩具体包括以下步骤:
[0020] 1)报头解调实现,通过MATLAB生成经WALSH扩频后的MSK调制信号,然后将ADC 数字化后的数字信号与已生成好的MSK调制信号进行相关运算,通过与报头功率值进行对 比得出脉冲位置,实现脉冲的检测,完成相关峰位置的确定;
[0021] 2)数据部分解调,相关峰位置确定后,根据数据与相关峰的位置,准确的确定出数 据脉冲的位置,并提取出相应段数字信号数据进行数据的解调,得出发送的具体数据。
[0022] 为更好的实现本发明,进一步的,提取出相应段数字信号数据进行数据的解调时, 通过解调完报头后的最大似然算法部分进行数据的解调,即在进行前一个相应段数字信号 数据的解调处理的同时完成下一个相应段数字信号数据收集。
[0023] 为更好的实现本发明,进一步的,所述步骤1)包括以下具体步骤:
[0024] 1-1)报头相关处理,ADC数字化后的数字信号与MATLAB生成的经WALSH扩频后的 MSK调制信号进行相关运算,具体包括如下步骤:
[0025] 1-1-1)通过MATLAB生成MSK调制信号,在进行MSK调制信号生成时,通过公式
:Tb彡t彡(k+1)Tb计算MSK,其中ak取值± 1 ;
[0026] 1-1-2)根据中频采样定理得到的数字信号与MATLAB产生的经WALSH扩频后的 MSK调制信号进行报头的逻辑相关运算,得出报头相关结果;
[0027] 1-2)信号功率计算,在进行步骤1-1-2)的同时,计算数字信号功率值;
[0028] 1-3)比较及相关峰位置提取,根据报头相关处理后的结果和计算出的数字信号功 率值进行比较,应用关系式:
[0029]
[0030] 其中,a为一个固定常数;
[0031] 得出脉冲位置的值,确定报头脉冲位置;然后通过与密码机传输的抖动值进行对 比,判断出相关峰的位置。
[0032] 进一步的,为更好的实现本发明,所述步骤2)包括以下具体步骤:
[0033] 2-1)数据相关处理,相关峰位置确定后,即确定出相应段数字信号数据码片位置, 并截取相应段数字信号数据的码片进行数据相关处理;进行数据相关处理时包括以下具体 步骤:
[0034] 2-1-1)通过在FPGA中以DDS生成数据的方式,生成含0~F的码元信息且经 WALSH扩频后的MSK调制信号;
[0035] 2-1-2)将截取相应段数字信号数据的码片与生成的含有0~F的码元信息且经 WALSH扩频后的MSK调制信号进行数据的逻辑相关运算,将逻辑相关后的I/Q数据进行平方 和处理,得出数据相关结果;
[0036] 2-2)数据相关结果比较及解调结果判断,经步骤2-1)后,应用最大似然算法对相 应段数字信号数据进行解调,包括以下具体步骤:
[0037] 2-2-1)相应段数字信号数据由WALSH中16种中的其中一组数据组成,采用对16 种情况都进行最大似然算法,得出各自的相关值,然后比较这16种中的相关值大小,相关 最大的那组即为发送的数据,最后判决出码元信息;
[0038] 2-2-2)经步骤2-2-1)后,得出16个最大似然计算值,然后通过比较选出最大似然 量的那组,即为解调的码元信息,从而得出发送的具体数据。
[0039] 为更好的实现本发明,进一步的,MATLAB生成的经WALSH扩频后的MSK调制信号 的码元为0X7889。
[0040] 本发明与现有技术相比,具有以下优点及有益效果:
[0041] 本发明直接利用最大似然算法实现数字信号的MSK/WALSH联合解调解扩,能够从 解调过程中得到3dB的扩频增益;在信号处理时,将扩频后的信号通过检测大大提高检测 灵敏度,从而提高解调动态范围,实现更大距离上目标的检测。
[0042] 本发明同时采用MSK调制方式,相对于ASK及DPSK调制方式,其频谱利用率更高。
【附图说明】
[0043] 图1为雷达信号格式示意图。
[0044] 图2为信号编码流程示意图。
[0045] 图3为现有信号处理流程示意图。
[0046] 图4为本发明的流程示意图。
[0047] 图5为时分复用示意图。
【具体实施方式】
[0048] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0049] 实施例1 :
[0050] 基于F
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