【正文】 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 7 參考文獻(xiàn) [1]Glisic S ， Vucetic B ． Spread Spectrum CDMA Systems for Wireless Communications[C]， Artech House Mobile Communications Series， March 1997: 383386． [2]周義，王自焰， GPS 干擾與反干擾 ——電子戰(zhàn)新焦點(diǎn) [J]，飛航導(dǎo)彈 2020 (4)：3147． [3]孫智信， GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)的電子攻防對(duì)抗研究綜述 [ J] . 航天電子對(duì)抗 , 2020(1):511． [4]范俊輝，田斌，王勇，田紅心，易克初 ,G P S 干擾技術(shù)研究 [J],廣東通信技術(shù) ，2020， 25 (2)： 7073． [5]張翰林，張國(guó)定，劉寶。這是一個(gè) 團(tuán)結(jié)互助 的集體，我為曾經(jīng)生活在其中而感到無(wú)限榮幸 ! 感謝我的父母，千里之外依然擔(dān)心牽掛著我，為我的病情心急如焚。 與我同組的 每一位同學(xué)都給我留下了深刻的印象。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)最后一段時(shí)間，我因肺炎住院，我的室友沈科 、 邵力夫以及王嘉彬給與了我極大的關(guān)心和幫助， 謹(jǐn)在此致以真摯的感謝。在他 的指導(dǎo)點(diǎn)撥下 ，我 時(shí)有心 得 ，受 到了 極大的啟發(fā) ，學(xué)業(yè)上受益頗多。在論文選題和研究過(guò)程中， 孫老師給與了我極大的支持 ，這些對(duì)論文研究工作及論文的完成都起著關(guān)鍵性的作 用。謹(jǐn)此對(duì)關(guān)心我支持我的老師同學(xué)，朋友家人致以真誠(chéng)的感謝。 4)．對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析， 不斷修 改參數(shù)，得到不同的結(jié)果，進(jìn)一步分析各個(gè)模塊的作用與工作參數(shù)限制 。 2)．完成轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的整體進(jìn)行設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，對(duì)原理樣機(jī)各部分功能細(xì)化，進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，各模塊既具有相對(duì)獨(dú)立的功 能 ，便于查驗(yàn)疏漏，又相輔相成，緊密結(jié)合 ，進(jìn)行良好的仿真分析 。得出如下結(jié)論： 1)．分析了轉(zhuǎn)發(fā)干擾的機(jī)理及實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)干擾的關(guān)鍵問(wèn)題。 本文研究的是 GPS轉(zhuǎn)發(fā)式干擾方法的建模與仿真。因此如何更有效的干擾 GPS制導(dǎo)武器便成了當(dāng)前急需解決的重大課題，同時(shí)它也是一項(xiàng)需要不斷改進(jìn)的長(zhǎng)期課題。圖 中可以看到干擾信號(hào)與原信號(hào)的不同，通過(guò)對(duì)比圖 和圖 ，可以看出干擾信號(hào)頻譜發(fā)生了改變。 圖 GPS 信號(hào)的延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā) 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 延時(shí)信號(hào)與原信號(hào)波形對(duì)比 圖 延時(shí)信號(hào)的頻譜 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 GPS 轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)的干擾 轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)幅度增加轉(zhuǎn)為正值，進(jìn)行 FFT 之后被一矩形波進(jìn)行濾波干擾， IFFT之后信號(hào)幅度取整 ，完成整個(gè)干擾。 圖 GPS 信號(hào)初始處理 圖 GPS信號(hào)時(shí)域波形 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 圖 GPS信號(hào)頻譜 GPS 信號(hào)的延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā) GPS 信號(hào)的延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)如圖 ， GPS 信號(hào)經(jīng)上述處理轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)后，根據(jù)信號(hào)幅度數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制形式進(jìn)行幀變換并進(jìn)行延時(shí)處理，再次恢復(fù)數(shù)字信號(hào)后就可以得到經(jīng)過(guò)延時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)時(shí)域波形和頻域波形，如圖 和圖。量化處理之后幅度增加 4，使信號(hào)幅度為正值，然后取整可得 GPS 數(shù)字信號(hào)，如圖 。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 4 仿真 效果分析 GPS 信號(hào)生成 在仿真的過(guò)程中，為了驗(yàn)證干擾機(jī)對(duì)信號(hào)的干擾作用，我只是使用普通的隨機(jī)碼產(chǎn)生信號(hào)，進(jìn)行 二次 濾波量化處理，得到基本原始信號(hào)作為 GPS 信號(hào)。為保證電路的精度，采樣速度可能比較高，采樣速度越高，所需要的 FIFO 規(guī)模越大，對(duì)于本設(shè)計(jì)所要求的 精度，即最大延遲 2 雌， 92． 07MHz的采樣頻率，采樣周期為 1ms，采樣精度 14 位。 系統(tǒng)利用 FIFO 存儲(chǔ)器的自然延遲對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行 存儲(chǔ)延遲。 DCM 的最低輸入頻率為 24MHz，因此，使用的用戶晶振頻率為 ，這個(gè)頻率等于產(chǎn)生偽碼序列頻率的 6 倍經(jīng)過(guò)2 倍頻可以得到頻率為 時(shí)鐘信號(hào)，再經(jīng)過(guò) 12 分頻可以得到頻率為 的時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)過(guò) 分頻可以得到頻率為 的時(shí)鐘信號(hào)。 DCM 稱為數(shù)字時(shí)鐘管理器，可以對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行分頻操作和倍頻操作。為了改善這種情況，實(shí)現(xiàn)在一定存貯約束條件下的可控信號(hào)延遲轉(zhuǎn)發(fā)，我們采用 FPGA 控制的模擬信號(hào)可控延遲技術(shù) 。 最后，要進(jìn)行最重要的時(shí)鐘管理模塊的建立。時(shí)鐘產(chǎn)生和控制模塊由差分輸入，相位檢測(cè)，環(huán)路濾波 (外圍電路配置 )，壓控振蕩器 (VCO)，分頻器和時(shí)鐘分配模塊組成。 AD9772內(nèi)部模塊依據(jù)功能可以劃分為：時(shí)鐘產(chǎn)生和控制模塊，輸入鎖存模塊，內(nèi)插濾波模塊，“零填充 ”模塊，數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊以及輸出參考電路。 構(gòu)成 D/A轉(zhuǎn)換器有兩種基本方案 ：一種是電流開(kāi)關(guān)中通以相向的電流，輸出電流的大小由 R2R網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)節(jié) ； 另一種采用二進(jìn)制作權(quán)電流源，它的輸出是疊加在一起的。 與 A/D 轉(zhuǎn)換器不同， D/A 轉(zhuǎn)換器 的核心部分是一組電流開(kāi)關(guān) 和其 權(quán)電流的控制。 AD6645 片上提供了采樣保持電路和基準(zhǔn)電位，使其成為一個(gè)完整的 A/D 轉(zhuǎn)換解決方案，內(nèi)部采用三級(jí)子區(qū)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，既保證了精度又降低了功耗。 為保證干擾機(jī)的功能和性能，以及信號(hào)還原的準(zhǔn)確度，課題對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣時(shí)鐘質(zhì)量要求較高且要具有低相位噪聲。 ADC 實(shí)際可達(dá)到的位數(shù)稱為有效位數(shù) (ENOB)，如果已知 SINAD(通常用實(shí)測(cè)的方法得到 )， ENOB 可用 公式 33 求出： ? ? )2/l g ( as ffdBS I N A DE N O B ??? （ 33） 顯然， ENOB 是一個(gè)綜合性的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 S/(N+D)與 SNR 不同之處在于考慮了諧波分量 。 信噪失真 比 (SINAD)，又稱 之 為信納比。事實(shí)上，提高采樣速率可以等效地提高 ADC 的位數(shù)，因此，提高采樣速率可以提高 ADC 的信噪比。對(duì)于正弦信號(hào)，其理論信噪比可由 公 式 31 得到： SNR=+ （ 31） 式中 N 為 ADC 的位數(shù)。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 信噪比 (SNR)：信號(hào)電平的有效值與各種噪聲 (包括量化噪聲、熱噪聲、白噪聲等 )有效值之比的分貝數(shù)。1 ／ 2LSB或 177。 量化誤差：模擬輸入量在量化取整的過(guò)程中所引起的誤差，又稱量化不確定度。分辨率有時(shí)也用最低有效位 LSB 的步長(zhǎng)表示，例如把 14 位 ADC 的分辨率說(shuō)成 1/2^14 單極性方式：當(dāng) ADC 的模擬輸入電壓只允許為正電壓或只允許為負(fù)電壓．即為單極性方式，轉(zhuǎn)換結(jié)果用無(wú)符號(hào)的二進(jìn)制數(shù)表示。 分辨率：模數(shù)轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換中所能分辨的最小量，習(xí)慣上用轉(zhuǎn)換結(jié)果的位數(shù)表示。通常把 1LSB 對(duì)應(yīng)的模擬輸入量簡(jiǎn)稱 1LSB。 A/D 轉(zhuǎn)換器有以下技術(shù)指標(biāo)： 最低有效位 (LSB)：二進(jìn)制數(shù)中權(quán)最小的位。 香農(nóng)采樣定理：為了避免信息損失，帶寬為 f 的模擬信號(hào)必須用大于 2f 的采樣速率進(jìn)行采樣。當(dāng)我們用離散的時(shí)間間隔對(duì)一個(gè)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣時(shí)，必須仔細(xì)地對(duì)采樣間隔加以選擇，以確保原始模擬信號(hào)的復(fù)現(xiàn)精度。 對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)的時(shí)間和幅度進(jìn)行離散采樣。在實(shí)際中，真正的沖激序列是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，通常代之以窄帶脈沖串。 首先，要選擇合適的 A/D 轉(zhuǎn)換器 理想的采樣就是用周期性的沖激序列和給定的信號(hào)相乘。為適應(yīng)錯(cuò)綜復(fù)雜的電磁環(huán)境。為減少模擬環(huán)節(jié)，在 較高的中頻，乃至對(duì)射頻信號(hào)直接進(jìn)行數(shù)字化。 中 頻 調(diào) 制信 號(hào)解 調(diào) 存 儲(chǔ) 延 遲 信 號(hào) 整 合G P S 干 擾信 號(hào) 生 成讀 取 控 制 圖 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)基本框圖 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 如圖 所示， 產(chǎn)生干擾信號(hào)其總體流程為，接收到的中頻調(diào)制信號(hào)，通過(guò)解調(diào)將信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，然 后用存儲(chǔ)器存儲(chǔ)。 第一中頻處理：第一中頻處理包括第一中頻的帶通濾波器，中頻放大器等 干擾信號(hào)生成單元的實(shí)現(xiàn) 在轉(zhuǎn)發(fā)式干擾機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖中可以看到， 干 擾生成信號(hào)單元產(chǎn)生延遲干擾信號(hào)，根據(jù)控制單元輸出的控制指令，由 FPGA 控制的 FIFO 進(jìn)行延時(shí)控制，將經(jīng)過(guò)延時(shí)的數(shù)據(jù)經(jīng) DAC 轉(zhuǎn)換后，生成干擾信號(hào) 。 發(fā)射帶通濾波器 1．濾波器中心頻率 ； 2： 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．中心插入損耗小于 ； 4．帶內(nèi)駐波 VSWR 小于 ： 1； 5．帶外抑制不小于 35dBc； 6．輸入與輸出阻抗皆為 50? 。 4． 1dB 壓縮射頻輸入功率不小于 2dBm； 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 5．輸出阻抗 50? 。 第二本振： 1．產(chǎn)生頻率 。 第 1 級(jí)混頻器： 1．輸入阻抗 50? ： 2．插入損耗不大于 8 dB： 3．隔離度： LO/RF 不小于 40dB， LO/IF 不小于 30 dB， LO/IF 不小于 20 dB： 4． 1dB 壓縮射頻輸入功率不小于 2dBm； 5．輸出阻抗 50? 。 參數(shù)設(shè)計(jì)如下 帶通濾波器： 1．濾波器中心頻率 ； 2． 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．中心插入損耗小于 ； 4．帶內(nèi)駐波 VSWR 小于 ： 1； 5．帶外抑制不小于 35dBc： 6．輸入與輸出阻抗 皆為 50? 。為了不降低整個(gè)信號(hào)發(fā)射單元的 信噪比 ，數(shù)字發(fā)射機(jī)的功率放大器應(yīng)具有較高的 信噪比 。寬帶中頻放大器不僅有放大功能，還有高反相隔離作用，阻止第一混 頻器產(chǎn)生的混頻分量杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 再次進(jìn)入輸出端口。射頻帶通濾波器的作用是，抑制部分發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的諧波、帶寬噪聲、互調(diào)失真及帶外變換頻率。原理框圖如 所示 帶 通 濾 波器 1混 頻 器 1帶 通 濾 波器 2混 頻 器 2帶 通 濾 波器 3功 率 放 大器延 遲 轉(zhuǎn) 發(fā)信 號(hào)第 一 本 振 第 二 本 振轉(zhuǎn) 發(fā) 干 擾信 號(hào) 生 成 圖 干擾信號(hào)發(fā)送單元基本框圖 就信號(hào)發(fā)射單元來(lái)說(shuō)，發(fā)送的 RF 頻率和較低的輸入頻率 決定 使用單變頻還是雙變頻。 第二中頻處理：第二中頻處理包括第二中頻的帶通濾波器，中頻放大器等。 帶通濾波器 4： 1．濾波器中心頻率為 ； 2． 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．帶內(nèi)損耗小于 l dB； 4．帶外抑制不小于 35dBc； 5．輸入與輸出阻抗皆為 50? 。 對(duì)應(yīng)第一中頻的中頻放大器： 1．輸入阻抗 50? ； 2．噪聲系數(shù)不大于 2dB； 3． 260MHz 處增益大于 40dB； 4．輸出阻抗 50? 。 混頻器 l： 1．輸入阻抗 50? ； 2．插入損耗小于 8dB； 3． 1dB 壓縮射頻輸入功率不小于 2dBm： 4．輸出阻抗 50? ； 5．隔離度 LO/RF 大于 40dB； LO/IF 大于 30dB； LO/IF 大于 20dB。 杭州電子科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第一本振： 1．產(chǎn)生頻率 ； 2．輸出幅度 7dBm； 3．雜波 抑制小 于 70dBc； 4．頻率穩(wěn)定度 10^8ppm： 5．諧波失真 40dBc。 具體參數(shù)設(shè)計(jì) 如下 信號(hào)接收單元包括帶通濾波器、混頻器、本振 器 等器件，當(dāng)中頻輸出30． 69MHz 時(shí)，參數(shù)設(shè)計(jì) 指標(biāo)如下所示： 帶通濾波器 1， 2： 1．濾波器中心頻率為 ； 2． 3dB 帶寬為 ? 12MHz； 3．中心插入損耗小于 ； 4．帶內(nèi)駐波 VSWR 小于 :1； 5．帶外抑制不小于 35dBc； 6．輸入與輸出阻抗皆為 50? 。接收機(jī)的增益特性包括：由放大器提供的增益、由濾波器造成的損耗、衰減和混頻。為了濾除所需要的信號(hào)之外的其他信號(hào)，混頻器1 的輸出端鏈接天線分離濾波器?；祛l器 1 的輸入信號(hào)幅度一般較大，為減少混頻產(chǎn)生的互調(diào)失真，需要一個(gè)高壓縮點(diǎn)。為減少帶通濾波器 l 預(yù)選器的插入損耗（ LNA 前面的濾波器插入損耗可直接影響噪聲系數(shù)），通常在 LNA 與第一混頻器之間接入帶通濾波器 2。而帶通 濾波器 2 不僅可以衰減所有諧波分量，而且還可以消減由 LNA 自身引起的鏡像噪聲。接收單元中，大部分噪聲系數(shù)是在低噪放大器產(chǎn)生的。 干擾 信號(hào)接收單元的實(shí)現(xiàn) 信號(hào)接收單元原理