MSK信号检测识别的FPGA实现

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  •      采用MSK 调制的跳频通信具有主瓣能量集中、旁瓣衰落滚降快、频谱利用率高和抗干扰能力强等优点,在军事通信中应用广泛。如美军现役的联合战术信息分发系统采用的通信信号,工作带宽969~1 206 MHz,跳频速率为70000 多跳/ s, 单个频点驻留时间约为13 s,信号持续时间* s, 总共有51个间隔为3 MHz 的信道,码速率为5 MHz。已知在该工作频段内主要还存在单频、窄带调幅和线性调频等信号。为了准确截获并识别目标信号,针对此信号环境设计了一种MSK 信号检测识别方法,并使用FPGA进行了设计实现。

      1 算法设计
     

      1.1 宽带跳频信号实时检测算法

      用现代技术来实现宽带数字化接收的一个实用的方法是通过信道化技术,实现信道化通常的方法是采用快速傅里叶变换(FFT)。  在近代电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;在所有的电子部件中,使用最多,技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。

      设计法更容易实现,因为FFT所需要的运算量更少。

      2.2 高速STFT 实现

      为了覆盖整个跳频带宽,中频信号的采样率设为700MHz, 而FPGA 无法直接处理这样高速率的数据,因此需要采用多路并行处理,即将中频采样信号分成4 路,每路175 MHz, 这使得在FPGA 中运算成为可能。相应的FFT运算也需要多个运算模块并行处理,这样的代价便是增加了硬件资源消耗。数据接收及FFT处理的实现框图如图2 所示。

      

     

      要实现50%的数据重叠处理,需要2 个图2 所示的模块,这样粗测频引导模块就需要8 个1 024 点FFT运算单元,在FPGA 中使用FFT的IP 核实现。

      完成FFT处理后需要进行幅度谱计算和谱峰提取,通过对谱峰的能量检测进行是否存在信号的判断,并根据谱峰位置得到粗测频结果,以此引导正交下变频模块。2.3 数字正交下变频的实现

     

      数字正交下变频模块根据前面得到的引导信息,设置合适的数字本振频率值,将信号搬移到零中频,并对信号进行低通滤波和抽取,得到低采样率的零中频数据,以方便后续处理。数字正交下变频采用基于多相抽取滤波器的多路并行结构,实现如图3所示。

      

     

      2.4 信号识别的实现

      信号识别的主要模块是平方运算和信号的幅度谱分析。为了体现MSK 信号的特征,对经过正交下变频得到的数据进行平方运算。如果直接对数据进行常规的平方处理,结果会产生零频分量,对后续处理造成不利影响。为了消除这种影响,需要将正交的复数据进行坐标变换,转变成幅度和相位的表示形式。这样再进行平方运算时,保持幅度值不变,相位值变成原来的2 倍并经过相位解卷绕处理,最后再经过坐标反变换,得到经过平方运算的复数据。

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