数据链通信信号盲处理与实现技术

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数据链通信信号主要用于飞机与控制中心进行数据交换与通信,相对于传统的无线电通信方式,数据链的通信方式更加先进,具有更高的保密性,不易被其他设备侦测。数据链信号具有传输容量大、频率随机跳变、时间随机跳变、定位精度高等特点,常应用于现代电子战中。在高科技电子战争中,如何对接收到的数据链信号进行快速盲处理以及参数估计是具有重要的意义。本设计主要包含两大部分,第一部分主要是通过利用MATLAB仿真软件产生具有跳频、GMSK调制等特性的数据链仿真信号。针对信号特点,设计相应的算法完成对信号的相关处理。处理内容包括对信号的数字信道化、阵列测向、波束形成、时间精估计、信号调制方式识别以及时频参数的估计。在完成算法仿真的前提下,进行第二部分的硬件实现部分,将仿真算法移植到多核数字信号处理芯片(DSP)中。为了提高信号处理的实时性,对移植后的算法和硬件实现结构上进行进一步的调优,将传统的单核实现,改为多核并行流水线的实现方式,实现对每个脉冲数据都能完成接收并进行参数盲估计的过程,能够保证每个核心处理运算时间在几十微秒以内,达到了高速并行处理效果。本文对数据链通信信号盲处理系统的研究内容如下:1.针对数据链通信信号进行参数特征分析,根据特征信息设计出系统总体方案,并对方案中各模块实现方法进行简要说明。2.数字信道化部分包含对信号进行信道化处理、信道号检测、信号起始与截止时间粗略估计处理;数字信道化过程采用多相IDFT信道化结构,实现了高效的数字信道化过程,对信道化后的数据链信号进行滑动能量积累完成信道号检测、起始与截止时间的粗略估计。3.数据链信号盲处理部分中首先需要对信号进行预处理过程,使信号参数估计结果更加准确。利用Root-MUSIC算法对信号来波方向和信号个数进行估计,根据不同信号的来波角度进行自适应波束形成,抑制干扰信号。在对数据链脉冲进行起始、截止时间精估计中提出了一种通过能量积累曲线中寻找能量拐点坐标的方法,拐点处坐标对应于信号的起始与结束位置。信号调制识别算法上,提出了一种根据信号高次谱线特征的方法进行信号的调制方式识别,该算法用以区分GMSK、MSK、OQPSK三种信号的调制方式。参数盲估计部分通过信号平方谱线间距与过采样比来估算信号的中心频率、带宽、波特率等参数。4.硬件实现上,将仿真完成的算法移植到多核DSP芯片中进行实现,为了减少硬件上时间消耗、资源浪费等问题,对每个处理算法进行优化,通过采用内联函数、循环展开、使用寄存器变量等手段减少DSP处理的时钟周期。采用多核并行流水线结构,利用DSP的IPC内核通信模块中的MessageQ结构体完成核心与核心间的信息传递,通过引入信号量机制限制核心与核心同时对共享区域变量进行访问的情况,避免在处理过程中发生死锁的现象,严格控制信号处理的时序问题。实现数据链信号高速并行化的处理效果。最后将算法在硬件试验平台上进行了实时性与性能测试,通过实际的硬件系统测试,该算法能够保证对数据链信号处理的实时性与信号参数估计结果的准确性。
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