随着无人机的功能和性能需求的不断提升,为确保无人机各项功能的完备、工作状态的安全稳定,则需要对无人机高速飞行时的关键数据进行采集和存储,飞行结束后再对存储数据进行回放及分析。因此研制出小型化、低功耗的机载信号采集存储设备具有重要的现实意义。本文根据课题相关技术指标和实际应用场景,设计一种以FPGA+ARM为处理核心的机载信号采集存储系统。主要研究内容如下:首先研究数字下变频的整体结构。在数控振荡器方面,针对传统CORDIC算法需要重复前级迭代才能使算法收敛域覆盖整个圆周区间的问题,提出一种改进型CORDIC算法,将圆周区间划分为8个子区间,通过区间映射把任意输入角度映射到主区间,使CORDIC算法的收敛域覆盖整个圆周区间。与传统CORDIC算法相比,节省24.95%的资源使用。在抽取滤波器组方面,通过CIC滤波器和FIR滤波器级联的方式设计一种可通过参数配置改变抽取倍数的抽取滤波器组。前级CIC滤波器完成25倍抽取滤波,后续各级FIR滤波器完成2倍抽取滤波,并且每一级FIR滤波器的输出都可以作为数字下变频模块的最终输出,最终实现最高800倍抽取的可变倍数抽取功能。然后基于高速计算机系统互连总线协议PCI-Express 2.0,并利用Xilinx的XDMA IP核完成基于PCIe总线的DMA方式数据传输,实现将FPGA预处理后的基带数据传输至ARM,并配合上位机进行频谱观测分析。在系统设计与实现过程中,首先根据实际需求确定FPGA+ARM的硬件结构,并给出相应的选型依据。然后对机载信号采集存储系统的数据预处理模块和高速数据传输模块进行详细的FPGA设计,最后通过Modelsim和Vivado的联合仿真对系统主要组成模块进行功能仿真,并把仿真结果导入到MATLAB中进行分析处理。最后根据现有设备制定测试方案并搭建系统测试平台,通过FPGA内部数据抓取以及上位机对接收数据进行频谱分析,对系统的模拟信号采集、数字预处理及高速数据传输等功能进行板级测试。测试结果表明设备能正常完成外部数据的采集、处理、传输和存储等功能,满足设计要求,具有较好的使用和推广价值。