基于FPGA的机载甚低频自动天馈系统研究及实现

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中国的崛起与海洋权利密切相关。从长远看,中国要实现海洋权益完整,就必须拥有一支强大的海洋武装力量,在这其中发展被称为“海上利剑”的潜艇则显得尤为重要,如何在国内现有对潜通信技术基础上快速、可靠地与潜艇进行通信则成为本文的研究重点。中国目前的对潜通信台站为建国初期前苏联援助建设的两个大型固定台站和若干小通信台站,而固定台站在战时容易成为敌方的首要打击目标。因此研究机载平台的对潜通信相关技术,也就成为一个必然的研究课题。对于机载平台来说,天线参数受环境及飞行姿态影响较大。因此本文研究并设计出一种基于FPGA的全自动天馈系统,可有效提高发信质量及系统效率、减少发信准备时间、提高系统抗毁性。本文的主要工作和创新点包括:1.在我国长期不断加大力度维护海洋权益的大背景与意义下,详细阐述了现有的对潜通信VLF(甚低频)发射系统及天线的发展和研究现状,特别是从功率合成技术方面对常用的两种器件进行了详细的分析和对比;对常见的甚低频辐射天线的特性做了一定的分析与计算;2.结合甚低频发射机与辐射天线原理的分析,对天馈系统进行研究与理论计算,设计出一种满足机载平台的天线馈电电路,并对该种电路进行了建模分析与验证;3.根据对整个系统的硬件需求分析,通过对比多种处理器的性能与特性,选择FPGA(现场大规模可编程逻辑控制器)和多种模拟及数字外围芯片搭建自动天馈系统硬件平台,并对强电磁环境下的EMC(电磁兼容性)特性进行了一定的分析计算;4.在硬件平台的基础上,采用自顶向下的模块化设计方法,设计了自动天馈系统的软件架构,并使用VHDL(硬件描述语言)进行了程序的编写;5.通过系统电路模型和软件的仿真及验证,实现了甚低频自动天馈系统的软、硬件集成,首次在我国机载平台上对甚低频自动天馈技术进行了有益的尝试与研究。本课题针对机载甚低频通信系统中的天馈系统这一领域进行深入研究,通过理论分析建立一套硬件电路模型,利用基于FPGA的快速自动调谐技术对硬件电路模型进行控制。仿真结果表明,该系统的建立可解决现行人工控制准确度差、效率低等缺点,将极大的提高潜艇部队作战的反应能力和通信台站的抗毁性,对于提升潜艇部队的整体战斗力将有很大的实用价值。
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