MSK信號檢測識別的FPGA實(shí)現

　　2.2 高速STFT 實(shí)現

　　為了覆蓋整個(gè)跳頻帶寬，中頻信號的采樣率設為700MHz， 而FPGA 無(wú)法直接處理這樣高速率的數據，因此需要采用多路并行處理，即將中頻采樣信號分成4 路，每路175 MHz， 這使得在FPGA 中運算成為可能。相應的FFT運算也需要多個(gè)運算模塊并行處理，這樣的代價(jià)便是增加了硬件資源消耗。數據接收及FFT處理的實(shí)現框圖如圖2 所示。

　　要實(shí)現50%的數據重疊處理，需要2 個(gè)圖2 所示的模塊，這樣粗測頻引導模塊就需要8 個(gè)1 024 點(diǎn)FFT運算單元，在FPGA 中使用FFT的IP 核實(shí)現。

　　完成FFT處理后需要進(jìn)行幅度譜計算和譜峰提取，通過(guò)對譜峰的能量檢測進(jìn)行是否存在信號的判斷，并根據譜峰位置得到粗測頻結果，以此引導正交下變頻模塊。2.3 數字正交下變頻的實(shí)現

　　數字正交下變頻模塊根據前面得到的引導信息，設置合適的數字本振頻率值，將信號搬移到零中頻，并對信號進(jìn)行低通濾波和抽取，得到低采樣率的零中頻數據，以方便后續處理。數字正交下變頻采用基于多相抽取濾波器的多路并行結構，實(shí)現如圖3所示。

　　2.4 信號識別的實(shí)現

　　信號識別的主要模塊是平方運算和信號的幅度譜分析。為了體現MSK 信號的特征，對經(jīng)過(guò)正交下變頻得到的數據進(jìn)行平方運算。如果直接對數據進(jìn)行常規的平方處理，結果會(huì )產(chǎn)生零頻分量，對后續處理造成不利影響。為了消除這種影響，需要將正交的復數據進(jìn)行坐標變換，轉變成幅度和相位的表示形式。這樣再進(jìn)行平方運算時(shí)，保持幅度值不變，相位值變成原來(lái)的2 倍并經(jīng)過(guò)相位解卷繞處理，最后再經(jīng)過(guò)坐標反變換，得到經(jīng)過(guò)平方運算的復數據。

　　坐標變換可采用計算器(CORDIC) 運算IP 核實(shí)現，有利于節省硬件資源，提高運算效率。

　　幅度譜分析模塊通過(guò)粗測頻引導確定信號到來(lái)，對經(jīng)過(guò)平方運算的零中頻數據進(jìn)行FFT處理，得到信號的幅度譜。進(jìn)行譜分析時(shí)按照如下步驟：

　?、?提取過(guò)檢測門(mén)限的譜峰點(diǎn);

　?、?確定最大譜峰的位置;

　?、?確定距離最大譜峰位置左右5 MHz 處是否存在與最大譜峰值相差不大的譜峰;

　?、?檢測2 個(gè)譜峰連線(xiàn)的中點(diǎn)位置是否是2 倍的有效信道載頻頻點(diǎn)。

　　經(jīng)過(guò)以上步驟，完成了MSK 信號的識別。

　　3 試驗結果

　　為了驗證算法實(shí)現是否能正確截獲并識別MSK 目標信號，使用泰克公司的任意信號發(fā)生器

　　信號發(fā)生器又稱(chēng)信號源或振蕩器，它是指產(chǎn)生所需參數的電測試信號的儀器。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著(zhù)廣泛的應用。按信號波形可分為正弦信號、函數(波形)信號、脈沖信號和隨機信號發(fā)生器等四大類(lèi)。各種波形曲線(xiàn)均可以用三角函數方程式來(lái)表示。常見(jiàn)的有函數信號發(fā)生器。

　　AWG7122B 模擬產(chǎn)生了目標信號環(huán)境，并使用硬件平臺進(jìn)行了接收測試

　　，為了便于觀(guān)察計算結果，使用Xilinx 公司的在線(xiàn)邏輯分析儀軟件ChipScope 截取了FPGA 內部的運算數據和結果。

　　使用任意信號發(fā)生共設置了3 個(gè)信號，

　　信號1參數如下：

　　信號形式： 脈沖;

　　信號時(shí)長(cháng)： * s;

　　信號間隔： 13 s;

　　脈內調制：MSK;

　　碼元速率： 5 MHz;

　　信號2 的參數如下：

　　信號形式： 單頻脈沖;

　　信號時(shí)長(cháng)： 5 s;

　　信號間隔： 50 s;

　　信號3 的參數如下：

　　信號形式： 脈沖;

　　信號時(shí)長(cháng)： 8 s;