一種基于長(cháng)碼擴頻技術(shù)的無(wú)人機遙控鏈路實(shí)現

摘要：為了滿(mǎn)足無(wú)人機遙控鏈路遠距離、高動(dòng)態(tài)、強抗干擾能力的軍事通信需求，設計了基于長(cháng)碼直接序列擴頻技術(shù)的FPGA實(shí)現方案。該方案采用了一種基于FFT算法的快速偽碼捕獲方法，將傳統的偽碼相位與多普勒頻移二維搜索過(guò)程簡(jiǎn)化為兩者同時(shí)捕獲的一維搜索過(guò)程。經(jīng)過(guò)硬件實(shí)現與測試，該方案可有效減少硬件資源消耗，同時(shí)縮短捕獲時(shí)間。
關(guān)鍵詞：無(wú)人機遙控鏈路；直接序列擴頻；長(cháng)碼捕獲；FPGA

0 引言
近年來(lái)，無(wú)人機在軍事和民用領(lǐng)域得到了非常廣泛的應用。無(wú)人機遙控鏈路是整個(gè)無(wú)人機系統的神經(jīng)中樞，可靠性方面要求嚴格。無(wú)人機飛行時(shí)復雜多變的環(huán)境，特別是遠距離巡航時(shí)，其低仰角帶來(lái)的嚴重多徑衰落與高速移動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應嚴重影響其遙控鏈路的可靠性，為了提高其抗干擾能力，保證可靠性，通常采用直接序列擴頻技術(shù)，并且要求較長(cháng)的偽碼長(cháng)度。該技術(shù)的收發(fā)兩端要求用完全相同的偽隨機碼進(jìn)行擴頻和解擴，因此接收機本地參考偽碼序列與接收序列之間的精確同步是對接收信號實(shí)現解擴的關(guān)鍵，而偽碼同步的關(guān)鍵是偽碼捕獲。
對于1 024位以上的長(cháng)碼擴頻系統，傳統的偽碼捕獲方法，捕獲時(shí)間長(cháng)，硬件資源消耗大，且動(dòng)態(tài)性能低，不適應于無(wú)人機遙控鏈路。本文采用一種基于FFT算法的快速偽碼捕獲方法，設計了基于長(cháng)碼直接序列擴頻技術(shù)的無(wú)人機遙控鏈路FPGA實(shí)現方案，經(jīng)過(guò)硬件實(shí)現與測試，減少硬件資源消耗的同時(shí)縮短捕獲時(shí)間。

1 遙控鏈路實(shí)現方案
該無(wú)人機遙控鏈路總體技術(shù)要求包括：信息速率為14．4 Kb／s；處理增益30 dB；擴頻位數1 024位；碼片速率22．5 Mb／s；糾錯編碼采用RS編碼；多普勒頻移不大于±20 kHz；同步時(shí)間小于10 ms；調制方式為QPSK。
總體硬件實(shí)現方案如圖1所示。采用收發(fā)一體的數字基帶處理結構，收發(fā)通道在單片FPGA內完成。FPGA選用Altera公司的EP3C120F484，主要的功能都在片內完成，正交下變頻解調器選用AD8348，它將中頻140 MHz信號正交下變頻到基帶，形成I／Q兩路正交信號，由ADC(AD92 16)完成基帶信號的模-數轉換，將形成的數字信號傳輸給FPGA。Si-4133產(chǎn)生中頻本振，其工作頻率為280 MHz，參考本振為10 MHz。主機接口芯片選用MAX3485，RS 422接口芯片，把解調后的信息傳輸給主機。其工作時(shí)鐘頻率為波特率的16倍。

1．1 發(fā)射通道實(shí)現方案
發(fā)射通道實(shí)現方案如圖2所示。遙控指令數據經(jīng)過(guò)RS編碼，插入幀同步頭，幀同步頭采用13位巴克碼，然后進(jìn)行差分編碼器，以消除相位模糊問(wèn)題。隨后，對產(chǎn)生的碼元序列進(jìn)行基帶擴頻，擴頻碼采用讀PN碼存儲ROM方式產(chǎn)生。FPGA片內集成一個(gè)可調NCO，可對擴頻后基帶數據進(jìn)行I，Q兩路的平衡QPSK調制。調制器輸出通過(guò)D／A變換送往射頻單元。