盲信号测量接收机的数字系统设计

• 作 者: 李晓曦
• 机 构: 北京交通大学
• 出 处: 北京交通大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 高速铁路 盲信号测量接收机 数字系统 结构设计

随着我国高速铁路技术的迅速发展，动车组车辆的电磁环境越来越复杂，测量动车组车辆的辐射特性是研究其电磁兼容性的基本措施。解决动车组整车电磁辐射测量的测试场地要求，实现动车组整车电磁辐射信号的现场实时提取，研制基于盲信号处理理论分离动车组辐射信号和环境噪声的盲信号测量接收机具有重要的实践意义。其中，完成数据采集和系统控制功能的数字系统是盲信号测量接收机的研究和实现中必不可少的重要组成部分。　　本文设计并实现了一套基于单片机、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array, FPGA)、复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，CPLD)进行多通道高速高精度数据采集和控制的盲信号测量接收机数字系统，并从系统的总体方案、硬件设计、软件编程、系统测试和信号完整性分析几方面进行了详细阐述。　　本文首先从数据采集的基础理论出发，讨论了系统的采集存储策略，作为系统设计的理论依据，提出了系统的性能指标和总体设计方案。根据系统应用背景和盲信号处理算法的数据需求搭建系统硬件平台，将硬件系统模块化，具体设计为模拟电路模块、数据采集模块、系统控制模块、电源模块，并详细介绍了硬件系统各组成部分的功能、元器件选型和外围电路设计。软件设计方面阐述了通信协议的制定和基于C语言的主控程序的设计流程，并采用Verilog HDL语言和模块化设计思想完成了FPGA、CPLD内部控制逻辑的设计与实现，主控程序解析上位机指令，控制CPLD实现接收机系统控制，控制FPGA进行数据采集存储、数据上传。系统性能测试部分对测试系统的构成和测试方法进行了详细论述，并给出具体测试结果和系统主要技术指标验证了数字系统设计的可行性;介绍了信号完整性分析的基本理论及必要性，遵循高速信号线的布线准则，从分层、布局、布线几方面采取实际的PCB(Printed Circuit Board)信号完整性设计措施，并对系统进行信号完整性仿真分析。　　仿真和实测结果表明，盲信号测量接收机的数字系统实现了对4路输入模拟电信号的同步正确采集、存储和传输，达到了预期的结果，可应用于实际当中。同时，本文提出了系统尚存的不足之处和改进措施。