基于软件无线电构架的深空测控接收机研究

• 作 者: 席禹豪
• 机 构: 东南大学
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2015年期
• 关键词: 深空探测 软件无线电 千兆以太网 B/S架构

深空测控接收机是深空测控网系统中的进行无线电信号接收采样、数据处理以及数据存储的重要设备,通过对这些来自探测器和宇宙天体的无线电信号的分析处理,可以确定探测器的轨道,获知宇宙天体的星体特性。而在软件无线电架构下实现的接收机系统,有更好的灵活性、开放性和较长的生命周期,广为国内外接收机系统所采用,具有很大的研究和应用价值。文章分析了国内外各种无线电接收机的结构特点,以ARM处理器作为主控制器、结合高速ADC和高速FPGA设计实现了软件无线电接收机系统RSR-ARM (Radio Science Receiver With ARM Microcontroller).确定了RSR-ARM系统层叠式的硬件结构,以及ADC模块、FPGA模块和ARM模块各自完成的功能。在此基础上,对FPGA高速信号处理模块的各个子模块进行了研究实现：高速串并转换器对来自ADC的达GHz采样率的高速数据进行降速,方便进一步处理;下变频模块采用3级下变频实现,以较小的资源占用实现了大范围、小步长的本振频率设置；采用多级降采样的方案,适应深空探测任务中多种速率数据的需求；基于AHB (Advanced High Performance Bus, 高级高性能总线)总线,实现了FPGA和ARM的数据交互和总线地址映射；分物理层、数据链路层和上位机接收三部分实现了千兆以太网数据传输模块,并约定了RSR-ARM网络帧和数据包的结构,经过测试该模块可以实现512Mbps的高速数据传输存储。其次对基于嵌入式Linux系统的ARM控制软件系统进行了设计实现,整个软件系统分为驱动层、控制层、服务层和客户层四部分,它们从底层开始将系统硬件的控制和监控操作逐层封装,然后基于B/S (Brower/Server,浏览器／服务器)架构,以Web网页的形式把RSR的控制界面呈现给用户,界面简明,操作简单,同时支持网页远程控制和实时信息反馈；计划文件系统使得用户可以设置定时任务,无需时刻关注系统状态,更精确准时的执行观测任务。另外,将数据存储任务从系统分离出来,交给上位机千兆以太网高速数据接收程序来完成,减少了系统的运行负担。最后对整个RSR-ARM系统进行了完整的测试,包括输入特性测试、数据存储测试、NCO频率范围和步长测试以及通道一致性测试,最终汇总的系统指标说明采用模块化的设计方法的RSR-ARM系统功能完善,灵活性强,易于维护,满足设计的各项指标。