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在卫星通信领域中,数传分系统是卫星有效载荷的重要组成部分。研究数传分系统半物理仿真设备的意义在于通过该设备考察卫星在特定频段下通信的质量和可行性。就数传分系统半物理仿真设备地面接收部分而言,其承担着接收、解调、复现星上数据以及存储和转发等多项任务,不难看出其工作量是巨大的。因此,必须要搭建一个高性能的实时信号处理系统以满足处理的需求。
本文的主要研究的主要任务就是设计并实现可供数传分系统半物理仿真设备地面接收部分使用的通用高性能实时信号处理系统。该系统的特点在于不仅具有很高的处理性能,同时还具有广泛的通用性和深度的可扩展性。目前,通用高性能实时信号处理技术已经广泛地应用于卫星通信、频谱监测、国防安全等重要领域,为国家各部门的建设提供了有力的支持。
本文提出了一种基于多DSP与FPGA的通用高性能实时信号处理系统架构。由于系统的数据量巨大、实时性要求高,因此对DSP芯片的要求很高。综合考虑多种因素,作者选择使用两片ADSP-TS201浮点DSP构成系统处理核心,并辅以FPGA解决高速数据传输通道的瓶颈问题。由于涉及多DSP并行处理技术,采用合理的系统耦合模型变得十分重要。作者通过进行全面细致的比较,选择了松耦合与紧耦合相互结合的混合耦合模型,这样不仅保证了系统处理的性能,同时也充分考虑了系统处理突发事件的要求。此外,作者还选配了一颗ADSP-BF533定点DSP加入系统当中,丰富系统功能。
在文中,作者还给出了FPGA的基本设计与实现方案,并经过实际调试,完成了FPGA数字设计工作的同时,还验证了FPGA在整个系统中的重要作用。
此外,由于系统中不可避免的引入了高速数字设计,因此信号完整性的设计与分析变得十分重要,作者根据经验和软件辅助设计的方法,给出了阻抗控制、PCB堆叠、PCB布局布线等约束,同时完成了PCB绘制与调试工作。
作为系统设计不可分割的一部分,作者还在文中研究了在系统设计过程中出现的电源完整性问题与系统散热问题,并给出了解决办法。