摘要
在軍事指揮系統(tǒng)中，一般地空電臺(tái)部署在沿邊界的各雷達(dá)站，而指揮員在一個(gè)區(qū)域指揮中心實(shí)現(xiàn)大范圍空域的地空指揮，因此電臺(tái)遠(yuǎn)程遙控是非常有意義的。為了實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的遠(yuǎn)程遙控，并且節(jié)省信道資源，將PTT控制信號(hào)調(diào)制成一個(gè)單頻信號(hào)與話(huà)音信號(hào)一起發(fā)送，確保PTT控制信號(hào)傳輸?shù)目煽啃浴?br>本課題以地空通信系統(tǒng)的研制為背景，深入研究了電臺(tái)轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)過(guò)程及實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，詳細(xì)介紹了一種基于FPGA的模塊化電臺(tái)接口的信號(hào)處理過(guò)程。在軟件算法設(shè)計(jì)方面，重點(diǎn)主要討論了話(huà)音信號(hào)和PTT信號(hào)處理流程以及FFT處理器的算法結(jié)構(gòu)、FIR陷波濾波器結(jié)構(gòu)、閾值檢測(cè)、穩(wěn)定算法等相關(guān)算法。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，將FPGA硬件的高速性能和I2C總線(xiàn)的簡(jiǎn)單有效相結(jié)合；在運(yùn)算板的設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)算法及實(shí)時(shí)性要求，研制了一種基于FPGA的通用高速音頻處理運(yùn)算板模塊。該系統(tǒng)具有音量調(diào)整靈活，實(shí)時(shí)性高，穩(wěn)定性強(qiáng)和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。本課題的創(chuàng)新點(diǎn)為采用FIR濾波器實(shí)現(xiàn)單頻信號(hào)的濾波；采用時(shí)頻變換的方式實(shí)現(xiàn)單頻信號(hào)的檢測(cè)；設(shè)計(jì)了新型穩(wěn)定處理算法，保證PTT控制信號(hào)的穩(wěn)定有效。
研制的電臺(tái)接口轉(zhuǎn)換模塊經(jīng)過(guò)仿真，模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測(cè)試，結(jié)果表明各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到系統(tǒng)要求，性能穩(wěn)定，已成功的應(yīng)用于某地空通信系統(tǒng)中。

關(guān)鍵詞 FIR；FFT；Cordic算法；穩(wěn)定處理

























Abstract
In the military command system, in general, earth-to-air radio stations are disposed along the border in the radar station, and the commander in a regional command center achieves air-ground command in a wide range of air space, so it is very significant for the radio remote control. In order to achieve the radio remote control, and save the channel resources, the PTT control signal modulates a single-frequency signal to sent along with the voice signal, control to ensure the signal transmission reliability.
The topic sets earth- to-air communications system for the background,, deathly study the radio transformation interface design process and implementation of key technologies, in detail, introduces a signal processing of modular radio interface based on FPGA. In the software design of algorithm, focusing mainly on the signal processing algorithm both the PTT control signal and voice signal, and the FFT processor structure, FIR notch filter structure, threshold detection, stable algorithm and other related algorithms. In the system design, communicating the FPGA hardware with good performance and I2C bus with simple and effective; in the operation panel design, according to the system requirements with algorithms and real-time, developing a general-purpose, high-speed and FPGA-based computing board for audio processing module. The system has the flexibility to adjust the volume, high real-time, good reliability, and expandability features.
Simulation result and environment test show that all specifications of the Radio interface converter modules can meet requirements of the system, the ground-air communication has been successfully used in some fire control radar due to its stable and perfect performance.
Key words:FIR; FFT; CORDIC arithmetic; stable processing



























目 錄
摘要 I
Abstract III
第1章 緒論 1
1.1 選題的研究背景和實(shí)際意義 1
1.1.1 課題的研究背景 2
1.1.2 實(shí)際意義 2
1.2 本課題國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 3
1.2.1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 3
1.2.2 發(fā)展趨勢(shì) 3
1.3 本研究課題的來(lái)源及主要內(nèi)容 4
1.4 論文章節(jié)安排 5
第2章 總體設(shè)計(jì) 7
2.1 系統(tǒng)組成 7
2.2 本課題的設(shè)計(jì)方案 8
2.3 本章小結(jié) 9
第3章 快速傅里葉變換處理器的設(shè)計(jì) 11
3.1 FFT的基本理論及算法 11
3.1.1 離散傅里葉變換(DFT)的基本原理 12
3.1.2快速傅里葉變換(FFT)的基本原理 14
3.1.3 頻域抽選基4碟形運(yùn)算單元 14
3.2 FFT處理器總體方案的設(shè)計(jì) 16
3.3 FFT IP核的設(shè)計(jì) 17
3.3.1 塊浮點(diǎn)結(jié)構(gòu)原理 17
3.3.2 FFT處理器的引擎結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
3.3.3 I/O數(shù)據(jù)流結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
3.3.4邏輯資源的使用 23
3.3.5 FFT IP核的設(shè)計(jì)工具 23
3.4 求模單元的設(shè)計(jì) 24
3.4.1 Cordic算法原理 24
3.4.2 Cordic算法的結(jié)構(gòu) 25
3.5 本章小結(jié) 28
第4章 有限脈沖響應(yīng)(FIR)陷波濾波器的設(shè)計(jì) 29
4.1 數(shù)字濾波器概述 29
4.2 分布式算法 29
4.2.1 分布式算法原理 29
4.2.2 串行DA和并行DA的理論 30
4.2.3 串并DA結(jié)構(gòu) 30
4.3 基于查找表的分布式算法 30
4.3.1查找表原理 30
4.3.2 查找表ROM的設(shè)計(jì) 33
4.4 基于FPGA的FIR陷波濾波器的設(shè)計(jì) 34
4.4.1 陷波濾波器結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案 35
4.4.2 窗函數(shù)法原理介紹 35
4.4.3 窗函數(shù)法設(shè)計(jì)方案 36
4.4.4 約束最小二乘法設(shè)計(jì)FIR陷波濾波器 39
4.4.5 等波紋法設(shè)計(jì)FIR陷波濾波器 40
4.5 本章小結(jié) 41
第5章 基于I2C總線(xiàn)的輸入輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì) 43
5.1 簡(jiǎn)要介紹8731芯片的整體功效 43
5.2 WM8731寄存器的地址分配 45
5.3 WM8731控制電路的實(shí)現(xiàn) 50
5.4 用WM8731 D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生音頻信號(hào) 50
5.5 本章小結(jié) 53
第6章 閾值檢測(cè)和穩(wěn)定算法處理 55
6.1 閾值檢測(cè) 55
6.2 穩(wěn)定處理算法 56
6.3 本章小結(jié) 58
第7章 PCB設(shè)計(jì)及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 59
7.1 原理圖的設(shè)計(jì) 59
7.2 PCB圖設(shè)計(jì) 63
7.2.1 布局原則 63
7.2.2 布線(xiàn)原則 64
7.2.3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 65
7.3 本章小結(jié) 66
結(jié)束語(yǔ) 67
參考文獻(xiàn) 69