一種基于sr數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于紫外光通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)，是一種以高速浮點(diǎn)型DSP芯片為核心、FPGA為協(xié)處理器的紫外光通信信號處理系統(tǒng)，系統(tǒng)工作溫度范圍達(dá)到-40°C?85°C，滿足工業(yè)化、實(shí)用化和小型化要求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大數(shù)據(jù)量的高效傳輸。
【背景技術(shù)】
[0002]軍事通信作為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的神經(jīng)中樞是提高總體作戰(zhàn)能力的重要因素，在戰(zhàn)爭中起著舉足輕重的作用。它可以通過各種有線、無線手段，使固定、移動的各種終端設(shè)施進(jìn)行軍事信息的傳遞。但現(xiàn)有的通信方式在發(fā)展過程中遇到了許多困難，如有線通信(電話、光纖通信)存在需要預(yù)先埋設(shè)，易被破壞，難以維護(hù)的問題，并且不能跟隨部隊(duì)做快速、機(jī)動的響應(yīng)。無線電通信雖然具有靈活機(jī)動的特點(diǎn)，但是存在易被竊聽、干擾和探測破壞等問題，更不適合“電磁靜寂”的場合。為了在未來戰(zhàn)爭中立于不敗之地，各國都在尋求更新穎、更隱蔽、安全和不易被干擾的通信手段。紫外光通信是利用“日盲區(qū)”紫外光在大氣中的散射來進(jìn)行消息傳輸?shù)囊环N新型通信模式。由于“日盲區(qū)”紫外光在大氣中的散射具有背景噪聲小，非直線傳輸，能量衰減快等特點(diǎn)，所以將紫外光作為通信手段則具有低竊聽率、高抗干擾性、低位辨率、全天候性等特點(diǎn)。紫外光通信也因其隱蔽性、秘密性、抗干擾性等特點(diǎn)，可組成簡單而堅(jiān)固的小型化裝置，以應(yīng)用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭的海陸空作戰(zhàn)中。
[0003]1992 年 5 月 Joe Mitola 在美國電信系統(tǒng)會議(IEEE Nat1nal TelesystemConference)上首次提出了“軟件無線電”(Software Rad1, SR)的概念。其中心思想是構(gòu)建一個具有開放性、靈活性的通用數(shù)字硬件平臺，通過實(shí)時的軟件控制，實(shí)現(xiàn)各種無線電系統(tǒng)的通信功能(如工作頻段、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等)，并使寬帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)及數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)盡可能地靠近天線。這樣，“無線電通信”便不再是一堆各式各樣的硬件，而是一個統(tǒng)一的外殼，其核心是各種靈活的算法和軟件。軟件無線電技術(shù)的重要價值在于:傳統(tǒng)的硬件無線電通信設(shè)備只是作為無線通信的基本平臺，而眾多的通信功能則是由軟件來實(shí)現(xiàn)，這打破了以往設(shè)備通信功能的實(shí)現(xiàn)僅僅依賴于硬件發(fā)展的格局，使得無線通信新系統(tǒng)、新產(chǎn)品的開發(fā)將逐步轉(zhuǎn)到軟件的開發(fā)上來，而無線通信產(chǎn)品的價值也將越來越多地體現(xiàn)在軟件上，因此軟件無線電將被看作是無線通信領(lǐng)域中繼固定通信到移動通信、模擬通信到數(shù)字通信之后的新飛躍和革命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)是一種以高速浮點(diǎn)型DSP芯片為核心、FPGA為協(xié)處理器的紫外光通信信號處理系統(tǒng)，系統(tǒng)工作溫度范圍達(dá)到-40°C?85°C，滿足工業(yè)化、實(shí)用化和小型化要求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大數(shù)據(jù)量的高效傳輸。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案: 一種基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)，其特征在于，包括紫外光發(fā)射天線、紫外光源驅(qū)動模塊、信號處理模塊、上位機(jī)和紫外接收天線；所述的信號處理模塊通過串口與上位機(jī)通訊；所述的紫外接收天線接收紫外光信號，該模塊將光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號傳輸給信號處理模塊；所述的紫外光源驅(qū)動模塊接收信號處理單元的控制信號，驅(qū)動紫外接收天線發(fā)出紫外信號。
[0005]該基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)中，所述的信號處理模塊包括預(yù)處理單元、接收解調(diào)單元、數(shù)據(jù)處理單元和發(fā)送調(diào)制單元；所述的預(yù)處理單元選用帶前置放大器的差動放大電路，該前置運(yùn)算放大器采用0PA128芯片，該差動放大電路采用2片0PA129芯片，輸出級采用INA105芯片，增大輸出阻抗；所述的接收解調(diào)單元由AD9243型A/D轉(zhuǎn)換芯片和XC3S250型FPGA組成，交流信號先經(jīng)過一級運(yùn)放，再加電壓偏置后輸送到該A/D轉(zhuǎn)換芯片，將原本的交流信號偏置到直流信號，保證AD9243芯片采集正信號，所述FPGA用于AD9243芯片數(shù)據(jù)采集的緩存，同時協(xié)助處理單元執(zhí)行部分算法，減少主處理器的運(yùn)算量；所述的數(shù)據(jù)處理單元選用TMS320C6713型DSP，該DSP分別通過McBSP、EMIF與D/A、其他外設(shè)芯片相連；所述的發(fā)送調(diào)制單元包括TLV5638型D/A芯片和輸出預(yù)處理電路，該D/A芯片通過多通道緩沖串口 McBSPl與所述DSP實(shí)現(xiàn)通訊，選用基于LF353芯片的輸出預(yù)處理電路對D/A輸出信號進(jìn)行放大和偏置處理，滿足紫外光源驅(qū)動對信號的要求。
[0006]該基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)中，采用外部電源輸入的方式，將交流電通過工頻變壓器降壓、整流、濾波，然后通過穩(wěn)壓管得到+12V和-12V的線性直流電源，然后再輸入到信號處理電路系統(tǒng)，+5V線性電源通過LM7805芯片將+12V線性電源降壓得到。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:
當(dāng)接收數(shù)據(jù)時，來自紫外接收天線的電壓信號，經(jīng)過信號預(yù)處理模塊濾波放大之后送給信號處理系統(tǒng)進(jìn)行解調(diào)，然后通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)顯示；當(dāng)發(fā)送數(shù)據(jù)時，信號處理系統(tǒng)將上位機(jī)從串口發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，然后將調(diào)制后的信號送給紫外光源驅(qū)動，從而控制紫外發(fā)射天線發(fā)出紫外信號。
[0008]紫外光信號在大氣中傳輸時由于受到大氣分子、懸浮顆粒的吸收和散射，其強(qiáng)度衰減很快，到達(dá)接收端的光信號已經(jīng)非常微弱，為了濾除噪聲干擾以獲得穩(wěn)定的信號輸出，就需要采用微弱信號檢測技術(shù)。首先要求光探測器在光源發(fā)射波長范圍內(nèi)具有高響應(yīng)度、小的附加噪聲、快的響應(yīng)速率；其次前置放大電路也應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計，以獲得大的動態(tài)范圍和高的信噪比。系統(tǒng)選用了華東電子管廠生產(chǎn)的GDB-152型光電倍增管，碲銫陰極，能夠?qū)θ彰^(qū)紫外光響應(yīng)，同時選取了帶前置放大器的差動放大電路，放大倍數(shù)600倍，通帶寬度為O?40kHz。差動放大電路的特點(diǎn)在于可以抑制共模信號，從而區(qū)別信號和噪聲，進(jìn)而控制并減少噪聲。
[0009]紫外光通信信號數(shù)字處理系統(tǒng)的關(guān)鍵部分包括信號處理單元、用于調(diào)制信號輸出的發(fā)送端調(diào)制部分和用于采集調(diào)制信號的接收端采集部分。為了實(shí)現(xiàn)半雙工通信并且滿足系統(tǒng)工程化、小型化和實(shí)用化的要求，每套信號處理系統(tǒng)必須集成發(fā)送端和接收端電路。發(fā)射端的數(shù)據(jù)輸出模塊(D/A)和接收端的數(shù)據(jù)采集模塊(A/D)是光學(xué)天線和信號處理單元之間的樞紐，它們的性能如帶寬、分辨率和動態(tài)范圍等將直接影響整個系統(tǒng)的性能。為了降低系統(tǒng)開發(fā)難度，在滿足系統(tǒng)要求的情況下，我們選擇了在硬件上可與DSP實(shí)現(xiàn)無縫連接，軟件上可以利用CCS軟件開發(fā)平臺提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換支持包的器件。這樣將減小硬件和軟件的開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，D/A轉(zhuǎn)換器件TLV5638和A/D轉(zhuǎn)換器件AD9243就符合這樣要求。
[0010]采用FPGA作為協(xié)處理器，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集后的數(shù)字濾波和數(shù)據(jù)緩沖。由于接收端信號的采樣速率高，數(shù)據(jù)量大，所以必須配備高速大容量的緩存模塊來存放數(shù)據(jù)。而由FPGA內(nèi)部的Block RAM配置的同步FIFO具有吞吐速度高、存儲容量大、易于控制的特點(diǎn)，適合作為A/D采樣數(shù)據(jù)高速寫入的存儲器。而且FIFO有兩套數(shù)據(jù)線而無地址線，可在其一端寫操作而在另一端進(jìn)行讀操作，數(shù)據(jù)在其中順序移動，從而達(dá)到很高的傳輸速度和效率，還省去了地址線，有利于PCB板布線。此外，F(xiàn)PGA還可以作為協(xié)處理器，將一部分DSP內(nèi)的算法移植過來，減少了主處理器的運(yùn)算量負(fù)擔(dān)。
[0011]本發(fā)明提出了一種基于SR數(shù)字信號處理技術(shù)的紫外光通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)以高速浮點(diǎn)型DSP芯片為核心、FPGA為協(xié)處理器，工作溫度范圍達(dá)到_40°C?85°C，滿足工業(yè)化、實(shí)用化和小型化要求，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、大數(shù)據(jù)量的高效傳輸。
【附圖說明】
[0012]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的解釋說明。
[0013]圖1是該系統(tǒng)