[发明专利]一种基于FPGA的多音调频信号解调方法

说明书

本发明公开了一种基于FPGA的多音调频信号解调方法，包括以下步骤：将多音调频模拟信信号转化为数字信号；在FPGA中实现多音调频数字中频信号下变频；在FPGA中进行抽样，降低信号数据速率；在FPGA中实现多普勒频偏矫正；在FPGA中实现码元符号的同步；在FPGA中通过频谱分析完成对导频和单音的检测，提取有效信号，进而实现多音调频信号的解调。本解调方法采用频谱分析直接获取频偏量，跳过了常规锁相环的迭代结构，直接锁定频率偏移量并矫正；根据多音调制调频信号所携带信息的特殊性，将获取到的等效基带信号在FPGA中直接进行快速傅里叶变换即可提取出调制信号，无需经过相位提取，简化了解调结构，降低了解调难度。

技术领域

本发明属于安全测控技术的技术领域，具体地说，涉及一种基于FPGA的多音调频信号解调方法。

背景技术

多音调频最核心的思想就是多音编码调频,NASA提出选择7个正弦载波,输出为2路载波的和信号,所以输入可以为进制数据。由于和信号的幅度随时间变化,瞬时功率不固定,所以NASA采用二级调制,和信号再对射频载波调频。多音调频编码逻辑单元将指令代号编码成为一帧一帧的多音调频,每帧长度为11个字母,其中9个字母为地址字,另外2个为指令字。为了便于字母同步,规定在字母与字母之间插入一段空隙。传统的解调方式分为：非相干解调和相干解调。

非相干解调的流程为：首先对等幅的调频波求导，使获得的信号变成调幅调频波，即AM-FM波，此过程称作鉴频，鉴频使得调制信号的变化规律反映到包络上。而后对AM-FM进行平方根升余弦低通滤波，得到其低频包络信号m(t)，此过程即为包络检波。

从波包络中提取调制信号和直流分量。利用低通滤波器，滤除信号中直流分量，最终得到FM调制之前的基带信号。

相干解调的流程为:FM调制信号首先经过带通滤波器，滤除多余频率分量，然后利用乘法器输入一路与载频相干的参考信号，与经过带通滤波器的调制信号相乘，最后利用低通滤波器滤除高频分量，得到原始信号。

实现相干解调的关键是接收端要恢复出一个与调制载波严格同步的相干载波，否则将使解调信号失真。实际的安控系统中，接收到的信号由于发射端的载波不稳定或者接收端的本地振荡信号不稳定，飞行器高速飞行产生的多普勒效应，都会使载波发生载波频率偏移。接收机无法确定接收到的调制信号的载频，无法产生同频同相的本地载波，频偏严重时会发生解码错误，不能正确接收指令。

发明内容

针对现有技术中上述的不足，本发明提供一种基于FPGA的多音调频信号解调方法，本方法更简单，提高了系统集成度和可靠性。

为了达到上述目的，本发明采用的解决方案是：一种基于FPGA的多音调频信号解调方法，包括以下步骤：

S1、将多音调频模拟信信号转化为数字信号；

S2、在FPGA中进行多音调频数字中频信号下变频；

S3、在FPGA中进行抽样，降低信号数据速率；

S4、在FPGA中进行多普勒频偏矫正；

S5、在FPGA中通过低通滤波器滤除无关分量；

S6、在FPGA中通过频谱分析完成对导频和单音的检测，提取有效信号，从而实现多音调频信号的解调。

进一步地，步骤S1中，通过A/D转换芯片AD9626进行采样，将载波频率为70MHz的模拟中频多音调频的已调信号转换为12bits多音调频数字信号，然后输入ALTERRA的芯片中进行后续数字处理。

进一步地，步骤S2中，通过本地振荡器产生频率为70MHz的混频信号cos(2πft)，其中f＝70MHz；将载波频率为70MHz的中频信号和本地振荡器产生的信号混频，实现下变频。