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1、西安电子科技大学 硕士学位论文 遥测无线信道仿真平台及高速率FSK解调研究 姓名：赵军 申请学位级别：硕士 专业：通信与信息系统 指导教师：李波;杨家玮 20080101 摘要 P C M - F M 遥测机制在航天遥测中已经得到了广泛的应用。随着航天技术的快 速发展，需要更高的遥测信号速率，来满足飞行器对遥测传输信息量增加的要求。 对于信号的多径传播，高速率的传输信号会受到时延的显著影响。为了评估链路 通信的性能，有必要开发一个仿真平台，其采用了C + + 语言编程实现。按照模块 化的程序设计思想，应用面向对象技术来设计所需的类，以增强程序的易维护性、 易扩展性，并使用了能提高程序运行效率的
2、多线程技术。本文介绍了软件设计的 步骤、思想，及遥测信号的调制解调、链路通信的误码特性等进行的仿真。采用 相关的算法，对不同环境中的信道进行建模后，通过仿真软件分析了信道的特性。 但最好还是要根据实测的数据来不断地修改仿真的参数设置，以及进一步优化软 件的具体实现。 关键字：遥测信号面向对象信道 A b s t r a c t P C M - F M 纠锄c t I ym h a n i s mh a sb e e nw i d d yu s e di na e r o s p a c ct e l e m e t r y s y s t e m 、矾mt l l er a p i dd e
3、v e l o p m e n to fa e r o 印a e et e c h n o l o g y , t r a n s m i t t i n gh i g h e rb i t r a t et e l e m c - t r ys i 粤I a li sn e e d e dt Ds a t i s 匆a i r c r a f t s r 。q u i r v m e n to fi n c r c 髂c dt e l e m e t r y W a n s m m e di n f o r m a l i o n D u et om u l f i p a l hp r o
4、 p a g a t i o no fs i g n a l h i g hb “r o t e m m s m i t t e ds i g n a lw i l lb es i g n i f i c a n f l yi n f l u e n c e db yt i m ed e l a y h 饼d e rt oe v a l u a t e p e r f o r m a n o fl i n kc 0 血l l n i c a d o 玎Li ti sn e c e s s a r yt Dd e v c l o pas i m l l l a t i o ns o f l w
5、a r e p l a t f o r m 。w h i c hi si m p l e m 锄t e db yp r o g r a m m m gi nC + + O b j e c to r i e n t e di s1 l s e dt o d e s i g nr e q u i r e dd a s sa c c o r d i n gt ot h ei d e ao f m o d 妇d e s i g n , t oe n b a n c cn l a i n t e n a n c c a n d 麟t 锄s i b j 】毋o f t h es o f t w a r e
6、 M u l f i t h r e e d i n gt e c h n q u e 砌c h 锄i m p r o v er u n n i n g e f l i c i e n c yi se d o p t e d T h i st h 髓i si n t r o d u c e ss t e p sa n di d e a si ns o f t w a r ed e s i g n 。 M o d u l a t i o na n dd e m o d u l a t i o no ft d e m e t r ys i g n a l ，蛆db i tL ：T O Tp e r
7、 f o r m a n c e , e t c ，a r c s i t u a t e d R e l a t o da l g o f i t h m sa 砖i n t r o d u c e df o rc h a n n dm o d e l si d i f f 盯e n t e n v i r o n m e n ta n dc h a r a c t e r i s f i c so f & a r m da I 锄d y z e db yt h es o f h v a r e B ml h e m o d i f i c a t i o no fs i m I l l a
8、 t i o ns e t t i n g sm a yb en e e d e db 勰e dO Hd a t am e a s l l r e di I lp F a c t i c c ， b e s i d e st h ed e t a i l e di m p l e m t a t i o no f t h es o 栅a r eo u g h tt 0b eo p t i m i z e d K e y w o r d s ：T e l e m e t r yS i g n aO b j e c t0 一e n t e dC h a n n d 独创性( 或创新性) 声明 本人
9、声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果：也不包含为获得西安电子科技大学或 其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：塾! 至 日期：型! ! ：I 兰里 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。本人保证毕
10、业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位仍然为西安电子科技大学。 学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全 部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。( 保密的论文 在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名： 导师签名： 日期：鲨! 墨r ! ! 日期：麴墨：i ：! ! 第一章绪论 第一章绪论 1 1本文的研究背景 人们在科学实践活动中，需要对所研究和使用的对象进行各种物理量或参数 的测量，一般直接用仪表就可以完成。但对于火箭、卫星及其他飞行器这类被测 对象，就不能在它们所处的位置附近进行直接测量，只能
11、远距离的间接测量，习 惯上称为遥测。可见遥测是一般测量的延伸，这里所说的远距离也是一个相对的 概念。遥测技术对于实现远距信息的发送与获取具有重要的作用，如飞机的飞行 试验、火箭和导弹的发射与控制、卫星和飞船的运行与操纵以及自动化的交通运 输调度等，都需要遥测技术的运用。 随着空间技术、自动化技术、电子技术的快速发展，遥测技术也得到了广泛 的应用，其应用的领域【3 】也在不断地拓宽，主要表现在系统功能、作用对象、工作 方式、应用目标、系统用途等方面，同时也对遥测和测控系统提出了新的要求。 随着航天多个重大工程的建设，航天遥测与测控技术以及相关的设备改进也进展 迅速，体现在测控体制的不断优化、新体
12、制的涌现、新技术、新方法的采用等。 而且遥测技术的发展也有了新的发展趋判3 】： 遥测传输码率的提高 由传统的P 、L 、S 、C 频段逐渐扩展到X 、K u 、K a 等，即传输频段向高频段 发展，传输带宽也越来越宽 随着深空探测的不断开展，遥测信号传输的距离也急剧地增加 突出抗干扰和信息安全的需求 为了满足项目开发和科学研究的需要，对遥测传输信息量的要求也随之迅速 增加，需要将码率提高到1 0 M b i t s 或以上，而P C M F M 体制中传统的遥测传输码 率一般最高为2 M b i f f s ，一直没有超过2 M b i t s 。对于2 M b i t s 和1 0 M b
13、 i t s 两种不同 的码率，一定环境下对遥测信号的传输性能将会产生不同的影响，如在多径衰落 的时变信道中，码率的提高使得码元周期变小，信号的传输更容易受到时延的影 响，所以高码率的遥测信号会影响遥测系统中对链路增益的设计。接收端的一个 重要指标是接收机输入端的信噪比： 。2 等 式( ) 2 遥溉无线信道仿真平台及高速率F S K 解。目研究 式中是调频信号的幅度，曰。是调频信号的带宽，是信道噪声的单边功率谱 密度，从式( 1 1 ) 中可以看出，码率的提高将会引起调频信号带宽口。的增加，从而 引入了更多的噪声，进而降低了接收机的输入信噪比，那么链路增益就需要补偿， 才能使当前的系统与码率
14、提高之前的具有一样的性能。 通信系统的仿真对于了解系统的性能具有重要的作用，如可以研究系统中相 关参数的改变对系统性能产生的影响，并将仿真的结果进行图形画的输出。计算 机技术的快速发展，带动了计算机仿真技术的进步和发展，面向对象技术以及基 于面向对象的建模和仿真方法的广泛应用给计算机仿真技术带来了更大的活力， 因为面向对象的建模方法可以解决客观世界中问题的抽象、描述和解决，提升软 件的效能，特别是提高了软件的可重用性、可扩展性、可维护性等，并使用基于 模块化的程序设计，以提高程序的总体质量。通过现有的支持面向对象技术( 特别 是C + 一的集成开发平台，如V i s u a lC + + 、C
15、 HB u i l d e r ，不但可以施展面向对象这 一重要的技术，而且可以快速开发出功能丰富、界面友好的应用程序界面。本文 所介绍的遥测无线信道仿真平台，采用了面向对象技术技术，结合应用了能提高 程序运行效率的多线程技术，在集成环境C + + B u i l d e r 中开发而成。 遥测传输技术是通信领域的一个分支，应用开发的仿真平台。了解高码率的 遥测信号在不同的环境中影响通信传输性能的因素，如调制解调中不同的参数设 置、多径时延等，需要通过计算机仿真来得出分析的结果。但仅靠仿真所获得的 信息不一定都是完全正确或完整的，还需要通过实测的数据不断地修改仿真的参 数设置，迸一步优化软件的
16、具体实现，使得利用开发的仿真软件能够真正得出较 好地符合实际的结果，为实际应用提供重要的参考信息。 1 2 本文的主要研究工作和内容安排 本文的主要研究工作是与航天一院的合作项目。飞行器遥测无线信道的建模 与仿真”中的一部分，该项目的目标通过对飞行器所在无线信道进行建模后，利 用开发的仿真软件分析室内、室外的信道特性，并对高速率的无线遥测信号在各 类无线信道中的传输性能进行评估，为此开发了遥测无线信道仿真的平台。 首先设计了仿真平台的软件架构，根据程序开发的流程编写了各个以一定算 法为基础的子部分或模块，再对它们进行组合链接，并规范有关的接口，如对F S K 调制解调实现进行了分析，并编写了调制模块和解调部分。仿真平台针对较高速 率的F S K 信号在几种不同的信道类型中传输，统计了接收端的误码率。本文的主 要研究内容安排如下： 第二章主要是介绍了遥测信号、F S K 的调制过程、采用的解调方法，及相关 墨二兰笙笙 的数学推导、算法分析。 第三章首先对面向对象技术的概念和基于模块化的程序设计思想进行了
