智能飞行器综合微系统设计

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以无人机、飞行武器等为代表的智能飞行器在军民领域扮演着极其重要的角色。在频谱资源紧缺的时代,研究出一套抗干扰能力强、传输速率快的综合微系统具有非常重要的战略意义。以往的系统为了不造成板载资源的浪费,往往采用功能定制化芯片以缩小体积、降低功耗,但这种方式存在系统升级困难、开发周期长、系统功能单一等问题。为了支撑具备多模数据链、卫星导航等多功能的智能飞行器应用,本文设计了一套基于FPGA、SDR射频收发芯片与多模融合射频前端芯片的一体化可重构智能飞行器综合微系统,具有卫星导航、多节点自组网、高速数据传输等功能,且硬件具有高度集成可复用的特点。在硬件设计方面,整个系统电路板基于柔性互联技术进行设计,缩小体积,提高系统集成度。其中在射频前端部分,本文设计了一款基于裸芯片的双通道并发Si P封装芯片,工作在P波段与S波段。芯片基于微波基板与陶瓷封盖实现表贴式封装,其单通道接收增益≥20d B,噪声系数≤4d B,发射输出功率≥30d Bm。基带处理方面,本文采用了FPGA来完成高速数字信号处理。基带与射频前端间的射频收发器部分选用了三收两发的SDR射频收发芯片,该芯片的频率、带宽、增益和采样率等参数都可以通过软件重新配置,支持跳频、自动增益控制功能,具有很强的抗干扰能力。配合多模射频前端和后端基带控制,设计实现了可重构射频微系统架构。在软件方面,系统搭建了基于DQPSK无线通信体制的信号处理协议,用于实现数据传输、自组网数据交换,具体过程包括LDPC编译码、DQPSK调制/解调、交织/解交织、扩频、成形、匹配滤波、同步捕获等。在此通信协议的基础上还添加了无中心自组网与多模导航的功能,使飞行器变得智能化、信息化、网络化,拥有自我感知与决策的能力。通过实验验证,本文设计的智能飞行器综合微系统实现了卫星导航、数据链传输、自组网三模并发等功能,具有系统软件自定义程度深、系统开发周期短、小型化、轻量化的优点,对飞行器智能化研究具有重要的意义。
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