一種基于sr數字信號處理技術的紫外光通信系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于紫外光通信領域，尤其涉及一種基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統，是一種以高速浮點型DSP芯片為核心、FPGA為協處理器的紫外光通信信號處理系統，系統工作溫度范圍達到-40°C?85°C，滿足工業化、實用化和小型化要求，可以實現遠距離、大數據量的高效傳輸。
【背景技術】
[0002]軍事通信作為現代戰爭的神經中樞是提高總體作戰能力的重要因素，在戰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、移動的各種終端設施進行軍事信息的傳遞。但現有的通信方式在發展過程中遇到了許多困難，如有線通信(電話、光纖通信)存在需要預先埋設，易被破壞，難以維護的問題，并且不能跟隨部隊做快速、機動的響應。無線電通信雖然具有靈活機動的特點，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”紫外光在大氣中的散射來進行消息傳輸的一種新型通信模式。由于“日盲區”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，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。紫外光通信也因其隱蔽性、秘密性、抗干擾性等特點，可組成簡單而堅固的小型化裝置，以應用于現代戰爭的海陸空作戰中。
[0003]1992 年 5 月 Joe Mitola 在美國電信系統會議(IEEE Nat1nal TelesystemConference)上首次提出了“軟件無線電”(Software Rad1, SR)的概念。其中心思想是構建一個具有開放性、靈活性的通用數字硬件平臺，通過實時的軟件控制，實現各種無線電系統的通信功能(如工作頻段、調制解調、數據格式、加密模式、通信協議等)，并使寬帶模數轉換器(A/D)及數模轉換器(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。軟件無線電技術的重要價值在于:傳統的硬件無線電通信設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現，這打破了以往設備通信功能的實現僅僅依賴于硬件發展的格局，使得無線通信新系統、新產品的開發將逐步轉到軟件的開發上來，而無線通信產品的價值也將越來越多地體現在軟件上，因此軟件無線電將被看作是無線通信領域中繼固定通信到移動通信、模擬通信到數字通信之后的新飛躍和革命。
【發明內容】
[0004]針對上述現有技術存在的缺陷和不足，本發明的目的在于，提供一種基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統，該系統是一種以高速浮點型DSP芯片為核心、FPGA為協處理器的紫外光通信信號處理系統，系統工作溫度范圍達到-40°C?85°C，滿足工業化、實用化和小型化要求，可以實現遠距離、大數據量的高效傳輸。
為了實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案: 一種基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統，其特征在于，包括紫外光發射天線、紫外光源驅動模塊、信號處理模塊、上位機和紫外接收天線；所述的信號處理模塊通過串口與上位機通訊；所述的紫外接收天線接收紫外光信號，該模塊將光信號轉換為電壓信號傳輸給信號處理模塊；所述的紫外光源驅動模塊接收信號處理單元的控制信號，驅動紫外接收天線發出紫外信號。
[0005]該基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統中，所述的信號處理模塊包括預處理單元、接收解調單元、數據處理單元和發送調制單元；所述的預處理單元選用帶前置放大器的差動放大電路，該前置運算放大器采用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；所述的接收解調單元由AD9243型A/D轉換芯片和XC3S250型FPGA組成，交流信號先經過一級運放，再加電壓偏置后輸送到該A/D轉換芯片，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芯片數據采集的緩存，同時協助處理單元執行部分算法，減少主處理器的運算量；所述的數據處理單元選用TMS320C6713型DSP，該DSP分別通過McBSP、EMIF與D/A、其他外設芯片相連；所述的發送調制單元包括TLV5638型D/A芯片和輸出預處理電路，該D/A芯片通過多通道緩沖串口 McBSPl與所述DSP實現通訊，選用基于LF353芯片的輸出預處理電路對D/A輸出信號進行放大和偏置處理，滿足紫外光源驅動對信號的要求。
[0006]該基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統中，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，+5V線性電源通過LM7805芯片將+12V線性電源降壓得到。
[0007]本發明的有益效果是:
當接收數據時，來自紫外接收天線的電壓信號，經過信號預處理模塊濾波放大之后送給信號處理系統進行解調，然后通過串口將數據發送給上位機顯示；當發送數據時，信號處理系統將上位機從串口發來的數據進行調制，然后將調制后的信號送給紫外光源驅動，從而控制紫外發射天線發出紫外信號。
[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，其強度衰減很快，到達接收端的光信號已經非常微弱，為了濾除噪聲干擾以獲得穩定的信號輸出，就需要采用微弱信號檢測技術。首先要求光探測器在光源發射波長范圍內具有高響應度、小的附加噪聲、快的響應速率；其次前置放大電路也應當合理設計，以獲得大的動態范圍和高的信噪比。系統選用了華東電子管廠生產的GDB-152型光電倍增管，碲銫陰極，能夠對日盲區紫外光響應，同時選取了帶前置放大器的差動放大電路，放大倍數600倍，通帶寬度為O?40kHz。差動放大電路的特點在于可以抑制共模信號，從而區別信號和噪聲，進而控制并減少噪聲。
[0009]紫外光通信信號數字處理系統的關鍵部分包括信號處理單元、用于調制信號輸出的發送端調制部分和用于采集調制信號的接收端采集部分。為了實現半雙工通信并且滿足系統工程化、小型化和實用化的要求，每套信號處理系統必須集成發送端和接收端電路。發射端的數據輸出模塊(D/A)和接收端的數據采集模塊(A/D)是光學天線和信號處理單元之間的樞紐，它們的性能如帶寬、分辨率和動態范圍等將直接影響整個系統的性能。為了降低系統開發難度，在滿足系統要求的情況下，我們選擇了在硬件上可與DSP實現無縫連接，軟件上可以利用CCS軟件開發平臺提供的數據轉換支持包的器件。這樣將減小硬件和軟件的開發難度，縮短開發周期，D/A轉換器件TLV5638和A/D轉換器件AD9243就符合這樣要求。
[0010]采用FPGA作為協處理器，負責數據采集后的數字濾波和數據緩沖。由于接收端信號的采樣速率高，數據量大，所以必須配備高速大容量的緩存模塊來存放數據。而由FPGA內部的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，適合作為A/D采樣數據高速寫入的存儲器。而且FIFO有兩套數據線而無地址線，可在其一端寫操作而在另一端進行讀操作，數據在其中順序移動，從而達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，FPGA還可以作為協處理器，將一部分DSP內的算法移植過來，減少了主處理器的運算量負擔。
[0011]本發明提出了一種基于SR數字信號處理技術的紫外光通信系統，該系統以高速浮點型DSP芯片為核心、FPGA為協處理器，工作溫度范圍達到_40°C?85°C，滿足工業化、實用化和小型化要求，可以實現遠距離、大數據量的高效傳輸。
【附圖說明】
[0012]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的解釋說明。
[0013]圖1是該系統