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基于mTCA架构的可重构信号预处理技术研究与实现

专业名称：电子信息

研究生姓名：张品品

指导老师：汪洋

摘要

军事应用中面对恶劣的、复杂的环境，电子装备的可重构性具有较强的现实意义。

通过硬件重构可以在现场更换损坏的模块，可以在现场增加装备模块的数量、调整装备

模块的类型使得装备具有多变的功能，满足现场复杂多变的需要。本文基于某科研项目，

该项目研究了可重构的硬件架构，基于该架构实现射频信号的预处理与信号的检测分析

等工作。本文完成其中的硬件架构技术研究与实现以及信号预处理技术研究与实现。

在可重构硬件架构方面，在对VPX、ATCA、mTCA三种主流的硬件平台架构分析

的基础上，选择了mTCA作为硬件系统的架构。基于项目的功能和性能的分析，选择了

多种类型的可重构单元，分别实现了射频信号调理、ADC转换、FPGA信号处理、CPU

控制、高速数据交换功能。在mTCA机箱中把可重构电路单元组织起来，形成了可重构

的高效硬件平台，为信号预处理和处理提供计算环境。

在信号预处理方面，针对FPGA中的DDC实现技术开展研究工作，设计了取邻抽

取算法，实现了任意采样速率的DDC结构，并在FPGA中进行工程实现。经过仿真和

实际测试，该算法实现了DDC的采样速率在50KHz~250MHz范围内任意可变。

在信号预处理方面，针对扫频技术开展研究工作，通过对射频信号调理模块、ADC

模块、FPGA处理模块工作内容的设计以及工作流程的设计，实现了可靠高效的扫频系

统，达到了3GHz/s的频谱扫描速度。为后续的信号检测等处理提供数据来源。

在信号预处理方面，在FPGA中实现了ADC的高速数据接口、基于PCIE的高速

数据接口、基于千兆网的控制接口等。在FPGA中设计了信号链路的流程，整合DDC

模块、扫频模块和各种高速低速接口，实现了信号的预处理的工作。

基于本文的研究的硬件平台架构，形成了高效可重构的硬件设备。在设备中部署本

文设计与实现的FPGA信号预处理成果，为后续的信号处理工作提供了有效的支撑。经

过预处理部分的仿真和测试、整机的测试，所形成的设备具备较好的功能。

关键词：FPGA，mTCA架构，高速数据

Researchandimplementationofreconfigurablesignal

preprocessingtechnologyformTCAarchitecture

Major:ElectronicInformation

Master:ZhangPinpin

Instructor:WangYang

Abstract

Inthefaceofharshandcomplexenvironmentinmilitaryapplication,thereconfigurability

ofelectronicequipmenthasstrongpracticalsignificance.Throughhardwarereconstruction,

damagedmodulescanbereplacedonsite,thenumberofequipmentmodulescanbeincreased,

andthetypeofequipmentmodulescanbeadjustedonsite,sothattheequipmenthasvariable

functionstomeetthecomplexneedsofthefield.

Thispaperisbasedonascie