无人机信号侦收干扰一体化平台设计与实现

摘要

近几年来，随着科学技术的进步，政治、经济和文化发展中出现的新需求陆续得到了满足。民用领域中的无人机，特别是消费级小型多旋翼无人机的应用得到了快速的发展，使用数量大幅增加，因此也出现了越来越多的安全问题。针对消费级民用小型多旋翼无人机使用的监管问题，开发一款具有小体积、使用便捷并具有一定功能扩展性的无人机信号侦收干扰一体化平台，有利于从技术上减小因为该类无人机发展所带来一系列安全问题的影响，为无人机的监管提供良好的技术支持，具有极大的实用价值。 本文设计的侦收干扰一体化平台针对无人机跳频通信系统中的2.4G遥控频段信号进行。本文研究了跳频通信系统的原理以及相应跳频信号的侦收基本原理，分析了实时侦收的难点、实测的大疆Mavic Pro无人机2.4G遥控频段信号以及目前常用的针对跳频信号的功率干扰方法。 方案设计中本文完成的工作如下：（1）确认了该一体化平台需满足基本侦收干扰功能齐全，同时拥有便携性、扩展性，满足低功耗、小体积、高集成度的特点；（2）对比了不同侦收、干扰方案后选择扫频接收用作侦收实现，选择线性调频波用作无人机遥控信号的干扰实现；（3）对比了不同的收发机和处理器方案，选择了ZYNQ和AD80305芯片组成灵活的软件无线电平台用于完成侦收和干扰功能，并对AXI总线进行了研究。 根据设计方案完成具体实现中，本文主要完成了以下几个方面的工作：（1）在器件选型以及电路架构后，完成了整个平台硬件电路的搭建，包括射频、数字、时钟和电源四个部分；（2）在ZYNQ的可编程逻辑侧，使用开发工具Vivado搭建了基本收发数据链路、数据处理链路和调试逻辑模块，完成了整个数字逻辑的搭建；（3）详细研究了AD80305寄存器的配置，特别是接口、时钟、校准和快速锁定模式的配置；（4）在ZYNQ的处理器系统侧，使用开发工具SDK编程完成了对整个平台的初始化，对AD80305的控制等操作，从而实现侦收和干扰功能；（5）整个一体化平台实现完成后，进行了系统集成，完成了板级测试和实际测试，验证了一体化平台功能的完整性和有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2.1无人机通信系统发展现状

1.2.2 无人机信号侦收与干扰发展现状

1.3.1本文研究内容

1.3.2 章节安排

第二章 无人机信号侦收与干扰基本理论

2.1 扩谱通信技术

2.1.1 跳频通信系统

2.1.2 跳频系统数学模型

2.1.3 跳频信号的主要参数

2.2 无人机信号的侦收

2.2.1侦收基本原理

2.2.2实时侦收难点

2.3.1测试环境及方法

2.3.1 实测结果及分析

2.4.1干扰的基本原理

2.4.2 干扰方法

2.5本章小结

第三章 无人机信号侦收干扰一体化平台总体方案设计

3.1 需求分析

3.2.1侦收方案

3.2.2 干扰方案

3.3 收发机方案

3.3.1 不同方案对比

3.2.2 AD80305芯片

3.4 处理器方案

3.4.1 ZYNQ-7000系列

3.4.2 AXI高速总线

3.5 平台总体设计方案

3.5.1 平台总体结构

3.5.2 系统运行流程

3.6本章小结

第四章 无人机信号侦收干扰一体化平台的实现

4.1.1射频部分

4.1.2 数字部分

4.1.3 时钟部分

4.1.4 电源部分

4.2 平台数字逻辑部分实现

4.2.1 基本收发数据链路

4.2.2 数据处理逻辑

4.2.3 调试逻辑

4.3 射频芯片寄存器配置

4.3.1 SPI相关设置

4.3.2 寄存器配置

4.4 平台软件部分实现

4.4.1 平台的初始化

4.4.2 侦收功能的实现

4.4.3 干扰功能的实现

4.5 本章小结

第五章 一体化平台集成与测试

5.1.1平台集成

5.1.2 ZYNQ片上资源统计

5.2 平台板级测试与验证

5.2.1 基本收发数据链路测试

5.2.2 数据处理链路测试

5.2.3 功能测试

5.3 平台实际测试

5.3.1实际无人机信号侦收测试

5.3.2 实际无人机信号干扰测试

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 展望

致谢

参考文献