基于跳頻通信的探空儀系統(tǒng)的研究.pdf

1、氣象探測(cè)關(guān)系到人類的衣食住行，現(xiàn)階段探測(cè)氣象數(shù)據(jù)最經(jīng)濟(jì)、有效的手段仍舊是無(wú)線電探空儀，我國(guó)已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)建成了100多個(gè)探空觀測(cè)站，并且數(shù)量還在增多，由此可見(jiàn)其重要性。探空儀制造行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)之一，早期的探空儀基本上都是進(jìn)口，現(xiàn)如今國(guó)產(chǎn)探空儀已大量出口國(guó)外，并且隨著國(guó)際社會(huì)特別是“第三世界”國(guó)家的發(fā)展，全球的探空儀需求量在逐年遞增。傳統(tǒng)的無(wú)線電探空儀都是基于固定載波的調(diào)制方式，比如FM、AM、FSK等，其抗干擾能力不夠，難以

2、滿足市場(chǎng)的需求，而跳頻技術(shù)這種抗干擾能力強(qiáng)的通信方式早已從軍事應(yīng)用走向民用。鑒于此，本課題設(shè)計(jì)了一個(gè)基于跳頻通信的探空儀系統(tǒng)。
　　本文首先對(duì)大氣探測(cè)進(jìn)行了概述，指出其重要性，說(shuō)明了該課題的背景和研究意義，并分別介紹了跳頻通信和探空儀的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。然后，對(duì)跳頻通信的基本理論進(jìn)行了概括，說(shuō)明了跳頻通信（擴(kuò)頻通信）的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)定理，重點(diǎn)介紹了跳頻通信系統(tǒng)的組成、調(diào)制方式、技術(shù)指標(biāo)以及跳頻序列的構(gòu)造方法和理論限制。在此理論基

3、礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了探空儀系統(tǒng)。空中部分主要分為數(shù)據(jù)采集模塊、STM32主控模塊、跳頻器模塊、功放和發(fā)射模塊，重點(diǎn)介紹了跳頻器模塊的選擇方案及理由，并且都給出了實(shí)際電路；地面接收部分是整個(gè)系統(tǒng)的難點(diǎn)所在，因?yàn)樘l信號(hào)的接收需要本地載波與跳頻載波嚴(yán)格的同步，因此對(duì)于這一部分首先介紹了跳頻同步的不確定因素和常見(jiàn)方法，并且為了方便同步而設(shè)計(jì)了一種基于TOD時(shí)間信息的序列和數(shù)據(jù)傳輸方案。整個(gè)接收系統(tǒng)的介紹圍繞解跳和解調(diào)展開(kāi)，給出了一些濾波器的設(shè)計(jì)仿真圖

4、和接收系統(tǒng)的所有實(shí)際電路圖。硬件電路設(shè)計(jì)好之后，接下來(lái)就要進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)是KeilμVision4，核心程序有三個(gè)：數(shù)據(jù)采集程序、跳頻器控制程序、數(shù)據(jù)接收程序，需要指出的是本系統(tǒng)中用到了三種總線：I2C總線、SPI總線和串口。
　　文章對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了調(diào)試，并給出了部分測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果表明，本系統(tǒng)工作穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)的精度與通信距離達(dá)到預(yù)期要求，滿足課題的設(shè)計(jì)指標(biāo)。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種基于800MHz左右的跳頻載波