1.2.1 发送端设计
发送端包括三部分:综合基带、发射机和天线。综合基带是其中的关键部件,完成对图像数据的采集、压缩、编码和交织,完成对状态数据的采集、编码,完成对传送数据的组帧输出及对发射信号的发送控制。考虑功耗、体积和实际耗费资源,选择一片大规模FPGA完成所有信号处理。
发射机完成数据调制、放大输出。
天线完成微波信号的辐射。
1.2.2 接收端设计
接收端包括四部分:接收天线、信号处理机、接收处理组件。
接收天线完成微波信号的接收。
信号处理机完成图像数据的解交织、解码和状态数据的解码,同时完成解码数据的组帧和USB数据同步、缓存及数据输出。考虑功耗、耗费资源和处理时延,采用一片大规模FPGA加FIFO及接口芯片完成相应处理。
接收处理组件完成数据的接收、存盘、图像数据提取、解压缩和显示及状态数据的提取和显示。解压缩采用软件实现,解压缩软件嵌入到指控平台接收端的接收软件中,在接收信号的同时完成压缩图像的解码和实时显示。
1.3 关键技术
1.3.1 天线设计
由于发送端设备位于导弹上,接收端设备位于飞机上,故而存在收发天线失配问题,设计时接收端天线采用圆极化形式,发送端天线采用一对垂直分布的线极化天线,这样将极化损耗降到最低,有利于接收端的接收。同时考虑通信时抗干扰问题,发送端天线采用后向天线图形式,为增加抗干扰性,还要求发送端天线具有一定的增益。图2为发送天线仿真图。
1.3.2 信源信道联合编解码技术
由于红外导引头的图像格式不是标准的视频图像格式,普通的视频图像压缩标准并不适用;红外导引头的图像具有目标形状变化比较快的特点,也不适用帧间压缩方式;同时考虑到弹上应用环境的特殊性,压缩算法必须具有硬件实现简单、体积和功耗小,考虑实际使用环境,其压缩和解压缩算法实现还必须具备实时性强的特点,因此,选用多分辨率重采样图像压缩算法对图像数据进行压缩。
根据压缩后的图像比特数,将全帧数据分为若干个子帧,对每个子帧进行RS编码,然后将所有子帧进行交织以打乱信道突发干扰对传输信息的影响。
接收端若使用软件对RS码解码,会造成较大的时延,故使用硬件完成图像数据的解交织、译码和状态数据的译码,使用软件完成图像数据的解压缩和图像显示。
1.3.3 信号处理平台的选择与设计
设计初期必须进行发送端和接收端的信号处理平台的选择。目前信号处理平台有三种模式:纯DSP,纯FPGA和DSP加FPGA模式。纯DSP模式下最大限制是其只能进行流水线操作,对于控制和其他操作并行的设计并不适合,DSP加FPGA模式灵活性最好,但是调试较为麻烦,同时考虑实际使用体积和功耗,最终选择采用FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程阵列)作为信号处理平台。目前ALTERA公司的高端产品接口丰富,内部具有大量的宏单元,且有内嵌RAM块、DSP块、锁相环(PLL),可作为一个可编程的片上系统(System on a Programmable Chip)使用,具有很好的可重复性和可靠性,同时调试上可以采用内部逻辑分析仪signapⅡ,人机界面非常友好。