摘 要：本文分析了无人机综合无线电系统中的扩频原理，介绍了一种基于cpld的扩频电路。该电路多应用于遥控指令的频谱扩展，结构简单、保密性强。
　　关键词：无人机；综合无线电；扩频通信；ｍ序列

1 引言

　扩展频谱通信（简称扩频通信）与常规通信系统相比，具有较强的抗人为干扰、窄带干扰和多径干扰能力，和信息隐蔽、低空间无线电波“通量密度”以及多址保密通信等优点。因此，其在军事通信领域得到了广泛的应用，同时成为无人机综合无线电系统的重要组成部分。

　无人机的综合无线电系统采用了遥控、遥测、定位和图像传输四合一的信道综合体制，上行信道（指由地面控制系统向无人机发送信号的信道）传输遥控信号，图像信号、遥测信号和测距信号合用下行信道（指由无人机向地面发送信号的信道）传输，并利用这个下行信道进行天线跟踪和测角。

　其中，主、副通道遥控指令发送都采用了扩频技术。其扩频方法是直接序列扩频，即将加密指令数据流与伪噪声数据流系列进行模“2”相加（两者的初始相位应当同步）。其中加密指令码速率3.2k，伪码速率分别为：6.4512m和102.4k。
　本文介绍的只是基于cpld芯片epm7128s设计的加密扩频板中的遥控指令编码的扩频部分，与其一体的指令加密部分没有涉及。

2 无人机综合无线电系统中的频谱扩展技术

　无人机的综合无线电系统中，主通道遥控部分的指令扩频和副通道的遥控载波调制、遥测部分的伪码调制和测距部分的伪码测距都要用到扩频码——m序列码。

　其中，主通道遥控部分的指令扩频，用到两个m序列，一个周期为127位，另一个为63位。两者模“2”（即异或运算）后生成8001位的复合码。虽然复合码的伪噪声特性比起单码的特性稍差些，但有同步时间短，便于与下行测距码同生的优点。复合码通过与指令数据流进行模“2”，完成频谱扩展，扩频后指令码速为：6.4512m。

　副通道的遥控载波调制，并不采用主通道的扩频方式，而是将遥控码序列调制（实际也是扩频）在主通道产生的周期为127位的m序列（也叫测距码）上，码速为：102.4k。并利用周期为63位的m序列的全“1”状态对输入的6.4512m的时钟进行63分频。

　遥测部分的伪码调制和测距部分的伪码测距用到的m序列编码都是周期为127位m序列。其要么复制上行信道的测距码，要么由本地产生，码速为：102.4k。

　这里我们讨论的上行信道中的扩频电路的构造，对于下行信道而言，要么复制上行信道中的m序列码，要么采用上行信道中周期为127位的m序列发生电路。

3 采用cpld设计扩频电路的优点

　cpld(complex programmable logic device)是复杂可编程逻辑器件的缩写，它同现场可编程门阵列fpga（field programmable gate array）一样，属于近年发展起来的大规模可编程专用集成电路asic。由于具有集成度高、可靠性好、速度快、灵活性强、设计周期短、保密性强和成本低等优点，其日益受到广大电子工程师的亲睐。

　无人机综合无线电系统的扩频电路中，采用cpld设计，具有以下突出优点：
电路的抗干扰能力增强，尤其是对于战场环境下的电磁干扰。
电路的保密性提高，电路不容易被对手分析和复制。

电路的灵活性增强，可以在不修改电路的基础上，通过对cpld内部逻辑的更改，修改pn码产生电路，从而产生不同的pn码；或者在cpld内部构造几组不同的pn码发生电路，每次由软件选择一组pn码作为当前的扩频码或测距码。

可以简化电路的逻辑，由于cpld的时延较短，一般为：几到十几纳秒，因此有些同步电路可以被去除或减少。
本设计选用美国altera公司的cpld器件epm7128slc84-5，这种芯片是该公司生产的max 7000s系列器件中的一种，它有128个宏单元，2500个可用门，用户ｉ/ｏ脚为60个,最高频率可达175.4mhz，封装为84脚plcc形式，最大时延为5ns。

4基于cpld 的扩频电路设计

4.1 m序列发生电路的设计
　构造一个产生m序列的线性移位寄存器，首先要确定本原多项式，通常我们根据不可约多项式表查找本原多项式系数。
　在无人机综合无线电系统中，根据不同的条件可选择不可约多项式。这里考虑各方面综合因素， n=6时，我们选择其不可约多项式为：1 103f（1000011），周期为：p=63； n=7时，不可约多项式取 1 211e（10001001），周期为：p=127。当然，我们还可以采用其他的不可约多项式，但是我们一定要保证上、下行信道的周期为127位的m序列的不可约多项式的一致。

　例如，周期为63位的m序列，本原多项式为：f (x) = x ＋x ＋ 1，电路原理图如图2所示。周期为127位的m序列本原多项式和电路与其类似，这