Università degli Studi di Pisa

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1 Università degli Studi di Pisa Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Elettronica Tesi di Laurea Studio ed analisi della scheda SDR - USRP1 per applicazioni in campo radar Candidato Checchi Raffaella Relatori Prof. Bruno Neri Prof. Fabrizio Berizzi Ing. Marco Martorella Ing. Dario Petri Ing. Amerigo Capria Anno Accademico

2 ii

3 I DICE LISTA DELLE FIGURE LISTA DELLE TABELLE LISTA DEGLI ACRO IMI v vii viii I TRODUZIO E SISTEMI SOFTWARE DEFI ED RADIO CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI SDR ARCHITETTURA HARDWARE U UOVO AMBIE TE DI SVILUPPO: G URADIO E PYTHO STRUTTURA DI GNURadio PYTHON IMPLEME TAZIO E DI U A SOFTWARE DEFI ED RADIO: USRP STRUTTURA GENERALE TRASMISSIONE DEL SEGNALE FPGA E INTERPOLAZIONE CONVERTITORE DIGITALE-ANALOGICO RICEZIONE DEL SEGNALE CONVERTITORE ANALOGICO-DIGITALE FPGA E DECIMAZIONE DOUGHTERBOARD BASIC TX RFX SISTEMI RADAR CLASSIFICAZIONE DEI SISTEMI RADAR EQUAZIONE DEI RADAR ANTENNE: CENNI TEST E MISURE CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA USRP E BASIC TX USRP E RFX iii

4 CO CLUSIO I APPE DICE A I FILTRI CIC APPE DICE B SCHEMATICI BIBLIOGRAFIA iv

5 Lista delle figure 1.1 Architettura base di un ricevitore SDR ideale Possibile schema a blocchi di un sistema SDR Architettura base di un sistema SDR reale Esempio di programma scritto in linguaggio Python. Generazione di due onde sinusoidali e loro ascolto attraverso la scheda audio del pc Diagramma a blocchi di un sistema SDR realizzato con GNURadio, USRP e relative daughterboard Scheda principale della USRP Schema a blocchi della USRP e dei suoi elementi principali Percorso del segnale in trasmissione all interno dell FPGA Diagramma a blocchi del percorso di trasmissione nel chip AD9862 della Analog Devices Diagramma a blocchi del percorso di ricezione nel chip AD9862 della Analog Devices Percorso del segnale in ricezione all interno dell FPGA BasicTx Schema elettrico della BasicTx Insertion loss e input return loss del trasformatore ADT1-1WT Percorso del segnale in trasmissione Diagramma a blocchi del dispositivo AD Percorso del segnale in ricezione sulla RFX Parte di circuito della RFX2400 in comune tra i percorsi di ricezione e trasmissione Metodo di misura della distanza del radar dal bersaglio Angolo di apertura in azimut Angolo di apertura in elevazione Ultra flexible coaxial cable e insertion loss Configurazione del sistema sotto misura Segnale sinusoidale con ampiezza circa uguale a livelli di quantizzazione, trasmesso dal sistema USRP+BasicTx Visualizzazione della FFT e dell andamento temporale di un segnale sinusoidale trasmesso al sistema Spettro del segnale sinusoidale trasmesso Andamento temporale dell impulso periodico FFT del segnale generato digitalmente Spettro del segnale trasmesso Segnale in uscita dalla BasicTx, a fronte di un segnale in ingresso di tipo onda quadra complessa v

6 5.10 Segnale in uscita dai canali TxA e TxB della BasicTx, visualizzati 42 contemporaneamente dall oscilloscopio. Il seganle in ingresso è un onda quadra rappresentata su campioni di tipo short Segnale in uscita dal sistema quando in ingresso è posto un segnale sinusoidale con frequenza 2KHz Segnale in uscita dal sistema USRP e RFX2400, quando in 43 ingresso è posto un segnale sinusoidale con frequenza pari a 100kHz Segnale in uscita dal sistema quando in ingresso è posto un 44 impulso periodico di durata 9µs e periodo 0.8ms Armonica non desiderata a distanza 4 MHz dalla fondamentale, indicata dal marker vi

7 Lista delle tabelle 3.1 Elenco delle daughterboard disponibili per la USRP Valori utilizzati per configurare il sistema di trasmissione Valori utilizzati per configurare il sistema di trasmissione Corrispondenza tra l ampiezza del segnale in ingresso al sistema e la potenza misurata vii

8 Lista degli acronimi ADC AGC CIC DAC DC DDC DSP DUC ERP FPGA GNU GPP IF ISR ISR LNA LO NCO PGA RADAR RF SCR SDR SoC UMTS USRP VCO Aalogic-Digital Converter Amplifier Gain Control Casaded Integrator Comb Digital-Analogic Converter Direct Current Digital Down Converter Digital Signal Processors Digital Up Converter Effective Radiate Power Field Programmable Gate Arrays GNU Not Unix General Purpose Processor Intermediate Frequency Ideal Software Radio Ideal Software Radio Low Noise Amplifier Local Oscillator Numerically Controlled Oscillator Programmable Gain Amplifier RAdio Detection And Ranging Radio Frequency Software Controlled Radio Software Defined Radio System on Chip Universal Mobile Telecommunications System Universal Software Radio Peripheral Voltage-Control Oscillator viii