超短波通信信号模拟装置的制作方法

文档编号:14478175
研发日期:2018/5/19

本实用新型涉及信号产生装置技术领域,尤其涉及一种超短波通信信号模拟装置。



背景技术:

通常无线通信按工作频段可分为以下几个频段:极长波、超长波、特长波、甚长波、长波、中波、短波、超短波和微波。超短波通信是指利用波长为10~1m(频率为30~300MHz)的电磁波进行的无线电通信。由于超短波的波长在1m~10m之间,所以也称为米波通信。整个超短波的频带宽度是270MHz,是短波频带宽度的将近10倍。由于频带相对较宽,被广泛应用于电视、调频广播、雷达探测、导航、移动通信、军事通信等领域。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种可产生宽带、多体制、多形式的超短波通信的模拟信号,用以检验通信对抗侦察设备的侦察能力的超短波通信信号模拟装置。

为解决上述技术问题,本实用新型所采取的技术方案是:一种超短波通信信号模拟装置,其特征在于包括:主控制单元,基带信号产生器的信号输入端接话音信号测试数据,所述基带信号产生器的输出端与基带信号调制器的输入端连接,所述主控制单元的一个控制端与所述基带信号产生器的控制端连接,所述基带信号产生器用于根据主控制单元的指令产生满足要求的通信信号集;所述基带信号调制器的输出端与上变频器的输入端连接,所述上变频器的输出端与射频功率放大器的输入端连接,所述主控制单元的一个控制输出端与频率合成器的一个控制输入端连接,所述频率合成器的一个输入端接参考频率,所述频率合成器的输出端分别与所述基带信号调制器以及上变频器的时钟输入端连接,所述频率合成器用于在主控制单元控制下产生不同频率点的本地振荡频率源,供基带调信号调制器和上变频器使用,所述基带信号调制器用于将基带信号产生器产生出来的模拟基带通信信号与频率合成器输出的第一本地振荡信号相乘,将基带信号进行载波调制,将基带信号变换到第一中频载波上,所述上变频器用于将基带信号调制器输出的第一中频信号经带通滤波后,再次进行频率变换,将中频信号变换到射频频段;所述射频功率放大器的输出端分为两路,第一路与发射天线的信号输入端连接,第二路经设备自检电路与主控制单元的信号输入端连接,所述射频功率放大器用于将上变频器输出的射频信号在经过放大处理后,一部分以一定的发射功率通过天线发射出去,并将另一部分反馈信号输出到设备自检电路,所述发射天线为多个子频段构成的天线组合,以满足20MHz – 500MHz频段的发射要求;综合显控平台与所述主控制单元双向连接,用于产生本地操作控制的通信信号并提供人机交互界面;GPS/北斗定位及授时模块与所述主控制单元的信号输入端连接,用于为装置提供授时信息和时间基准;供电电源与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接,用于为需要供电的模块提供工作电源。

进一步的技术方案在于:所述装置还包括数据接口,所述数据接口与所述主控制单元双向连接,用于实现所述装置与其它设备之间进行数据交换。

进一步的技术方案在于:所述主控制单元包括中央处理器,还包括与中央处理器双向连接的第一以太网接口、第二以太网接口、GPS/北斗定位及授时接口、设备状态显示模块、DRAM存储器、FLASH存储器、信号产生器接口、频率合成器接口以及设备自检电路接口。

进一步的技术方案在于:所述基带信号调制器和上变频器包括第一至第四低通滤波器,所述基带信号产生器的输出端分为四路,基带信号产生器输出的第一路基带信号与第一低通滤波器的输入端连接,第一低通滤波器的输出端依次经第一调制模块、第一放大滤波模块与第一中频合路模块的一个输入端连接,第一调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,基带信号产生器输出的第二路基带信号与第二低通滤波器的输入端连接,第二低通滤波器的输出端依次经第二调制模块、第二放大滤波模块与第一中频合路模块的另一个输入端连接,第二调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,所述中频合路模块的输出端与第一下变频模块的输入端连接,所述第一下变频模块的输出端为所述上变频器的输出端,所述第一下变频模块的本振信号输入端接频率合成器输出的第二本振信号;

基带信号产生器输出的第三路基带信号与第三低通滤波器的输入端连接,第三低通滤波器的输出端依次经第三调制模块、第三放大滤波模块与第二中频合路模块的一个输入端连接,第三调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,基带信号产生器输出的第四路基带信号与第四低通滤波器的输入端连接,第四低通滤波器的输出端依次经第四调制模块、第四放大滤波模块与第二中频合路模块的另一个输入端连接,第四调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,所述中频合路模块的输出端与第二下变频模块的输入端连接,所述第二下变频模块的输出端为所述上变频器的输出端,所述第二下变频模块的本振信号输入端接频率合成器输出的第二本振信号。

进一步的技术方案在于:所述频率合成器用于输出四路第一本振信号和两路第二本振信号。

进一步的技术方案在于:所述射频功率放大器包括输入匹配电路,所述上变频器输出的射频信号与所述输入匹配电路的输入端连接,所述输入匹配电路的输出端依次经功率管、输出匹配电路与隔离器的输入端连接,所述隔离器的输出端分为两路,第一路与天线连接,第二路经30dB正向耦合输出模块与设备自检电路连接。

进一步的技术方案在于:所述天线包括可升降天线支架,所述可升天线降支架上设置有周期对数天线和鞭状天线。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述超短波通信信号模拟装置可以模拟仿真出各种经常使用的民用以及军用超短波模拟信号,以检验在此环境下通信侦查设备的性能,具有输出频率范围大以及使用方便的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

图1是本实用新型实施例所述装置的原理框图;

图2是本实用新型实施例所述装置中所述基带信号产生器的原理框图;

图3是本实用新型实施例所述装置中所述主控制单元的原理框图;

图4是本实用新型实施例所述装置中基带信号调制器以及上变频器的原理框图;

图5是本实用新型实施例所述装置中频率合成器的原理框图;

图6是本实用新型实施例所述装置中形成第一本振信号的电路原理框图;

图7是本实用新型实施例所述装置中形成第二本振信号的电路原理框图;

图8是本实用新型实施例所述装置中射频功率放大器的原理框图;

图9是本实用新型实施例所述装置中所述天线的结构示意图;

图10是本实用新型实施例所述装置中设备自检电路的原理图;

其中:1、可升降天线支架 2、周期对数天线3、鞭状天线。

具体实施方式

下面结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示,本实用新型实施例公开了一种超短波通信信号模拟装置,包括:主控制单元,基带信号产生器的信号输入端接话音信号测试数据,所述基带信号产生器的输出端与基带信号调制器的输入端连接,所述主控制单元的一个控制端与所述基带信号产生器的控制端连接,所述基带信号产生器用于根据主控制单元的指令产生满足要求的通信信号集;所述基带信号调制器的输出端与上变频器的输入端连接,所述上变频器的输出端与射频功率放大器的输入端连接,所述主控制单元的一个控制输出端与频率合成器的一个控制输入端连接,所述频率合成器的一个输入端接参考频率,所述频率合成器的输出端分别与所述基带信号调制器以及上变频器的时钟输入端连接,所述频率合成器用于在主控制单元控制下产生不同频率点的本地振荡频率源,供基带调信号调制器和上变频器使用,所述基带信号调制器用于将基带信号产生器产生出来的模拟基带通信信号与频率合成器输出的第一本地振荡信号相乘,将基带信号进行载波调制,将基带信号变换到第一中频载波上,所述上变频器用于将基带信号调制器输出的第一中频信号经带通滤波后,再次进行频率变换,将中频信号变换到射频频段;所述射频功率放大器的输出端分为两路,第一路与发射天线的信号输入端连接,第二路经设备自检电路与主控制单元的信号输入端连接,所述射频功率放大器用于将上变频器输出的射频信号在经过放大处理后,一部分以一定的发射功率通过天线发射出去,并将另一部分反馈信号输出到设备自检电路,所述发射天线为多个子频段构成的天线组合,以满足20MHz – 500MHz频段的发射要求;综合显控平台与所述主控制单元双向连接,用于产生本地操作控制的通信信号并提供人机交互界面;GPS/北斗定位及授时模块与所述主控制单元的信号输入端连接,用于为装置提供授时信息和时间基准;供电电源与所述装置中需要供电的模块的电源输入端连接,用于为需要供电的模块提供工作电源;数据接口与所述主控制单元双向连接,用于实现所述装置与其它设备之间进行数据交换。

所述装置的原理方框图中各个功能单元说明如下:

主控制单元:设备主控制单元接收到来自指挥所和综合显控平台传送来的指令,并按照这些指令的要求形成一定控制命令,以产生各种模拟信号,控制模拟设备的各个单元最终产生所要求的超短波通信信号。主控制单元是所述装置正常运行的核心部分,除了控制产生模拟通信信号以外,还接收来自GPS/北斗定位、授时模块传送来的授时数据;主控制单元与综合显控平台之间的数据通信是通过网络接口实现的。

基带信号产生器:基带信号产生器根据主控制单元的指令产生满足要求的通信信号集。通信信号集中指明通信信号的参数,例如,对于模拟信号来说,指明调制方式、载波频率、信号强度、信号持续时间等;对于定频数字调制来说,指明信号的调制方式、载波频率、数据速率、信号强度、信号持续时间等;对于调频信号来说,指明信号的调制方式、跳频方式、跳频点数、跳频速率、数据速率等。根据这些要求,基带信号产生器则产生出模拟通信信号的基带信号集,经数字合成后,送到数/模(D/A)变换器,变换成模拟信号进行调制和上变频。在极端情况下,基带信号产生器要能够同时产生800个(160MHz带宽范围内)不同参数的通信信号。

基带信号调制器:基带信号产生器产生出来的模拟基带通信信号(有些信号是低频载波已调制信号)与频率合成器输出的第一本地振荡信号相乘,将基带信号进行载波调制,也就是将基带信号变换到第一中频载波上。

上变频器:用于将基带信号调制器输出的第一中频信号经带通滤波后,再次进行频率变换,将中频信号变换到射频频段(20MHz – 500MHz),这个频段的通信信号就是所述装置模拟的超短波通信信号。频段内各个通信信号满足指挥所的指令要求。

频率合成器:由主控制单元控制产生不同频率点的本地振荡频率源,供所述调制器和上变频器使用。

射频功率放大器:形成的射频信号在经过该功率放大器放大后,以一定的发射功率通过天线发射出去。

发射天线:按照多个子频段构成的天线组合,以满足20MHz – 500MHz频段的发射要求。根据使用要求,天线带宽尽可能地宽,天线增益应尽可能的大,以降低系统对于射频功率放大器的要求。

设备自检电路:为了检查设备各个单元的可用性而设置的反馈电路,通过采样射频信号,经放大和检测后,确认通道工作正常与否。

GPS/北斗定位及授时模块:与主控制单元相连接,为所述装置的试验提供授时信息和时间基准。

模拟话音信号源:对于模拟调制方式,如AM、FM、SSB和DSB来说,传输信息就是话音波形,因此所述装置需要模拟出(或回放出)模拟话音信号。话音信号源可以是已存储的、或已录制的话音进行回放,所述装置也支持直接麦克风输入话音信号。

数据接口:主控制单元与指挥所或其它通信系统进行数据交换的数据接口。本装置可以使用多种接口方式以适应设备的适用性,例如,以太网接口、RS-232接口等。装置通过这些数据接口与外部系统进行数据交换。

综合显控平台:综合显控平台可以为本地操作控制通信信号产生以及人机交互界面。这个人机交互平台可以是设备面板上的按键和状态指示灯;也可以是设备外挂一个笔记本电脑,通过网络接口与设备相连接。

供电电源:交/直流电源变换,将载车的电源、或市电220VAC变换为设备各个单元所需要的直流电源。

设备工作原理:

所述装置在综合显控平台的控制下,产生试验所需要的模拟通信信号,用于场上的通信试验和对抗试验,具有对被测试通信侦察设备、被试通信干扰设备的主要战计指标与性能的定量评估能力。

在定频数字通信时,基带信号产生器接收一段模拟语音信号,经模数转换和语音编码后,变换成数字语音数据流,将数据流适配到指定的信道速率,并进行数字调制,产生出数字中频信号。

定频模拟通信时,基带信号产生器对输入的模拟语音信号进行采样,采样后的语音信号进行模拟调制,必要时对采样信号进行插值和滤波,形成模拟调制的数字中频信号。

在扩频通信时,基带信号产生器接收经模数转换的数字信号的数据流,再按照指定的扩频码长进行扩频调制,然后再按照指定的载波调制方式进行数字载波调制,形成数字中频信号。

在进行跳频通信时,基带信号产生器接收来自数据终端的数据流,或音频数据流后,通过数据缓冲区进行数据速率适配,然后进行指定的模拟或者数字调制,最终形成中频信号。

除了可以发送数据终端的实时信息和实时语音外,基带信号产生器还可以存储波形设计单元预先设计好的零中频调制信号,以数字波形合成的方式进行正交上变频,形成数字中频信号。

基带信号产生器输出的基带信号或数字中频信号经过基带信号调制器进行DAC变换为模拟中频信号,再经过上变频器组,形成要求的射频信号。

背景噪声信号则是由基带信号产生器中的DSP或FPGA芯片独自产生的,设置一个周期非常长的伪随机序列,经变换和滤波以后,形成一个近似白噪声的信号,如果是单独发射这个噪声信号,此时,该数字噪声信号经载波调制,形成中频噪声信号;如果该数字噪声信号是与其它的通信信号一起发射,此噪声信号与其它的通信信号在DSP内先进行叠加,再进行载波调制,形成含有噪声的中频通信信号。

连续波信号是一个单频点信号,可以在基带信号产生器中的DSP或FPGA内单独产生,不需要外部输入信号,直接产生一个指定频率、指定幅度的正弦波/余弦波信号即可。

如图2所示,基带信号产生器为信号产生所需要的各种数据处理、数模变换等提供运行平台。基带信号产生器主要包括如下模块:高速数字信号处理器(DSP)、大容量静态存储器(SRAM)、程序固化电路(FLASH)、大容量FPGA电路、高速数模转换器(D/A)、宽带低通滤波器(LPF)、工作时钟源和二次电源变换电路。为了减少设备的硬件量,可以考虑在一块基带信号产生器上设计、安装多个DSP、FPGA和D/A变换器电路,以提高硬件的处理速度和处理能力。

主控制单元是所述装置的控制中枢部分,装置各个单元的数据传输、进程控制、参数配置等操作指令都是从该单元发出去的。这部分电路主要包括一个ARM微处理器及其外围电路、各种接口和控制总线,主控单元的电路原理图,如图3所示,具体的,所述主控制单元包括中央处理器,还包括与中央处理器双向连接的第一以太网接口、第二以太网接口、GPS/北斗定位及授时接口、设备状态显示模块、DRAM存储器、FLASH存储器、信号产生器接口、频率合成器接口以及设备自检电路接口。

上变频信道(基带信号调制器、上变频器、射频功率放大器以及发射天线部分):

该部分电路实现了基带信号(带宽为160MHz的零中频信号)变频为20MHz-500MHz。由于通信信号的频带跨度大,因此所述装置的射频前端计划采用双通道双天线来实现整个频带的覆盖。基带信号产生器中四路DSP信号处理器实现的零中频信号经载波调制后,前面两路进行合路叠加,后面两路也进行合路叠加,四路零中频信号形成了二路中频信号,整体方案如图4所示。

如图4所示,所述基带信号调制器和上变频器包括第一至第四低通滤波器,所述基带信号产生器的输出端分为四路,基带信号产生器输出的第一路基带信号与第一低通滤波器的输入端连接,第一低通滤波器的输出端依次经第一调制模块、第一放大滤波模块与第一中频合路模块的一个输入端连接,第一调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,基带信号产生器输出的第二路基带信号与第二低通滤波器的输入端连接,第二低通滤波器的输出端依次经第二调制模块、第二放大滤波模块与第一中频合路模块的另一个输入端连接,第二调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,所述中频合路模块的输出端与第一下变频模块的输入端连接,所述第一下变频模块的输出端为所述上变频器的输出端,所述第一下变频模块的本振信号输入端接频率合成器输出的第二本振信号;

基带信号产生器输出的第三路基带信号与第三低通滤波器的输入端连接,第三低通滤波器的输出端依次经第三调制模块、第三放大滤波模块与第二中频合路模块的一个输入端连接,第三调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,基带信号产生器输出的第四路基带信号与第四低通滤波器的输入端连接,第四低通滤波器的输出端依次经第四调制模块、第四放大滤波模块与第二中频合路模块的另一个输入端连接,第四调制模块的本振输入端接频率合成器输出的第一本振信号,所述中频合路模块的输出端与第二下变频模块的输入端连接,所述第二下变频模块的输出端为所述上变频器的输出端,所述第二下变频模块的本振信号输入端接频率合成器输出的第二本振信号。

如图5所示,所述频率合成器用于输出四路第一本振信号和两路第二本振信号。进一步的,图6为形成第一本振信号的电路原理框图,第一本振为定频本振,图7为形成第二本振信号的电路原理框图,第二本振为可控本振。

射频功率放大器可以将上变频器输出的射频信号进行功率放大,输出10W的大功率射频信号。实现原理如图8所示,所述射频功率放大器包括输入匹配电路,所述上变频器输出的射频信号与所述输入匹配电路的输入端连接,所述输入匹配电路的输出端依次经功率管、输出匹配电路与隔离器的输入端连接,所述隔离器的输出端分为两路,第一路与天线连接,第二路经30dB正向耦合输出模块与设备自检电路连接。

发射天线:所述装置拟采用宽带对数周期天线,以满足宽频带(5倍频程)的要求。如图9所示,所述天线包括可升降天线支架,所述可升降支架上设置有周期对数天线和鞭状天线。优选的,鞭状天线长约1.5米,对数周期天线长约1.2米。无论是车载工作方式或是离车工作方式,天线都选装在一个稳定的支架上,而且支架可以手动升降、最高升至10米的高度,这样才能保证所要求的传输距离。

设备自检电路:设备自检是检查所述装置可用性的必要过程。通过设备自检可以检查出所述装置是否处于良好的工作状态,在装置维护和维修时可以确定故障点和故障部位。设备自检按照启动自检的主题分为两种:由指挥所远程启动的自检过程,在由指挥所下发指令来启动设备的自检过程中,自检的结果也要上报给指挥所;由设备本地启动的自检过程,自检的结果直接显示在综合显控平台上。

无论哪一种形式的自检,最终都会由主控制单元来执行。由于所述装置只模拟发射通信信号,为了能够实现设备的本地自环检验功能,必须建立一个反馈通道,将射频发射信号耦合到反馈通道内,通过解调发射信号,以检查发射信号的状态和设备的工作情况,图10是设备自检通道的示意图。

综上,所述超短波通信信号模拟装置可以模拟仿真出各种经常使用的民用以及军用超短波模拟信号,以检验在此环境下通信侦查设备的性能,具有输出频率范围大以及使用方便的优点。

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