擴(kuò)跳頻信號(hào)產(chǎn)生器的研制

摘要：分析了機(jī)載擴(kuò)跳頻體制電臺(tái)的測(cè)試需求，利用公共技術(shù)平臺(tái)與開放式軟件結(jié)構(gòu)、高性能硬件系統(tǒng)與Matlab／Simulink組成一體的集成開發(fā)環(huán)境，采用高速DAC／ADc、DSP／FPGA、寬帶多模式頻率合成器、數(shù)字IF處理、總線等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)跳頻信號(hào)的產(chǎn)生，滿足機(jī)載擴(kuò)跳頻體制電臺(tái)接收機(jī)性能指標(biāo)的測(cè)試需求。研制過(guò)程中，解決了DSP／FPGA及實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理、寬帶多模式頻率合成、模塊化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：擴(kuò)頻通信；頻率合成；檢測(cè)系統(tǒng)

O 引言
    根據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信需要，機(jī)載通信電臺(tái)普遍采用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，在完成常規(guī)通信的基礎(chǔ)上，完成擴(kuò)頻和跳頻的保密通信，隨著數(shù)據(jù)鏈裝備的配備，電臺(tái)和通信端機(jī)將向?qū)拵А?shù)字調(diào)制、擴(kuò)跳混合擴(kuò)頻、高速跳頻、軟件化、自組織網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。
    目前市場(chǎng)上提供的無(wú)線電綜合測(cè)試設(shè)備、信號(hào)產(chǎn)生儀器僅完成機(jī)載通信電臺(tái)常規(guī)性能的測(cè)試，例如測(cè)試AM和FM調(diào)制方式下的功率、調(diào)制度、靈敏度、靜噪靈敏度、選擇性、音頻電壓等，對(duì)擴(kuò)跳頻參數(shù)，如：直接序列擴(kuò)頻(DS)方式的載波調(diào)制方式、話音數(shù)碼率、擴(kuò)譜主瓣帶寬、接收機(jī)靈敏度、發(fā)射機(jī)功率、DS抗干擾容限、直接序列擴(kuò)頻加跳頻(DS+FH)方式的調(diào)制方式、跳頻頻段、跳頻帶寬、跳頻最小間隔、跳頻速率、系統(tǒng)組網(wǎng)數(shù)、電臺(tái)入網(wǎng)要求、話音數(shù)碼率、接收機(jī)靈敏度、發(fā)射機(jī)功率、DS+FH抗干擾容限等沒有專用的測(cè)試儀器，特別是對(duì)DS、FH、
DS／FH工作模式下的接收機(jī)的性能指標(biāo)的測(cè)試由于擴(kuò)跳頻電臺(tái)的專用性的特殊要求，目前無(wú)貨架產(chǎn)品，因此需要開發(fā)與擴(kuò)跳頻體制電臺(tái)配套的擴(kuò)跳頻信號(hào)產(chǎn)生器。

1 設(shè)計(jì)思想
1．1 需求分析
    (1)UHF頻段(超短波)。頻率范圍：1 08．000～399．975MHz；信道間隔、信道數(shù)：可以預(yù)置；頻率準(zhǔn)確度：1ppm；電平范圍：-30～-110dBm；調(diào)頻圖案：內(nèi)部產(chǎn)生、外部輸入；DS擴(kuò)頻碼型：m、M、Gold；話音數(shù)碼率：32kb／s．
    (2)VHF頻段(短波)。頻率范圍：2．0OO0～29．9999MHz；信道間隔、信道數(shù)：可以預(yù)置；頻率準(zhǔn)確度：1ppm；頻率穩(wěn)定度：0．5ppm／d；電平范圍：-10～-110dBm；電平調(diào)整步進(jìn)：1dB；調(diào)制方式／工作模式：CW、DSB-AM、LSB-AM、USB-AM、FH；
    (3)通信控制接口與協(xié)議。接口：DB25F；通信數(shù)據(jù)格式：RS-232。
1．2 設(shè)計(jì)思路
    綜合化程度高：適應(yīng)多種類型、型號(hào)的航空電子設(shè)備的接口信號(hào)環(huán)境，產(chǎn)生各型擴(kuò)跳頻電臺(tái)接收機(jī)測(cè)試需要的擴(kuò)跳頻參數(shù)；結(jié)構(gòu)靈活、開放性好：針對(duì)不同的運(yùn)用需求，采用相應(yīng)的硬件／軟件組合，節(jié)約系統(tǒng)成本，使系統(tǒng)可重構(gòu)、可移植；智能化程度高、控制靈活：硬件系統(tǒng)提供主機(jī)程序開發(fā)API，方便用戶對(duì)平臺(tái)處理器進(jìn)行編程配置和與硬件平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換、控制；使用方便、便攜性好。
    擴(kuò)跳頻信號(hào)產(chǎn)生器實(shí)現(xiàn)以下功能：合成VHF／UHF各種制式發(fā)射信號(hào)；VHF、UHF可以同時(shí)工作；具備高速跳頻功能；具備基帶信號(hào)處理能力；標(biāo)準(zhǔn)的接口控制功能、數(shù)據(jù)處理功能；具有狀態(tài)報(bào)告與自檢功能；顯示狀態(tài)、參數(shù)功能；軟件具備可重置、可移植功能。

2 檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 基本組成
    硬件平臺(tái)選用CPCI作為系統(tǒng)內(nèi)部總線，組成具有很大的靈活性，可根據(jù)不同的測(cè)試對(duì)象進(jìn)行重構(gòu)，系統(tǒng)組成如圖1所示。

3 工作原理
    (1)寬帶高速跳頻頻率合成器。其組成如圖2所示。采用DDS+PLL、乒乓方案：DDS作為基準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，保證輸出RF信號(hào)的間隔，PLL采用低噪聲IC PE3236。兩個(gè)寬帶快速跳頻頻率合成環(huán)實(shí)現(xiàn)收發(fā)的快速跳頻，提供960～1260MHz、信道問(wèn)隔l／2MHz的L01；采用小信道間隔F-N環(huán)：提供第二個(gè)窄帶L02，中心頻率860MHz，頻率變化范圍±lMHz(2MHz)，信道間隔25kHz、12．5kHz、8．33kHz、6．25kHz、5kHz、100Hz可選；頻率合成器同時(shí)提供3個(gè)救生頻率源。

    (2)通用矢量調(diào)制器。其包括了波表合成、增益控制、DUC、限幅器、DAC、BPF等。為防止信號(hào)在內(nèi)插濾波器或正交混頻中出現(xiàn)溢出、飽和現(xiàn)象，在波表合成和DUC之間增加了增益控制環(huán)節(jié)。此外為了適應(yīng)不同速率的基帶信號(hào)，調(diào)制器中的內(nèi)插濾波器(I1、I2)是編程可控的，輸
出DAC I／Q信號(hào)直接送RF矢量調(diào)制電路完成IF調(diào)制，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)AM、FM、單邊帶、雙邊帶等調(diào)制。
    (3)通用擴(kuò)頻器。擴(kuò)頻碼采用m、M序列、Gold等碼，也可由外部輸入，方便系統(tǒng)聯(lián)試。
    (4)短波數(shù)字中頻DIF。傳統(tǒng)的VHF短波發(fā)射信號(hào)合成一般將各種用戶信息經(jīng)變換后通過(guò)低速話音接口送入模擬SSB調(diào)制器，經(jīng)過(guò)上變頻(內(nèi)部提供多段頻率合成器)、濾波、放大發(fā)射。根據(jù)目前技術(shù)狀態(tài)和頻率較低(2～30MHz)，采用數(shù)字化的開放性結(jié)構(gòu)，運(yùn)用ADC／DAC、DSP／FP-GA、DDS等技術(shù)實(shí)現(xiàn)短波數(shù)字中頻DIF，實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。VHF頻段的調(diào)制主要為AM、FM、BPSK、FSK，由DDS AD9852完成。

    (5)信號(hào)處理與控制。完成數(shù)據(jù)的輸入輸出處理，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)資源的分配與處理，達(dá)到協(xié)調(diào)控制各單元的目的；實(shí)現(xiàn)對(duì)RF電路的控制，包括對(duì)“寬帶多模式合成器”跳頻頻率合成器控制、功率、圖案、開關(guān)、及“DIF”模塊的相應(yīng)控制；完成各種數(shù)據(jù)的預(yù)處理，包括基帶信號(hào)處理、編碼、可能的加密、同步、跳頻圖案的產(chǎn)生、算法計(jì)算、參數(shù)優(yōu)化等；完成本身資源的配置、下載、管理、狀態(tài)檢測(cè)。
    (6)設(shè)備控制模塊。完成對(duì)外實(shí)現(xiàn)通信、命令的解釋、分析；參數(shù)的初步處理與分配；協(xié)調(diào)控制各單元、模塊間的數(shù)據(jù)交換；用戶接口、鍵盤、顯示控制，檢測(cè)狀態(tài)并上報(bào)；合成兩路AF信號(hào)，提供給DIF部分和寬帶多模式合成模塊；完成對(duì)VHF、UHF頻段的輸出功率獨(dú)立控制。

4 構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題
4．1 DSP／FPGA及實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)
    在系統(tǒng)中，信號(hào)的處理采用高速DSP／FPGA來(lái)完成。DSP實(shí)時(shí)處理技術(shù)可以完成各種控制流程、模式的轉(zhuǎn)換與各種編碼譯碼／調(diào)制解調(diào)算法。采用多DSP結(jié)構(gòu)構(gòu)成的并行處理，使多種實(shí)時(shí)信號(hào)處理與各單元工作同步協(xié)調(diào)進(jìn)行。高速ADC／DAC是基帶數(shù)字信號(hào)處理與模擬的信號(hào)處理的橋梁。矢量生成信號(hào)經(jīng)ADC／DAC轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)經(jīng)中頻處理模塊作放大、濾波、頻率變換，經(jīng)射頻處理成為各種無(wú)線接口信號(hào)，滿足不同電子系統(tǒng)模擬信號(hào)的要求。
    模擬系統(tǒng)軟件提供測(cè)試所需的環(huán)境設(shè)置，由CPU控制程序、DSP／FPGA程序部分組成，采用開放式、模塊化的程序結(jié)構(gòu)，便于用戶使用、維護(hù)、擴(kuò)充。其中DSP／FPGA軟件功能組成如圖4所示。

4．2 開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)采用“開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、總線化”開放式體系結(jié)構(gòu)，便于構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的硬件平臺(tái)及軟件平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)硬件平臺(tái)模塊化，具有通用性、可擴(kuò)充性、可維修性；軟件具有可移植性、可重用性和可互操作性。數(shù)字信號(hào)處理／通信仿真、開發(fā)與驗(yàn)證集成開發(fā)環(huán)境是集Matl-ab／Simulink、System Generator For DSP、AccelDSP、C-t0-VHDL以及高性能硬件系統(tǒng)為一體的集成開發(fā)環(huán)境。

5 結(jié)束語(yǔ)
    擴(kuò)跳頻信號(hào)產(chǎn)生器運(yùn)用數(shù)字通信系統(tǒng)理論、數(shù)字信號(hào)處理及DSP／FPGA技術(shù)，采用開放式體系架構(gòu)，系統(tǒng)硬件具備通用性、可擴(kuò)展性，軟件系統(tǒng)具備可重配置性、可移置性，可以針對(duì)不同的系統(tǒng)進(jìn)行增減，以滿足不同類型、等級(jí)和測(cè)試系統(tǒng)的需要，設(shè)備操作界面友好，使用簡(jiǎn)單方便。