為SIGINT接收機(jī)設(shè)計(jì)測(cè)試信號(hào)

 信號(hào)智能或SIGINT在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中發(fā)揮著重要作用。SIGINT是一個(gè)通用的術(shù)語，它包括無線電頻段系統(tǒng)(通信智能或COMINT)、雷達(dá)頻段系統(tǒng)(電子智能或ELINT)及測(cè)量和簽名智能系統(tǒng)(MASINT)。COMINT處理從攔截的外來通信中導(dǎo)出的技術(shù)信息和智能。這意味著為COMINT作業(yè)指配的SIGINT接收機(jī)必須收集與無線電頻段中所有傳輸有關(guān)的信息。接收機(jī)的具體任務(wù)包括能夠檢測(cè)、分析收到的傳輸、估計(jì)調(diào)制頻率和類型、提取智能(信息)、定位來源。接收機(jī)必須覆蓋寬電磁(EM)頻譜，以檢測(cè)可能的輻射。這些輻射可以源自獨(dú)立的來源，其傳輸類型可能是突發(fā)型、跳頻型或連續(xù)型。

接收機(jī)測(cè)試

SIGINT接收機(jī)擁有多個(gè)接收和處理射頻(RF)的功能單元：從低頻(LF,30 kHz~300 kHz)到超高頻(EHF,30 GHz~300 GHz)，由平臺(tái)天線/天線陣列接收這些射頻。獨(dú)立來源發(fā)出的RF信號(hào)可能采用各式各樣的調(diào)制方案和傳輸模式。這些RF天線/天線陣列類型可以是萬向、雙向、機(jī)械操縱或電氣操縱。除常見的前端功能外，其它功能單元包括RF分發(fā)、低頻和高頻調(diào)諧裝置、接收機(jī)、IF分發(fā)IF數(shù)字化儀和子頻段調(diào)諧裝置、數(shù)字化儀和下變頻器。后面是基帶信號(hào)處理，用來檢測(cè)和識(shí)別調(diào)制方案，估計(jì)信號(hào)到達(dá)的方向。

設(shè)計(jì)人員的挑戰(zhàn)是在SIGINT接收機(jī)設(shè)計(jì)和測(cè)試過程中仿真所有類型的上述場(chǎng)景，要求：

● 多通道寬帶信號(hào)發(fā)生器;

● 各種模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方案;

● 創(chuàng)建頻譜干凈的跳頻信號(hào);

● 能夠控制信號(hào)參數(shù)，如功率電平、載頻、符號(hào)速率等;

● 能夠復(fù)現(xiàn)細(xì)微的損傷(或簽名)，可以識(shí)別特定無線電屬性。

表1描述了測(cè)試SIGINT接收機(jī)的典型場(chǎng)景。這些場(chǎng)景涵蓋了接收機(jī)預(yù)計(jì)準(zhǔn)確識(shí)別的廣泛的頻率、功率電平和傳輸類型。可以使用各種信號(hào)發(fā)生器和其它設(shè)備實(shí)現(xiàn)，也可以使用軟件及任意波形發(fā)生器(AWG)實(shí)現(xiàn)，后者實(shí)現(xiàn)起來更簡(jiǎn)單，并支持更高的可重復(fù)性。

使用AWG和直接合成技術(shù)

AWG提供了強(qiáng)大的信號(hào)源、更高的采樣率、帶寬和信號(hào)保真度及改進(jìn)的易用性。最新的AWG，如泰克AWG7000系列，一般都會(huì)超過當(dāng)前的測(cè)試設(shè)備功能，可以生成許多無線應(yīng)用(如SIGINT、雷達(dá)、UWB等)中日益常見的寬帶、快速變化的信號(hào)。

對(duì)這一應(yīng)用，AWG通過使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)直接生成RF信號(hào)，提供了高效的SIGINT測(cè)試和測(cè)量工具，它支持高達(dá)5 GHz的載波中心頻率及高達(dá)5.8 GHz的信號(hào)帶寬。直接生成IF或RF信號(hào)避免了與使用I/Q調(diào)制器的傳統(tǒng)生成方式有關(guān)的I/Q劣化和長時(shí)間調(diào)節(jié)。圖1是簡(jiǎn)化的方框圖。

直接合成

直接合成一詞描述了生成波形的手段，可以作為各種測(cè)試和測(cè)量應(yīng)用的激勵(lì)信號(hào)使用。直接合成是一種基于采樣的技術(shù)。示波器從模擬波形中采集樣點(diǎn)，而直接合成信號(hào)源(AWG)則通過DAC從樣點(diǎn)中創(chuàng)建模擬波形。AWG存儲(chǔ)器中的樣點(diǎn)基本上可以定義任意波形，包括SIGINT波形。當(dāng)然，正常的物理學(xué)和帶寬限制仍然適用，但位于規(guī)定范圍內(nèi)。

由于簡(jiǎn)單易用的軟件界面，用戶可以使用直接合成技術(shù)，創(chuàng)建各種場(chǎng)景(如泰克RFXpress)，然后傳送到AWG，復(fù)現(xiàn)這些信號(hào)。由于場(chǎng)景在軟件中創(chuàng)建，包括損傷，因此用戶可以全面控制生成的方案并可以調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足全面測(cè)試SIGINT接收機(jī)的需求。

創(chuàng)建SIGINT信號(hào)

本文將以RFXpress為例，介紹怎樣使用直接合成技術(shù)生成表1中列出的多信號(hào)場(chǎng)景。RFXpress是一個(gè)軟件包，用來合成數(shù)字調(diào)制的基帶信號(hào)、IF信號(hào)和RF信號(hào)。它旨在把IF和RF信號(hào)功能提升到新的水平，并全面利用AWG的寬帶信號(hào)生成技術(shù)。該軟件支持廣泛的調(diào)制及符號(hào)映射功能，允許設(shè)計(jì)人員自定義調(diào)制。此外，可以使用所需場(chǎng)景仿真?zhèn)鬏斣O(shè)備干擾、線性行為和非線性行為及信道效應(yīng)產(chǎn)生的實(shí)際環(huán)境損傷，測(cè)試接收機(jī)性能余量。

為創(chuàng)建表1中的信號(hào)，可以為每個(gè)傳輸選擇各種參數(shù)。必須選擇波形長度和過采樣參數(shù)，以生成跳頻和突發(fā)傳輸，RFXpress “打包”功能保證這些波形擁有最小的頻譜再生或瞬態(tài)輻射(源自波形序列加入點(diǎn)上的相位跳動(dòng))。下面簡(jiǎn)單介紹設(shè)置RFXpress工具生成所需傳輸?shù)牟襟E。

多載波連續(xù)信號(hào)

為創(chuàng)建表1中的場(chǎng)景，我們先識(shí)別跳頻信號(hào)的符號(hào)時(shí)間周期。選擇一個(gè)多載波連續(xù)信號(hào)及由跳頻信號(hào)的符號(hào)周期定義的最小波形長度。

選擇多載波選項(xiàng)

選擇128×3 = 384個(gè)符號(hào)作為匯編設(shè)置中的波形長度。把符號(hào)速率與選定的三個(gè)跳頻時(shí)間周期匹配起來。選擇過采樣率為6?？梢园哑渌O(shè)置(如打包)設(shè)為默認(rèn)值。

根據(jù)表1為載波1、2、3、4分配頻率、調(diào)制方案、接收功率、符號(hào)速率、濾波器和窗口函數(shù)。

增加突發(fā)信號(hào)。對(duì)處于突發(fā)模式的載波5，設(shè)置參數(shù)(根據(jù)表1)，從菜單中選擇功率升量。對(duì)32個(gè)符號(hào)的時(shí)間周期，把功率設(shè)置成0 dB，然后對(duì)其余符號(hào)，把功率選擇為低值(-60 dB)。

* 增加跳頻信號(hào)

1. 對(duì)擁有三個(gè)跳頻及BPSK調(diào)制的傳輸6，選擇第一個(gè)跳頻648 MHz，然后為這個(gè)信號(hào)選擇參數(shù)。對(duì)直到功率上升的前128個(gè)符號(hào)，設(shè)置為0dB;對(duì)其余符號(hào)，設(shè)置為-60dB。這可以對(duì)前128個(gè)符號(hào)啟用頻率1 (648MHz)，然后選擇下一個(gè)跳頻，對(duì)第129個(gè)~256個(gè)符號(hào)，把功率設(shè)置為0dB，對(duì)其余符號(hào)設(shè)置為-60dB。這將從第129個(gè)~256個(gè)符號(hào)啟用頻率 (673MHz)。類似的，對(duì)第三個(gè)頻率執(zhí)行設(shè)置(623MHz)。

2. 通過選擇功率升量一欄，可以增加功率升量。上升時(shí)間可以選擇10ns。功率升量與上面的符號(hào)幅度相結(jié)合，可以創(chuàng)建用戶自定義的跳頻無線電控制功能。

3. 匯編和生成波形。圖2顯示了組合波形的頻譜。

各個(gè)步驟結(jié)束，通過AWG已經(jīng)生成波形。這突出說明了軟件怎樣幫助設(shè)計(jì)人員驗(yàn)證SIGINT接收機(jī)的功能，識(shí)別其在實(shí)地可能遇到的各種傳輸。

測(cè)試信號(hào)檢驗(yàn)

通過AWG生成使用上面介紹的軟件設(shè)計(jì)的信號(hào)。在實(shí)時(shí)頻譜分析儀(RTSA)中捕獲這個(gè)信號(hào)，對(duì)每個(gè)頻率分析信號(hào)。載波6由三個(gè)頻率(648 MHz、673 MHz和623 MHz)組成，RTSA上作為頻譜圖捕獲其跳頻模式，頻譜圖是一種高級(jí)形式的時(shí)間對(duì)頻率曲線。這個(gè)曲線通過適當(dāng)?shù)剡x擇時(shí)間窗口和頻率跨度獲得。

保證余量

現(xiàn)代戰(zhàn)斗環(huán)境正迅速變化。微處理器、信號(hào)處理和波形等技術(shù)進(jìn)步正導(dǎo)致新型無線電、雷達(dá)和戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的開發(fā)?，F(xiàn)有的RF智能收集和干擾平臺(tái)很難處理當(dāng)前跳頻和戰(zhàn)斗聯(lián)網(wǎng)無線電，更難處理新一代軟件定義的低能耗分組網(wǎng)絡(luò)和雷達(dá)系統(tǒng)。因此，這些SIGINT接收機(jī)必須經(jīng)過全面測(cè)試，以便擁有足夠的余量在部署時(shí)成功地執(zhí)行所需的功能。

在SIGINT接收機(jī)中，問題被進(jìn)一步放大。在傳統(tǒng)接收機(jī)中，可以在實(shí)驗(yàn)室中簡(jiǎn)便預(yù)測(cè)及全面測(cè)試信號(hào)，與此不同，SIGINT接收機(jī)被要求接收和分析未知載頻上的未知調(diào)制。例如，應(yīng)正確分析采用不同調(diào)制、載頻相距很近的兩臺(tái)發(fā)射機(jī)。另一個(gè)實(shí)例是結(jié)合使用跳頻發(fā)射機(jī)及其中一個(gè)跳頻上的正常傳輸來測(cè)試接收機(jī)。SIGINT接收機(jī)應(yīng)能夠準(zhǔn)確地分析這些場(chǎng)景。用戶可能還要?jiǎng)?chuàng)建擁有低信噪比的SIGINT波形，描述遙遠(yuǎn)的和/或低能耗發(fā)射機(jī)。因此，必須針對(duì)所有實(shí)際環(huán)境損傷和干擾測(cè)試這些接收機(jī)，以便接收機(jī)設(shè)計(jì)強(qiáng)健，在其可能遇到的未知條件下獲得足夠的余量。

RFXpress之類的軟件允許設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建這些場(chǎng)景，另外可以在SIGINT波形中增加各種損傷，包括IQ損傷，如載波泄漏、正交誤差和IQ失衡。可以以正弦曲線或載頻偏置的形式增加干擾。用戶可以定義最多10條不同的路徑，仿真波形上的多路徑效應(yīng)?？梢圆捎梅?hào)、幅度和相位延遲的形式，為各個(gè)載波定義路徑。

總結(jié)

SIGINT接收機(jī)必須工作在復(fù)雜的、快速變化的環(huán)境帶來了測(cè)試的重大挑戰(zhàn)，特別是在實(shí)驗(yàn)室中仿真實(shí)際環(huán)境?；谲浖墓ぞ吲c高性能AWG儀器相結(jié)合，提供了一種簡(jiǎn)便高效的方式，保證SIGINT接收機(jī)能夠處理這些環(huán)境。此外，設(shè)計(jì)人員可以增加損傷，保證接收機(jī)的強(qiáng)健性，并能夠在未知環(huán)境中高效運(yùn)行。