基于CPCI總線可重組中頻調(diào)制器設(shè)計與應(yīng)用

摘要：為實現(xiàn)某基帶中頻調(diào)制設(shè)備的全數(shù)字、低故障率、小型化和可重組目標，采用基于CPCI總線技術(shù)和軟件重組等設(shè)計方法完成了數(shù)字化中頻調(diào)制器的設(shè)計。測試和應(yīng)用結(jié)果表明，該調(diào)制器各項技術(shù)指標滿足設(shè)計要求、各項功能正常，工作穩(wěn)定。通過軟件重組，可滿足現(xiàn)有通用雷達設(shè)備的不同調(diào)制信號需求。
關(guān)鍵詞：CPCI總線；中頻調(diào)制器；FPGA；軟件無線電

    隨著測控領(lǐng)域各項技術(shù)的不斷推進，目前，通用的測控裝備基帶分系統(tǒng)已經(jīng)進入了全數(shù)字化的第四代模式。
    較傳統(tǒng)意義上的基帶設(shè)備，第四代基帶設(shè)備由于采用了CPCI總線硬件平臺、千萬門級FPGA和高性能DSP芯片以及軟件可重組設(shè)計技術(shù)，因此其具有可靠性高、通用性強、功能可重組等優(yōu)勢。中頻調(diào)制器是基帶分系統(tǒng)的核心器件，主要完成基帶中頻發(fā)射信號的產(chǎn)生、提供基帶接收機接收解調(diào)參考基準信號、接收解調(diào)時統(tǒng)信號等功能。按照軟件無線電的思想設(shè)計實現(xiàn)調(diào)制器，在同一個硬件平臺上，通過配置不同的軟件模塊來實現(xiàn)不同的調(diào)制信號，縮短研制周期，避免因調(diào)制體制的變化而產(chǎn)生諸多問題；同時，由于數(shù)字器件的一致性較好，使得基于軟件無線電的通用調(diào)制器的制造和測試成本大幅降低；此外，還能應(yīng)用先進的信號處理技術(shù)提高信號的調(diào)制特性，增強調(diào)制器的靈活性和擴展性。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計
1．1 系統(tǒng)組成
    基于CPCI總線的中頻調(diào)制器將模擬與數(shù)字電路分離，以前后板方式安裝于工控機內(nèi)，硬件構(gòu)成上主要包括調(diào)制器信號處理板、淵制器信道盒。
1．1．1 調(diào)制器信號處理板
    調(diào)制器信號處理板為CPCI標準板卡(前板)結(jié)構(gòu)，電路框圖如圖1所示，硬件電路主要由以下幾部分構(gòu)成：

    (1)主控FPGA、PCI接口、雙口RAM，主要完成對板卡的功能重組控制、PCI總線數(shù)據(jù)接收、發(fā)送功能。
    (2)功能可重組FPGA1及其外圍器件、DSP及其外圍器件。FPGA1加載中頻調(diào)制器測距信號產(chǎn)生、噪聲源模塊。DSP用于調(diào)制器單元的控制等功能。
    (3)D／A變換器1，2。D／A變換器工作頻率可以到1 GHz，可以直接產(chǎn)生70 MHz的中頻信號；板卡配備2片高速D／A，具備雙通道中頻調(diào)制輸出能力。在本基帶中D／A變換器1輸出上行中頻調(diào)制信號。D／A變換器2在中頻閉環(huán)測試時用，輸出高斯白噪聲，模擬信道噪聲。
1. 1．2 調(diào)制器信道盒
    調(diào)制器信道盒安裝于CPCI標準板卡(后板)。上行中頻信道框圖見圖2。信號支路采用(68±1．7)MHz和(70±16．2)MHz兩種濾波器。在工作狀態(tài)時產(chǎn)生的(68±1．625)MHz(68 MHz載波，1 MHz高側(cè)音，125 Kb／s的PN碼，上行掃描范圍±500 kHz)上行信號通過(68±1．7)MHz濾波器輸出。在設(shè)備自檢狀態(tài)時產(chǎn)生的(70．08±16．105)MHz或(69．92±16．105)MHz(70．08 MHz或69．92 MHz載波，最大14．5 MHz副載波，1 MHz高側(cè)音，125 Kb／s的PN碼，下行多普勒范圍±400 kHz)模擬下行信號通過(70±16．2)MHz濾波器輸出。噪聲支路采用(70±16．2)MHz的濾波器，輸出模擬下行通道噪聲。

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1．2 工作原理
    中頻調(diào)制器功能組成框圖如圖3所示，中頻調(diào)制器為前、后板結(jié)構(gòu)，以系統(tǒng)頻標為參考相干地產(chǎn)生各種信號。綜合基帶工作狀態(tài)時，中頻調(diào)制器產(chǎn)生上行測距信號。PN碼與巴克碼模二加，再對主音BPSK調(diào)制，調(diào)制后的主音對載波進行PM調(diào)制。主站、副站1、副站2產(chǎn)生的上行信號測距PN碼型不同，可以由監(jiān)控選擇。

    調(diào)制中頻信號經(jīng)過濾波、放大后輸出(信號帶寬：(68±1．5)MHz)，經(jīng)上變頻、功率放大后由天線發(fā)送到應(yīng)答設(shè)備?；鶐гO(shè)備可以接收系統(tǒng)監(jiān)控臺的控制，對上行頻率進行調(diào)整或控制上行頻率掃描，可控制掃描回零?；鶐гO(shè)備在自檢狀態(tài)時，中頻調(diào)制器產(chǎn)生下行模擬信號，該信號與圖4所示的應(yīng)答設(shè)備下發(fā)信號形式相同，即副站1測距信號對9 MHz副載波PM調(diào)制，副站2測距信號對14．5MHz副載波PM調(diào)制，然后2個已調(diào)副載波信號與主站測距信號一起對載波進行PM凋制；由監(jiān)控計算機控制，可以關(guān)掉任意一路副載波信號或主站測距信號。調(diào)制器產(chǎn)牛的下行模擬信號帶寬為(70±16．2)MHz。

2 主要技術(shù)指標
    (1)測距信號形式：PN碼⊕巴克碼對高側(cè)音BPSK調(diào)制；
    (2)載波調(diào)制方式：測距信號對載波PM調(diào)制；
    (3)高側(cè)音頻率：1 MHz；
    (4)輸出載頻：68 MHz；
    (5)工作方式：固定點頻、預置、掃描方式；
    (6)掃頻帶寬：±500kHz；
    (7)調(diào)制度：0～1．5 rad；
    (8)輸出信噪比(自檢模式)：128 dBHz。

3 測試結(jié)果及應(yīng)用[!--empirenews.page--]
3．1 常溫測試
    常溫條件下的測試結(jié)果表明，中頻調(diào)制器滿足設(shè)計指標要求(見表1)。

3．2 應(yīng)用情況
    該調(diào)制器已在我部新研基帶設(shè)備上得到了應(yīng)用。在近兩年的應(yīng)用過程中，該調(diào)制器工作穩(wěn)定，操作方便。同時利用自檢信噪比可調(diào)的特點，極大地方便了系統(tǒng)測試工作。調(diào)制器軟件操作界面如圖5所示。

4 結(jié)論
    隨著數(shù)字技術(shù)、軟件無線電技術(shù)的快速發(fā)展，基帶調(diào)制技術(shù)正朝多模式、多目標、多調(diào)制體制、多編碼方式、軟件化、高數(shù)據(jù)速率及高載波頻率的方向發(fā)展，同時必須具備優(yōu)異的抗干擾、保密及可擴展性能。本文所述中頻調(diào)制器為典型的自主外測型調(diào)制模塊化基帶設(shè)備，通過DSP、FPGA軟件模塊的重組即可實現(xiàn)標準TT&C調(diào)制器。長期的應(yīng)用表明，該調(diào)制設(shè)備性能穩(wěn)定、操作靈活，通過軟件的簡單配置即可以實現(xiàn)多種調(diào)制模式功能，可以作為第四代標準調(diào)制設(shè)備推廣應(yīng)用。