CN101969330A

CN101969330A - 一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备

Info

Publication number: CN101969330A
Application number: CN2010105104865A
Authority: CN
Inventors: 张兴敢; 俞春华; 唐岚; 柏业超; 张颖; 周谊珉; 高艳宁
Original assignee: Nanjing University
Current assignee: Nanjing University
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-02-09

Abstract

本发明公开了一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备，该设备包括HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元、一组数字中频单元、主控单元、接口单元、显示单元；所述HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元接收各自频段内的信号，并转换成中频信号传输给数字中频单元；数字中频单元通过CPCI总线将信号传输给主控单元，并接收主控单元反馈的控制信号；所述显示单元和接口单元分别与主控单元相连。本发明识别宽频段波达方向识别设备具有测向频率范围广、精确度高等优点。

Description

一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备

技术领域

本发明具体涉及一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备。

背景技术

电子侦探主要是利用电子设备对通信、雷达、导航、电子干扰等设备所辐射的电磁信号进行侦收、识别、分析和定位，从中获取其技术参数、通信内容、所在位置等情报，或以此为依据实施电子对抗和反对抗的措施。然而电磁信号空间环境存在着大量辐射源，它们分布在宽广的频域和空域内，而且工作体制繁多，波形复杂多变，各种电磁信号在频域上拥挤，在时域上密集交叠。因此，电子侦察从密集复杂的电磁信号环境中截获和识别辐射源实际上是相当复杂的。为了查明辐射源的特性及其能力，电子侦察系统首先要正确地发现信号的存在。这就要求被侦察的辐射源正在向电子侦察系统方向产生足够时间的辐射，而电子侦察系统必须在方向上、频率上和极化上对准被侦察的辐射源，并且要有足够的灵敏度。其次，电子侦察系统在发现信号的同时，需要利用各辐射源的不同特征，将各辐射源从密集复杂的信号流中分离出来，把有用信号与其他信号分开，即进行信号分选或分类，并精确地测定和分析各辐射源的特征参数。同时，根据不同位置测定的到达方向或到达时差，可以确定辐射源的地理位置。根据需要，对记录的数据还可进一步进行综合分析。因此，电子侦察系统实质上是一种对电磁信号环境进行采样、分析和处理的信息系统，一般都具有对电磁辐射信号进行探测、分选、分析、识别、定位和记录等功能。为了能在密集复杂的电磁信号环境中快速截获和识别辐射源，通常要求电子侦察系统具有频段宽和方位覆盖宽、截获概率高、截获时间少、灵敏度高、动态范围大、测频和测向精度高、响应速度快、频率和方向分辨力高、信号分选和分析能力强、虚警率低、识别可靠性高、干扰信号抑制好及定位精度高等特性。

但是现有的电子侦察设备中，存在着测向信号分辨力差、精度差、频带范围小的问题，这些都影响了侦察性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电子侦探设备测向信号分辨力差的缺点，提供一种分辨力高的基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备。

为了达到上述目的，本发明提供了一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备，该设备包括HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元、一组数字中频单元、主控单元、接口单元、显示单元；所述HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元接收各自频段内的信号，并转换成中频信号传输给数字中频单元；数字中频单元通过CPCI总线将信号传输给主控单元，并接收主控单元反馈的的控制信号；所述显示单元和接口单元分别与主控单元相连。

上述设备的进一步改进在于，HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元中均具有对应的滤波和屏蔽电路

每个数字中频单元均包括FPGA芯片和外围电路。

数字中频单元内接SCA(软件通信体系框架)组件；所述SCA组件包括数据采集模块、算法选择与加载模块、波达方向估计算法模块、管理与控制模块；管理与控制模块控制数据采集模块、算法选择与加载模块与波达方向估计算法模块工作，数据采集模块采集接收HF、UHF、VHF射频单元发出的射频信号，算法选择与加载模块根据采集的数据对算法进行选择和加载，最后由波达方向估计算法模块进行波达方向估计处理。

主控单元包括Freescale公司的MPC8641处理器及外围电路。

所述接口单元包括以太网驱动、串口驱动和光电转换电路。

所述显示单元包括显示屏及其驱动电路等。

该宽频段波达方向识别设备还包括电源单元。

本发明宽频段波达方向识别设备有以下优点：本发明识别设备采用标准化的软件架构，运用CORBA(公共对象请求代理体系)、面向对象软件涉及等技术，有效提高了无线通信系统的软件复用程度，节省了设计开发成本，缩短了实现周期，有可重构性、可编程性以及模块化等优势；可外接各个频段的天线阵，充分利用各阵元信号的综合信息，通过统计处理方法来估计信号DOA(波达方向)，具有测向频率范围广、分辨力高、精度高和灵敏度高等优点。

附图说明

图1为本发明宽频段波达方向识别设备结构框图；

图2为图1中数字中频单元原理示意图；

图3为图1中主控单元原理示意图；

图4为本发明宽频段波达方向识别设备中波形组件结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明宽频段波达方向(DOA)识别设备进行详细说明。

本发明宽频段DOA识别设备由HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元、一组数字中频单元、主控单元、接口单元、显示单元等组成。设备原结构框图如图1所示。该设备可外接各个频段的天线阵，实现阵列信号处理，天线阵可以为线性或圆形阵列。其中HF、VHF和UHF射频单元分别将各自频段内的射频接收信号转换为中频信号，射频单元中均有对应的滤波和屏蔽电路。每个射频单元可以实现8路射频信号的频率变换，经过A/D转换后，产生中频数字信号送给数字中频单元处理。射频单元实现变频、模数转换，不需要使用可运行OS和ORB的嵌入式处理器。

每个数字中频单元均可实现8路信号的DOA估计处理。它主要由FPGA芯片XC5VSX35-12和外围电路组成，通过FPGA重载程序进行更新配置，每个FPGA有自己的逻辑设备，以便其它SCA单元和应用程序访问本单元。该数字中频单元原理示意图参见图2。该数字中频单元采用CPCI总线技术，由XC5VSX35-12芯片控制闪存进行数据处理，控制双倍速率静态随机存取存储器(DDR SRAM)2代产品进行数据存储。Virtex-5LX30T作为XC5VSX35-12的CPCI总线驱动芯片，实现XC5VSX35-12与CPCI总线的通信。

主控单元作为设备的控制核心，由Freescale公司MPC8641处理器及外围电路组成，通过MPC8641重载程序进行更新配置，主控单元原理示意图参见图3。该主控单元采用CPCI总线技术，由MPC8641控制闪存进行数据处理，控制DDR SRAM1和DDR SRAM2进行数据存储。PCI网桥可以扩展设备中更多的CPCI插槽，从而支持更多的CPCI单元。

接口单元由以太网驱动、串口驱动和光电转换电路组成。通过与外接设备(如电脑等)相连，进行信号转换和数据传送。

显示单元由显示屏及其驱动电路组成。

软件框架采用SCA(软件通信体系框架)标准，主要由操作环境、核心框架CORBA接口等组成。操作环境包括实时操作系统、中间件和核心框架(CF)等。设备管理器和设备驱动以及支持软件必须运行在各个单元中的嵌入式处理器上。通过CORBA软总线，每个处理器可以运行任何CF组件。参见图4，按照SCA规范，并结合DOA波形的实际情况，在波形组件划分时，分为以下4个波形应用模块：数据采集模块、算法选择与加载模块、DOA估计算法模块、管理与控制模块。管理与控制模块控制数据采集模块、算法选择与加载模块与DOA估计算法模块工作，数据采集模块采集接收HF、UHF、VHF射频单元发出的射频信号，算法选择与加载模块根据采集的数据对算法进行选择和加载，最后由DOA估计算法模块进行DOA估计处理。根据不同频段、信号和天线阵，可从DOA估计算法模块选择相应环境中MUSIC、ESPRIT、Cyclic Music等高分辨率DOA估计算法。主控单元通过CORBA软总线和CPCI总线访问数字中频单元，实时加载XC5VSX35-12各种DOA估计算法。

Claims

1.一种基于软件无线电的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：该设备包括HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元、一组数字中频单元、主控单元、接口单元、显示单元；所述HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元接收各自频段内的信号，并转换成中频信号传输给数字中频单元；数字中频单元通过CPCI总线将信号传输给主控单元，并接收主控单元反馈的控制信号；所述显示单元和接口单元分别与主控单元相连。

2.根据权利要求1所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述HF射频单元、VHF射频单元、UHF射频单元中均具有对应的滤波和屏蔽电路。

3.根据权利要求1所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述一组数字中频单元单个均包括FPGA芯片和外围电路。

4.根据权利要求1或3所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述数字中频单元内接SCA组件；所述SCA组件包括数据采集模块、算法选择与加载模块、波达方向估计算法模块、管理与控制模块；管理与控制模块控制数据采集模块、算法选择与加载模块与波达方向估计算法模块工作，数据采集模块采集接收HF、UHF、VHF射频单元发出的射频信号，算法选择与加载模块根据采集的数据对算法进行选择和加载，最后由波达方向估计算法模块进行波达方向估计处理。

5.根据权利要求1所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述主控单元包括MPC8641处理器及外围电路。

6.根据权利要求1所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述接口单元包括以太网驱动、串口驱动和光电转换电路。

7.根据权利要求1所述的宽频段波达方向识别设备，其特征在于：所述显示单元包括显示屏及其驱动电路。