CN103731220A - 基于arm技术的无线电监测接收系统及其接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ARM技术的无线电监测接收系统及其接收方法，涉及无线电监测技术领域，包括天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板、无线传输模块和电源系统，所述天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板和无线传输模块依次电通信连接；所述无线传输模块电通信连接有天线B；所述天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板和无线传输模块分别与电源系统电连接。本无线电监测接收系统对实时多任务具有较强的支持和处理能力，并且响应时间短，能够存储无线电数字信号，并且还具有可扩展的处理器结，可以嵌入扩展各种功能的嵌入式系统。
Description
技术领域
本发明涉及无线电监测技术领域，尤其涉及一种基于ARM技术的无线电监测接收系统及其接收方法。
背景技术
无线电监测接收系统是无线电检测最为重要的系统，现有的无线电检测系统在接收机或接收系统上存在诸多的问题。一、对实时多任务的无线电信号检测或接收的支持能力较差,甚至不能完成多任务的操作,并且中断操作的响应时间短；二、传统的无线电检测接收系统中没有数据存储区域，无法存储无线电数字信息，往往导致其处理能力较差；三、传统的接收系统没有可扩展的处理器结构,无法扩展嵌入式系统，也就无法进行后续的系统更新或添加。
发明内容
针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于ARM技术的无线电监测接收系统，该无线电监测接收系统对实时多任务具有较强的支持和处理能力，并且响应时间短，能够存储无线电数字信号，并且还具有可扩展的处理器结，可以嵌入扩展各种功能的嵌入式系统，能够有效地解决上述技术问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种基于ARM技术的无线电监测接收系统，包括天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板、无线传输模块和电源系统，所述天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板和无线传输模块依次电通信连接；所述无线传输模块电通信连接有天线B；所述天线A、射频前端、A/D转换器、DDC控制器、CPLD、ARM系统板和无线传输模块分别与电源系统电连接。
为了更好地实现本发明，所述电源系统包括开关电源和DC/DC。
本发明提供一种优选的射频前端结构技术方案是：所述射频前端包括有RF输入模块、预选器、混频器A、混频器B、调整器、一本振模块、二本振模块、10M晶体、中频滤波模块、ADC时钟、采样时钟输出模块和中频输出模块；所述RF输入模块、预选器、混频器A、混频器B、中频滤波模块和中频输出模块依次电通信连接；所述一本振模块与混频器A电通信连接，所述二本振模块与混频器B电通信连接，并且一本振模块与二本振模块电通信连接；所述一本振模块、10M晶体、ADC时钟和采样时钟输出模块依次电通信连接。
本发明优选接收的无线电信号频率为：所述天线A接收20MHz～3GHz的无线电信号。
作为优选，所述A/D转换器、DDC控制器、CPLD分别通过PCI接口与ARM系统板电通信连接。
作为优选，所述ARM系统板与无线传输模块通过LAN接口电通信连接。
作为优选，所述电源系统与射频前端采用J30-15ZKWP接口电通信连接。
作为优选，所述中频输出模块、采样时钟输出模块分别与A/D转换器采用SMA-K接口电通信连接。
一种基于ARM技术的无线电监测接收方法，其接收方法如下：
接收信号：天线A接收20MHz～3GHz频率区间的无线电信号；
处理信号：20MHz～3GHz频率区间的无线电信号经过射频前端处理至60MHz的中频信号；
模数转换过程：60MHz的中频信号经A/D转换器进行模数转换，并将60MHz的中频信号转换为数字信号；
变频过程：经过模数转换过程转换后的数字信号经过DDC控制器进行变频和滤波处理；
缓存信号：将经过变频和滤波处理的数字信号存储至CPLD中；
无线通信传输：数字信号通过ARM系统板进行通信协议处理，ARM系统板进行配置并将数字信号传输至无线传输模块中，然后经过天线B传输该数字信号。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本无线电监测接收系统对实时多任务具有较强的支持和处理能力，并且响应时间短，能够存储无线电数字信号，并且还具有可扩展的处理器结，可以嵌入扩展各种功能的嵌入式系统。
（2）本发明对实时多任务有很强的支持能力,能完成多种任务,并且中断响应时间短,从而使执行时间减少到最低限度。
（3）本发明具有功能很强的存储区保护功能,这是由于嵌入式系统的软件结构趋于模块化,而为了避免软件模块之间出现错误的交叉作用,需要设计强大的存储区保护功能,同时也有利于软件诊断。
（4）本发明采用可扩展的处理器结构,能最迅速地嵌入满足应用的最高性能的嵌入式系统。
（5）本发明的嵌入式处理器功耗低,尤其是用于便携式及移动无线电监测设备,依靠电池供电的无线电监测设备将更为优越,功耗只有mW甚至μW级,提升了无线电监测设备的续航能力。
附图说明
图1为无线电监测接收系统的原理结构示意图；
图2为射频前端的原理结构框图；
图3为中频处理系统的原理结构框图。
其中，附图中的附图标记所对应的名称为：
1－天线A，2－射频前端，3－A/D转换器，4－DDC控制器，5－CPLD，6－ARM系统板，7－无线传输模块，8－天线B，21－RF输入模块，22－预选器，23－混频器A，24－混频器B，25－调整器，26－10M晶体，27－一本振模块，28－二本振模块，29－中频滤波模块，30－ADC时钟，31－采样时钟输出模块，32－中频输出模块。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：
实施例
如图1～图3所示，一种基于ARM技术的无线电监测接收系统，包括天线A1、射频前端2、A/D转换器3、DDC控制器4、CPLD5、ARM系统板6、无线传输模块7和电源系统，天线A1、射频前端2、A/D转换器3、DDC控制器4、CPLD5、ARM系统板6和无线传输模块7依次电通信连接；无线传输模块7电通信连接有天线B8；天线A1、射频前端2、A/D转换器3、DDC控制器4、CPLD5、ARM系统板6和无线传输模块7分别与电源系统电连接。CPLD就是复杂可编程逻辑器件，该器件为现有技术中的成熟元器件产品。
如图3所示，本发明的A/D转换器3、DDC控制器4、CPLD5、ARM系统板6共同组成中频处理系统，其中频处理系统工作原理：中频信号经过A/D转换器3的模数转换，进入DDC控制器进行变频和滤波处理，通过CPLD把来自DDC控制器内部芯片的数据缓存到SRAM（即ARM系统板6内部的控制元器件）中并负责与ARM系统板6之间的通信协议，包括通过ARM总线对DDC控制器内部芯片进行配置，以及ARM总线通过CPLD读取缓存到SRAM中的数据。中频处理系统一方面完成对A/D后的离散信号的数字下变频和滤波等处理，并缓存数据到SRAM中；另一方面对嵌入式计算平台（ARM系统板）提供总线接口，以实现数据传入到ARM系统中。其中A/D、DDC、CPLD采用了同一时钟频率，以使整个中频处理模块各器件间的数据流兼容，协同工作。A/D、DDC、CPLD独立供电，以减小彼此间的高频干扰。
ARM系统板工作原理如下：
ARM系统板是个计算平台，其主要功能是初始化各个接口以及加载设备驱动，提供应用程序运行环境，实现多任务调度。ARM系统板采用TI公司3730(ARM+DSP)，只是该板的以太网控制器LAN9220更改为LAN9215，其目的是增加一个LAN口，为传感器无线传输模块接口。
本无线电监测接收系统的工作原理如下：
20MHz到3GHz的信号经便携式单通道天线A1通过预选器和前置放大器，或在高信号电平时通过衰减器传到中频处理系统，随后60MHz的中频信号经A/D进行模数转换，中频频谱通过数字下变频器（DDC）、数字带通滤波器和FFT阶段进行计算，带通滤波器的带宽在1KHz到5MHz范围内选择，在中频频谱通过平均、最小保持、最大保持处理后采样函数确定并权衡电平绝对值，然后测量电平通过LAN接口输出。对于模拟信号的解调，复基带数据在经过带通滤波器后将使用自动增益控制（AGC）进行处理，然后通过AM、FM、USB、LSB、CW解调阶段进行处理，数据信号的复基数据（I/O数据）在AGC阶段之后直接输出用于将来的处理。当设备工作在监测状态时，监测通道可以进行设置，用于信号的搜索、分析、记录和参数测量。
如图1所示，电源系统包括开关电源和DC/DC。
如图2所示，根据本发明的一个实施例：射频前端2包括有RF输入模块21、预选器22、混频器A23、混频器B24、调整器25、一本振模块27、二本振模块28、10M晶体26、中频滤波模块29、ADC时钟30、采样时钟输出模块31和中频输出模块32；RF输入模块21、预选器22、混频器A23、混频器B24、中频滤波模块29和中频输出模块32依次电通信连接；一本振模块27与混频器A23电通信连接，二本振模块28与混频器B24电通信连接，并且一本振模块27与二本振模块28电通信连接；一本振模块27、10M晶体26、ADC时钟30和采样时钟输出模块31依次电通信连接。
射频前端接收组件工作原理：便携式单通道射频模块主要完成20MHz～3G射频信号到60MHz中频信号的下变频功能，射频信号先经由预选器，信号经过二级或三级混频电路变为60MHz中频信号,经过调理和滤波后输出。另外，本模块还可以产生ADC采样所使用的60MHz时钟。本振和采样时钟信号均通过内部的10MHz参考信号锁相产生。调整电路主要是对中频信号和电源作分级处理，既减小各部分之间的相互影响，同时也保证各部分能更好的工作。
射频接收模块电源要求：+12V/1A正公差电源（供电额定电压的100%～110%）
在实际使用时，本实施例的天线A1优选接收20MHz～3GHz频率的无线电信号。
根据本发明的一个实施例：A/D转换器3、DDC控制器4、CPLD5分别通过PCI接口与ARM系统板6电通信连接。
根据本发明的一个实施例：ARM系统板6与无线传输模块7通过LAN接口电通信连接。
根据本发明的一个实施例：电源系统与射频前端2采用J30-15ZKWP接口电通信连接。
根据本发明的一个实施例：中频输出模块32、采样时钟输出模块31分别与A/D转换器3采用SMA-K接口电通信连接。
一种基于ARM技术的无线电监测接收方法，其接收方法如下：
接收信号：天线A1接收20MHz～3GHz频率区间的无线电信号；
处理信号：20MHz～3GHz频率区间的无线电信号经过射频前端2处理至60MHz的中频信号；
模数转换过程：60MHz的中频信号经A/D转换器3进行模数转换，并将60MHz的中频信号转换为数字信号；
变频过程：经过模数转换过程转换后的数字信号经过DDC控制器4进行变频和滤波处理；
缓存信号：将经过变频和滤波处理的数字信号存储至CPLD5中；
无线通信传输：数字信号通过ARM系统板6进行通信协议处理，ARM系统板6进行配置并将数字信号传输至无线传输模块7中，然后经过天线B8传输该数字信号。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：包括天线A（1）、射频前端（2）、A/D转换器（3）、DDC控制器（4）、CPLD（5）、ARM系统板（6）、无线传输模块（7）和电源系统，所述天线A（1）、射频前端（2）、A/D转换器（3）、DDC控制器（4）、CPLD（5）、ARM系统板（6）和无线传输模块（7）依次电通信连接；所述无线传输模块（7）电通信连接有天线B（8）；所述天线A（1）、射频前端（2）、A/D转换器（3）、DDC控制器（4）、CPLD（5）、ARM系统板（6）和无线传输模块（7）分别与电源系统电连接。
2.按照权利要求1所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述电源系统包括开关电源和DC/DC。
3.按照权利要求1所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述射频前端（2）包括有RF输入模块（21）、预选器（22）、混频器A（23）、混频器B（24）、调整器（25）、一本振模块（27）、二本振模块（28）、10M晶体（26）、中频滤波模块（29）、ADC时钟（30）、采样时钟输出模块（31）和中频输出模块（32）；所述RF输入模块（21）、预选器（22）、混频器A（23）、混频器B（24）、中频滤波模块（29）和中频输出模块（32）依次电通信连接；所述一本振模块（27）与混频器A（23）电通信连接，所述二本振模块（28）与混频器B（24）电通信连接，并且一本振模块（27）与二本振模块（28）电通信连接；所述一本振模块（27）、10M晶体（26）、ADC时钟（30）和采样时钟输出模块（31）依次电通信连接。
4.按照权利要求1所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述天线A（1）接收20MHz～3GHz的无线电信号。
5.按照权利要求1所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述A/D转换器（3）、DDC控制器（4）、CPLD（5）分别通过PCI接口与ARM系统板（6）电通信连接。
6.按照权利要求1或5所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述ARM系统板（6）与无线传输模块（7）通过LAN接口电通信连接。
7.按照权利要求2所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述电源系统与射频前端（2）采用J30-15ZKWP接口电通信连接。
8.按照权利要求3所述的基于ARM技术的无线电监测接收系统，其特征在于：所述中频输出模块（32）、采样时钟输出模块（31）分别与A/D转换器（3）采用SMA-K接口电通信连接。
9.一种基于ARM技术的无线电监测接收方法，其特征在于：其接收方法如下：
接收信号：天线A（1）接收20MHz～3GHz频率区间的无线电信号；
处理信号：20MHz～3GHz频率区间的无线电信号经过射频前端（2）处理至60MHz的中频信号；
模数转换过程：60MHz的中频信号经A/D转换器（3）进行模数转换，并将60MHz的中频信号转换为数字信号；
变频过程：经过模数转换过程转换后的数字信号经过DDC控制器（4）进行变频和滤波处理；
缓存信号：将经过变频和滤波处理的数字信号存储至CPLD（5）中；
无线通信传输：数字信号通过ARM系统板（6）进行通信协议处理，ARM系统板（6）进行配置并将数字信号传输至无线传输模块（7）中，然后经过天线B（8）传输该数字信号。
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