CN104158561B - 一种短波跳频信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于短波跳频信号处理技术领域，特别涉及一种短波跳频信号处理方法。短波跳频信号发射方法包括以下步骤：对跳频信号参数依次进行处理，生成基带数字信号；对基带数字信号进行上变频和混频处理，形成射频数字信号；将射频数字信号发送至第一功放天调模块，经第一功放天调模块进行数模转换、功率放大和天线调谐处理后，通过发射天线向外发射；短波跳频信号接收方法包括以下步骤：对射频模拟信号依次进行天线调谐、功率放大以及模数转换处理，生成对应的射频数字信号；将射频数字信号依次进行混频和下变频处理，形成对应的基带数字信号，将形成的基带数字信号进行处理，得到对应的跳频信号参数。

Description

一种短波跳频信号处理方法

技术领域

本发明属于短波跳频信号处理技术领域，特别涉及一种短波跳频信号处理方法。

背景技术

短波通信中，首要考虑的问题是抵抗外部干扰和内部干扰，短波跳频通信能够抵抗外部干扰，特别能够实时避开人为干扰。跳频通信是通信双方按照相同的变换顺序，同步、快速改变通信的射频载波频率，从而实现安全、可靠的抗干扰通信。

现有的短波跳频通信设备，其跳频业务功能、中频信号处理、射频信号处理分别由不同的单元处理，集成度较低。在现有的短波跳频通信设备中，跳频业务功能和中频信号处理，在数字化的业务处理单元上实现，将中频信号转换成基带信号后，结合数字信号处理技术，实现短波跳频通信。射频信号处理模块由模拟电路实现，采用多级变频，将来自天线的射频模拟信号变换到中频，然后再将中频模拟信号传输给业务处理模块作进一步处理。业务处理模块和射频信号处理模块之间控制信号的传输通过控制模块进行。当业务处理模块改变射频频率时，将射频频率号传送给控制模块，控制模块再对射频信号处理单元的射频频率进行更改。业务处理模块产生收发控制信号也通过控制模块传递给射频信号处理模块，实现收发的控制。

现有的短波跳频通信设备，其跳频业务功能采用数字信号处理，但射频信号采用模拟信号，整个系统不能统一设计，而且收发转换、频率更改等控制信息不能直接传输，导致设备体积大、功耗高、成本高，不能满足使用需求。

发明内容

本发明的目的在于提出一种短波跳频信号处理方法，使用数字化技术，在包括功能业务数字化和射频数字化的平台上，将短波跳频通信功能、射频处理功能、控制信号传输等集成到一起，从而使短波通信设备简单化，降低成本、减小体积并降低功耗。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种短波跳频信号处理方法包括短波跳频信号发射方法和短波跳频信号接收方法；所述短波跳频信号发射方法包括以下步骤：利用DSP芯片接收来自外部的跳频信号参数，DSP芯片对接收的跳频信号参数依次进行协议封装、时频码调制、FSK调制，得到对应的FSK信号；DSP芯片对FSK信号依次进行低通滤波和希尔伯特滤波，生成基带数字信号；DSP芯片将基带数字信号发送至FPGA芯片中，FPGA芯片对基带数字信号依次进行上变频和混频处理，形成射频数字信号；FPGA芯片将形成的射频数字信号发送至第一功放天调模块，第一功放天调模块对接收的射频数字信号进行数模转换，生成对应的射频模拟信号；第一功放天调模块对生成的射频模拟信号依次进行功率放大和天线调谐处理，第一功放天调模块将经功率放大和天线调谐处理的射频模拟信号通过发射天线向外发射；

所述短波跳频信号接收方法包括以下步骤：利用接收天线接收外部的射频模拟信号，接收天线将射频模拟信号发送至第二功放天调模块；第二功放天调模块对射频模拟信号依次进行天线调谐、功率放大以及模数转换处理，生成对应的射频数字信号；第二功放天调模块将生成的射频数字信号发送至FPGA芯片；FPGA芯片对接收的射频数字信号依次进行混频和下变频处理，形成对应的基带数字信号，FPGA芯片将形成的基带数字信号发送至DSP芯片；DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波，得到对应的FSK信号，DSP芯片对FSK信号依次进行FSK解调、时频码解调和协议解析，得到对应的跳频信号参数。

本发明的特点和进一步改进在于：

在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片对跳频信号参数依次进行协议封装的过程为：DSP芯片将跳频信号参数转换为对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行时频码调制的过程为：DSP芯片通过映射，将所述4bit格式的数据信号转换为对应的单音信号；DSP芯片在对单音信号进行FSK调制之后，生成对应的FSK信号；

在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片对FSK信号进行FSK解调之后，生成对应的单音信号；DSP芯片对单音信号进行时频码解调，得到对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行协议解析，得出对应的跳频信号参数。

在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片生成的基带数字信号包括对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号。

在行短波跳频信号接收时，DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波之后，生成对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号，DSP芯片对对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号进行合并，形成对应的FSK信号。

在进行短波跳频信号发射时，FPGA芯片对基带数字信号进行上变频处理，将经上变频处理后的基带数字信号和FPGA芯片预先生成的数字信号进行混频，形成对应的射频数字信号；

在行短波跳频信号接收时，FPGA芯片对接收的射频数字信号和FPGA芯片预先生成的数字信号进行混频，得到混频后数字信号；FPGA芯片对混频后数字信号进行下变频处理，形成对应的基带数字信号。

在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片接收的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码、跳频驻留时间；在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片生成的对应的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码、跳频驻留时间

本发明的有益效果为：

1)结构简单，减少模拟处理环节，体积小，重量轻。

2)信号处理实现数字化，有效地提高短波跳频信号处理的性能，便于进行功能升级。

3)信号传输具有安全可靠的特点。

附图说明

图1为本发明的短波跳频信号处理装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照图1，为本发明的短波跳频信号处理装置的结构示意图。该短波跳频信号处理装置包括：DSP芯片、以及电连接DSP芯片的FPGA芯片，FPGA芯片的输出端电连接有第一功放天调模块，第一功放天调模块用于生成射频模拟信号，用于对生成的射频模拟信号进行功率放大(通过功率放大器实现)和天线调谐(通过天线调谐器实现)处理。第一功放天调模块电连接有发射天线，发射天线用于将来自第一功放天调模块的射频模拟信号向外发射。

FPGA芯片的输入端电连接有第二功放天调模块，第二功放天调模块的输入端电连接有接收天线，接收天线用于接收外部的射频模拟信号。第二功放天调模块英语将来自接收天线的射频模拟信号进行天线调谐和功率放大处理，用于将经天线调谐和功率放大处理后的模拟信号进行模数转换，生成对应的射频数字信号。

本发明实施例中，以上述短波跳频信号处理装置为基础，提出了一种短波跳频信号处理方法，该短波跳频信号处理方法包括短波跳频信号发射方法和短波跳频信号接收方法。

本发明实施例中，短波跳频信号发射方法包括以下步骤：利用DSP芯片接收来自外部的跳频信号参数(例如来自上位机的跳频信号参数)，DSP芯片对接收的跳频信号参数依次进行协议封装、时频码调制、FSK调制，得到对应的FSK信号。具体地说，DSP芯片接收的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码(包括发送方的跳频地址码和接收方的跳频地址码)、跳频驻留时间等跳频协议信息。DSP芯片对跳频信号参数依次进行协议封装的过程为：DSP芯片将跳频信号参数转换为对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行时频码调制的过程为：DSP芯片通过映射，将所述4bit格式的数据信号转换为对应的单音信号；DSP芯片在对单音信号进行FSK调制之后，生成对应的FSK信号。

然后，DSP芯片对FSK信号依次进行低通滤波和希尔伯特滤波，生成9.6KHz的基带数字信号；DSP芯片生成的基带数字信号包括对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号。

DSP芯片将基带数字信号发送至FPGA芯片中，FPGA芯片对基带数字信号依次进行上变频和混频处理，形成射频数字信号；具体地说，FPGA芯片对基带数字信号进行上变频处理，生成72MHz采样率的基带数字信号。然后，FPGA芯片对72MHz采样率的基带数字信号和FPGA芯片预先生成(例如通过直接数字频率合成法生成)的数字信号进行混频，形成对应的射频数字信号。

然后，FPGA芯片将形成的射频数字信号发送至第一功放天调模块，第一功放天调模块对接收的射频数字信号进行数模转换，生成对应的射频模拟信号；第一功放天调模块对生成的射频模拟信号依次进行功率放大和天线调谐处理，第一功放天调模块将经功率放大和天线调谐处理的射频模拟信号通过发射天线向外发射。

本发明实施例中，上述短波跳频信号接收方法包括以下步骤：利用接收天线接收外部的射频模拟信号，接收天线将射频模拟信号发送至第二功放天调模块；第二功放天调模块对射频模拟信号依次进行天线调谐、功率放大以及模数转换处理，生成对应的射频数字信号。

然后，第二功放天调模块将生成的射频数字信号发送至FPGA芯片；FPGA芯片对接收的射频数字信号依次进行混频和下变频处理，形成对应的基带数字信号，FPGA芯片将形成的基带数字信号发送至DSP芯片；具体地说，FPGA芯片对接收的射频数字信号和FPGA芯片预先生成(例如通过直接数字频率合成法生成)的数字信号进行混频，得到72MHz采样率的混频后数字信号；FPGA芯片对72MHz采样率的混频后数字信号进行下变频处理，形成对应的基带数字信号(频率为9.6KHz)。

然后，DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波，得到对应的FSK信号，DSP芯片对FSK信号依次进行FSK解调、时频码解调和协议解析，得到对应的跳频信号参数。具体地说，DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波之后，生成对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号，DSP芯片对对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号进行合并，形成对应的FSK信号。DSP芯片对FSK信号进行FSK解调之后，生成对应的单音信号；DSP芯片对单音信号进行时频码解调，得到对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行协议解析，得出对应的跳频信号参数。本发明实施例中，DSP芯片生成的对应的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码(包括发送方的跳频地址码和接收方的跳频地址码)、跳频驻留时间。

本发明实施例中，DSP芯片和FPGA芯片之间通过异步串口实现数据传输，FPGA芯片与第一功放天调模块之间通过异步串口实现数据传输，FPGA芯片与第二功放天调模块之间通过异步串口实现数据传输。

作为本发明实施例的一种优选实施方式，DSP芯片还电连接有上位机，在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片接收来自上位机的跳频信号参数。在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片将短波跳频信号参数发送至上位机。优选地，本发明实施例可以灵活的实现跳频信号的收发转换，具体说明如下：DSP芯片在收到外部的跳频信号参数时，向FPGA芯片发送对应的控制信号，FPGA芯片在对应的控制信号的控制下，将自身的工作模式设为发射模式，此时FPGA芯片对来自DSP芯片的信号进行混频和下变频处理。当需要进行短波跳频信号接收时，上位机向DSP芯片发送对应的控制信号，DSP芯片将该控制信号传输至FPGA芯片，FPGA芯片在对应控制信号的控制下，将自身的工作模式设置为接收模式，此时FPGA芯片对来自第二功放天调模块的信号进行混频和下变频处理。当需要进行射频频率变换时，DSP芯片在外部指令的控制下，向FPGA芯片传输换频信号和射频频率值，使其改变处理射频信号时的射频载波频率。

在本发明实施例中，首先，摒弃了传统的由模拟电路实现的射频信号处理模块，采用FPGA芯片来实现计算量较大的数字(滤波)变频，同时FPGA芯片还完成异步串口和通信接口和协议的实现，代替了传统的控制模块；在基于功能业务数字化和射频数字化的综合硬件平台上集成了现有的短波跳频通信功能处理技术，形成了结构简单、传输可靠的新型短波跳频信号处理模块。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种短波跳频信号处理方法，其特征在于，包括短波跳频信号发射方法和短波跳频信号接收方法；

所述短波跳频信号发射方法包括以下步骤：利用DSP芯片接收来自外部的跳频信号参数，DSP芯片对接收的跳频信号参数依次进行协议封装、时频码调制、FSK调制，得到对应的FSK信号；DSP芯片对FSK信号依次进行低通滤波和希尔伯特滤波，生成基带数字信号；DSP芯片将基带数字信号发送至FPGA芯片中，FPGA芯片对基带数字信号依次进行上变频和混频处理，形成射频数字信号；FPGA芯片将形成的射频数字信号发送至第一功放天调模块，第一功放天调模块对接收的射频数字信号进行数模转换，生成对应的射频模拟信号；第一功放天调模块对生成的射频模拟信号依次进行功率放大和天线调谐处理，第一功放天调模块将经功率放大和天线调谐处理的射频模拟信号通过发射天线向外发射；

所述短波跳频信号接收方法包括以下步骤：利用接收天线接收外部的射频模拟信号，接收天线将射频模拟信号发送至第二功放天调模块；第二功放天调模块对射频模拟信号依次进行天线调谐、功率放大以及模数转换处理，生成对应的射频数字信号；第二功放天调模块将生成的射频数字信号发送至FPGA芯片；FPGA芯片对接收的射频数字信号依次进行混频和下变频处理，形成对应的基带数字信号，FPGA芯片将形成的基带数字信号发送至DSP芯片；DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波，得到对应的FSK信号，DSP芯片对FSK信号依次进行FSK解调、时频码解调和协议解析，得到对应的跳频信号参数；

其中，在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片对跳频信号参数依次进行协议封装的过程为：DSP芯片将跳频信号参数转换为对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行时频码调制的过程为：DSP芯片通过映射，将所述4bit格式的数据信号转换为对应的单音信号；DSP芯 片在对单音信号进行FSK调制之后，生成对应的FSK信号；

在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片对FSK信号进行FSK解调之后，生成对应的单音信号；DSP芯片对单音信号进行时频码解调，得到对应的4bit格式的数据信号；DSP芯片对对应的4bit格式的数据信号进行协议解析，得出对应的跳频信号参数。

2.如权利要求1所述的一种短波跳频信号处理方法，其特征在于，在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片生成的基带数字信号包括对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号。

3.如权利要求1所述的一种短波跳频信号处理方法，其特征在于，在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片对接收的基带数字信号依次进行希尔伯特滤波和低通滤波之后，生成对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号，DSP芯片对对应的I路基带数字信号和对应的Q路基带数字信号进行合并，形成对应的FSK信号。

4.如权利要求1所述的一种短波跳频信号处理方法，其特征在于，在进行短波跳频信号发射时，FPGA芯片对基带数字信号进行上变频处理，将经上变频处理后的基带数字信号和FPGA芯片预先生成的数字信号进行混频，形成对应的射频数字信号；

在进行短波跳频信号接收时，FPGA芯片对接收的射频数字信号和FPGA芯片预先生成的数字信号进行混频，得到混频后数字信号；FPGA芯片对混频后数字信号进行下变频处理，形成对应的基带数字信号。

5.如权利要求1所述的一种短波跳频信号处理方法，其特征在于，在进行短波跳频信号发射时，DSP芯片接收的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码、跳频驻留时间；在进行短波跳频信号接收时，DSP芯片生成的对应的跳频信号参数包括跳频速率、跳频地址码、跳频驻留时间。