CN106772444A - 多通道卫星导航射频信号采集回放系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种多通道卫星导航射频信号采集回放系统，由射频模块、信号采集回放模块和存储控制模块组成；射频信号接入射频模块的采集输入端，射频模块的采集输出端连接信号采集回放模块的采集输入端；信号采集回放模块的回放输出端连接射频模块的回放输入端，射频模块的回放输出端输出射频信号。本发明针对卫星导航系统信号分析及测试环境，研发以我国北斗卫星导航系统为主，GPS/GLONASS系统为辅的3个导航模式的采集回放通道的导航射频信号采集回放系统，能同时对1.1GHz‑1.7GHz频段中任意多个频点的卫星导航信号进行采集或者回放，每个通道支持8MHz带宽，能够充分满足当前民航导航信号采集回放的需求，用户可以对采集和回放的通道数以及每个通道的频点进行设定。
Description
技术领域
本发明涉及电子通信技术领域，具体涉及一种多通道卫星导航射频信号采集回放系统。
背景技术
射频信号采集回放系统已成为生产、科研中的重要工具，并广泛应用于导航、雷达、气象、航空航天、通信等领域。导航射频信号具有实时性强，数据率高，数据量大，处理复杂等特点，利用射频信号采集回放系统可以将这样的空中信号实时采集记录下来，进行分析和算法研究。同时在实际的工作需求中为了验证新开发的各种接收机的性能指标，加速新产品的开发速度，经常要为新设计的接收机提供可编程的测试信号。即通过应用程序的控制，按照一定的要求将储存在硬盘中的实际采集的射频信号实现快速回放(硬件回放)，以模拟真实的工作环境，从而为各类接收机开发、调试提供稳定、可靠、可重复使用的信号源，减少现场测试的时间和开发成本。可以灵活运用于生产线测试、野外便携式测试、高性能实验室测试、车载测试等多种不同环境。
随着卫星导航技术的发展，能够同时接收多种GLONASS、GPS、BD(北斗卫星)等导航系统的多通道卫星导航接收机成为了当前研究的热点。然而，由于现有的射频信号采集回放仪中，同时只能处理一个卫星导航系统的信号，中心频率不可选，同时可测频段带宽有限。因而无法实现多通道卫星导航系统的射频信号的采集回放。
发明内容
本发明所要解决的是现有射频信号采集回放仪可测频段带宽有限，无法适用于多通道卫星导航系统的射频信号采集与回放的问题，提供一种多通道卫星导航射频信号采集回放系统。
为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
多通道卫星导航射频信号采集回放系统，由射频模块、信号采集回放模块和存储控制模块组成；射频信号接入射频模块的采集输入端，射频模块的采集输出端连接信号采集回放模块的采集输入端；信号采集回放模块的回放输出端连接射频模块的回放输入端，射频模块的回放输出端输出射频信号；信号采集回放模块与存储控制模块相连；所述射频模块包括4个放大器、6个射频滤波器、4个混频器、本地振荡器和衰减器；第一放大器的输入端形成射频模块的采集输入端，第一放大器的输出端经第一射频滤波器连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端经第二射频滤波器连接第一混频器的一个输入端，混频器的输出端经第三射频滤波器连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端经第四射频滤波器与第四放大器的输入端连接，第四放大器的输出端形成射频模块的采集输出端；第五射频滤波器的输入端形成射频模块的回放输入端，第五射频滤波器的输出端连接第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端经第六射频滤波器连接第四混频器的一个输入端，第四混频器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端形成射频模块的回放输出端；本地振荡器的输入端接入射频参考信号，本地振荡器的4个输出端分别连接4个混频器的另一个输入端。
上述方案中，6个射频滤波器均为SAW滤波器。
上述方案中，射频信号接入射频模块的采集输入端、采集输出端、回放输入端和回放输出端均为SMA接口。
上述方案中，信号采集回放模块包括采集滤波器、采集变压器、模数转换器、回放滤波器、回放变压器、数模转换器、时钟分配器、FPGA和MCU组成；采集滤波器的输入端形成信号采集回放模块的采集输入端，采集滤波器的输出端经由采集变压器连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接FPGA的输入端；FPGA的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端经由回放变压器连接回放滤波器的输入端，回放滤波器的输出端形成信号采集回放模块的回放输出端；时钟分配器的输入端连接参考时钟信号，时钟分配器的输出端连接模数转换器和数模转换器的时钟控制端；MCU的输出端连接模数转换器、数模转换器和时钟分配器的控制端；FPGA和MCU与存储控制模块连接。
与现有技术相比，本发明针对卫星导航系统信号分析及测试环境，研发以我国北斗卫星导航系统为主，GPS/GLONASS系统为辅的3个导航模式的采集回放通道的导航射频信号采集回放系统，能同时对1.1GHz-1.7GHz频段中任意多个频点的卫星导航信号进行采集或者回放，每个通道支持8MHz带宽，能够充分满足当前民航导航信号采集回放的需求，用户可以对采集和回放的通道数以及每个通道的频点进行设定。
附图说明
图1为多通道卫星导航射频信号采集回放系统的原理框图。
图2为数据信号采集回放模块的原理框图。
图3为射频模块的原理框图。
具体实施方式
一种多通道卫星导航射频信号采集回放系统，参见图1，采用模块化设计，将系统分为以下三个主要模块：射频模块、信号采集回放模块和存储控制模块。射频信号接入射频模块的采集输入端，射频模块的采集输出端连接信号采集回放模块的采集输入端。信号采集回放模块的回放输出端连接射频模块的回放输入端，射频模块的回放输出端输出射频信号。信号采集回放模块与存储控制模块相连。
所述射频模块包括4个放大器、6个射频滤波器、4个混频器、本地振荡器和衰减器。第一放大器的输入端形成射频模块的采集输入端，第一放大器的输出端经第一射频滤波器连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端经第二射频滤波器连接第一混频器的一个输入端，混频器的输出端经第三射频滤波器连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端经第四射频滤波器与第四放大器的输入端连接，第四放大器的输出端形成射频模块的采集输出端。第五射频滤波器的输入端形成射频模块的回放输入端，第五射频滤波器的输出端连接第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端经第六射频滤波器连接第四混频器的一个输入端，第四混频器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端形成射频模块的回放输出端。本地振荡器的输入端接入射频参考信号，本地振荡器的4个输出端分别连接4个混频器的另一个输入端。上述6个射频滤波器均为SAW滤波器。射频信号接入射频模块的采集输入端、采集输出端、回放输入端和回放输出端均为SMA接口。参见图3。
射频模块实现射频信号与中频信号的转换，包括上下变频、滤波、放大和衰减等。低噪放部分总增益39dB，噪声系数0.78dB，射频通道部分总增益92dB，噪声系数13dB，衰减部分分两路将信号衰减20dB和70dB后输出。系统的4通道独立采集在射频通道部分得以实现，功分器输出的四路信号为1.1GHz-1.7GHz的全带宽信号，在射频通道通过两级变频统一将四路信号下变频到288MHz、46MHz，这个过程中，四路射频通道通过调节各自的本振频率实现将不同中心频点的信号搬到中频。
所述信号采集回放模块包括采集滤波器、采集变压器、模数转换器、回放滤波器、回放变压器、数模转换器、时钟分配器、FPGA和MCU组成。采集滤波器的输入端形成信号采集回放模块的采集输入端，采集滤波器的输出端经由采集变压器连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接FPGA的输入端。FPGA的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端经由回放变压器连接回放滤波器的输入端，回放滤波器的输出端形成信号采集回放模块的回放输出端。时钟分配器的输入端连接参考时钟信号，时钟分配器的输出端连接模数转换器和数模转换器的时钟控制端。MCU的输出端连接模数转换器、数模转换器和时钟分配器的控制端。FPGA和MCU与存储控制模块连接。参见图2。
信号采集回放模块主要包括前端滤波网络、AD/DA转换，以及FPGA内部信号的变频，实现中频信号数字化或模拟化。作为采集输入时，中频信号先经过滤波，在通过变压器把单端信号变成差分信号，满足ADC芯片的差分输入驱动要求。作为回放输出时，数据经过DAC芯片输出差分信号，经过变压器变成单端信号，通过滤波器输出。ADC和DAC芯片的时钟使用差分时钟，由时钟分配器统一提供。每个采集/回放通道单独配置了一片单片机处理器，通过SPI总线实现对时钟分配器、ADC和DAC进行编程配置，包括时钟频率、通道使能、中心频率设置、采样率变换等。
存储控制模块主要实现数据存储、以及整个射频信号采集/回放系统的控制。基于嵌入式高性能处理器88F6282和PCI Express总线技术实现，CPU上运行Linux操作系统，主要负责磁盘高速存储，PC机端互联(USB，Gigabit Eth)，人机界面控制等。关键技术是利用CPU内DMA实现快速的PCIE总线数据与SATA硬盘数据的交换。
Claims (4)
1.多通道卫星导航射频信号采集回放系统，由射频模块、信号采集回放模块和存储控制模块组成；射频信号接入射频模块的采集输入端，射频模块的采集输出端连接信号采集回放模块的采集输入端；信号采集回放模块的回放输出端连接射频模块的回放输入端，射频模块的回放输出端输出射频信号；信号采集回放模块与存储控制模块相连；
其特征在于：所述射频模块包括4个放大器、6个射频滤波器、4个混频器、本地振荡器和衰减器；
第一放大器的输入端形成射频模块的采集输入端，第一放大器的输出端经第一射频滤波器连接第二放大器的输入端，第二放大器的输出端经第二射频滤波器连接第一混频器的一个输入端，混频器的输出端经第三射频滤波器连接第三放大器的输入端，第三放大器的输出端连接第二混频器的一个输入端，第二混频器的输出端经第四射频滤波器与第四放大器的输入端连接，第四放大器的输出端形成射频模块的采集输出端；
第五射频滤波器的输入端形成射频模块的回放输入端，第五射频滤波器的输出端连接第三混频器的一个输入端，第三混频器的输出端经第六射频滤波器连接第四混频器的一个输入端，第四混频器的输出端连接衰减器的输入端，衰减器的输出端形成射频模块的回放输出端；
本地振荡器的输入端接入射频参考信号，本地振荡器的4个输出端分别连接4个混频器的另一个输入端。
2.根据权利要求1所述的多通道卫星导航射频信号采集回放系统，其特征在于：6个射频滤波器均为SAW滤波器。
3.根据权利要求1或2所述的多通道卫星导航射频信号采集回放系统，其特征在于：射频信号接入射频模块的采集输入端、采集输出端、回放输入端和回放输出端均为SMA接口。
4.根据权利要求1所述的多通道卫星导航射频信号采集回放系统，其特征在于：所述信号采集回放模块包括采集滤波器、采集变压器、模数转换器、回放滤波器、回放变压器、数模转换器、时钟分配器、FPGA和MCU组成；
采集滤波器的输入端形成信号采集回放模块的采集输入端，采集滤波器的输出端经由采集变压器连接模数转换器的输入端，模数转换器的输出端连接FPGA的输入端；
FPGA的输出端连接数模转换器的输入端，数模转换器的输出端经由回放变压器连接回放滤波器的输入端，回放滤波器的输出端形成信号采集回放模块的回放输出端；
时钟分配器的输入端连接参考时钟信号，时钟分配器的输出端连接模数转换器和数模转换器的时钟控制端；MCU的输出端连接模数转换器、数模转换器和时钟分配器的控制端；FPGA和MCU与存储控制模块连接。
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