CN107707274B - 一种宽带跳频抗干扰通信装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种宽带跳频抗干扰通信装置，它涉及提升卫星通信传输抗干扰能力的技术。它由监控单元，信道单元，发本振单元，收本振单元，业务接入与访问控制单元、电源等部件组成。它通过按键与液晶显示屏配合实现参数控制，该装置工作于宽带跳频方式，具有较强抗干扰能力，同时跳频频率随机变化提升抗截获抗侦收能力，此外通过跳频同步，调制解调，业务接入与访问控制等功能保证该装置正常通信。本发明具有的强抗干扰能力特别适用于电磁环境恶劣的通信场景，可以有效提高卫星通信系统抗干扰能力。

Description

一种宽带跳频抗干扰通信装置
技术领域
本发明涉及卫星通信领域中的一种宽带跳频抗干扰通信装置，特别适用于用作抗干扰卫星通信系统中基于宽带高速跳频应用方式的通信终端。
背景技术
面对复杂的电磁环境，抗干扰卫星通信系统应用越来越广泛。跳频技术作为一种对抗电子干扰的有效手段，能显著提高卫星通信系统的抗干扰能力。国内现有的跳频抗干扰卫星通信系统最高支持5000跳/秒，跳频带宽500MHZ，抗干扰能力有限。本发明支持跳频速率最高可达20000跳/秒，跳频带宽最宽可达2GHZ，能显著提高系统的抗干扰能力，为克服现有的抗干扰能力不足的问题，发明了一种宽带跳频抗干扰通信装置。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能够在跳频带宽达2GHZ的高速跳频抗干扰装置。本发明还具性能稳定可靠、接入业务种类丰富、速率档多、同步时间快、集成化程度高、靠、功耗低、能在较恶劣环境条件-10℃～55℃下正常工作等特点。
本发明的目的是这样实现的：
一种宽带跳频抗干扰通信装置，包括监控单元1、按键盘2、液晶显示屏3、电源4、发本振单元6和收本振单元7，还包括信道单元5和业务接入与访问控制单元8；
信道单元5的中频信号输入端口1与外部C频段中频信号输入端口连接，接收外部输入的中频信号；信道单元5的收本振信号输入端口8与收本振单元7的收本振信号输出端口2连接，接收收本振单元7输出的收本振信号；信道单元5对输入的收本振信号和中频信号进行正交解调以及信道译码，把译码后的信息通过解调信息输出端口10输出至业务接入与访问控制单元8的解调信息输入端口1；信道单元5的调制信息输入端口3与业务接入与访问控制单元8的调制信息输出端口2连接，接收业务接入与访问控制单元8输入的帧处理后的业务数据；信道单元5的发本振信号输入端口6与发本振单元6的发本振信号输出端口2连接，接收发本振单元6输出的发本振信号；信道单元5的监控数据输入端口4与监控单元1的信道监控数据输出端口3连接，接收监控单元1输出的成形控制信息；信道单元5根据成形控制信息将发本振信号和帧处理后的业务数据进行基带调制与中频调制，通过中频信号输出端口2输出至外部；信道单元5的收本振频率控制字输出端口7与收本振单元7的控制信息输入端口1连接，输出收本振频率控制字至收本阵单元7；信道单元5的发本振频率控制字输出端口9与发本振单元6的控制信息输入端口1连接，输出发本振频率控制字至发本振单元6；
发本振单元6的控制信息输入端口1与信道单元5的发本振频率控制字输出端口9连接，接收发本振频率控制字，配置锁相环，并输出发本振信号至信道单元5；
收本振单元7的控制信息输入端口1与信道单元5的收本振频率控制字输出端口7连接，接收收本振频率控制字，配置锁相环，并输出收本振信号至信道单元5；
业务接入与访问控制单元8的业务数据输入端口3与外部数据输入口I连接，接收外部业务数据，并经过帧处理后通过调制信息输出端口2输出至信道单元5的调制信息输入端口3；业务接入与访问控制单元8的业务数据输出端口4与外部数据输出端口连接，将译码后的信息经过帧处理后送出到外部端口；
监控单元1的信道监控数据输出端口3与信道单元5的监控数据输入端口4连接，输出的成形控制信息至信道单元5；监控单元1的信道参数反馈输入端口5与信道单元5的信道参数反馈输出端口5连接，接收信道单元5的同步状态信息；监控单元1的业务接入与访控参数端口6与业务接入与访问控制单元8的监控信息端口5双向连接，控制业务接入与访问控制单元8的业务类型和参数信息，并接收业务接入与访问控制单元8的反馈参数，监视其工作状态；监控单元1的液晶显示输出端口4与液晶显示屏3的数据输入端口1连接，显示各单元的工作状态；监控单元1的键盘数据输入端口2与按键盘2的数据输出端口1连接，接收键盘控制信息；监控单元1的远控数据输入输出端口1与外部接口INOUT1端口连接。
其中，信道单元5由信道编码模块5a、差分调制模块5b、成形滤波模块5c、D/A变换器5d，中频调制器5e、中频解调器5f、A/D变换器5g、匹配滤波器5h、定时同步模块5i、差分解调模块5j和信道译码模块5k组成；
所述信道编码模块5a对业务接入与访问控制单元8输入的业务数据进行信道编码后输出至差分调制模块5b；差分调制模块5b对编码后的业务数据进行差分调制后输出至成形滤波模块5c；成形滤波模块5c对监控单元1的成形控制信息进行解析，并根据解析出的信息对差分调制后的数据进行脉冲成形后输出至D/A变换器5d，并产生发本振频率控制字输出至发本振单元6；D/A变换器5d将脉冲成形后的数据进行数模转换后形成基带模拟数据输出至中频调制器5e；中频调制器5e是将D/A变换器5d输出的基带模拟数据和发本振单元6输出的发本振信号进行混频完成中频调制后输出至外部；
中频解调器5f接收收本振单元7输出的收本振信号和外部中频信号，将收本振信号和外部中频信号进行混频完成中频解调，将外部中频信号变为模拟基带信号，并输出至A/D变换器5g；A/D变换器5g将模拟基带信号转换为数字基带信号，并输出至匹配滤波器5h；匹配滤波器5h将数字基带信号进行匹配滤波后输出至定时同步模块5i；定时同步模块5i通过位定时跟踪环路的调整，取得匹配滤波后的数字基带信号的最佳采样点，将取得最佳采样点的基带信号输出至差分解调模块5j，同时生成同步状态信息，并对同步状态信息输出至监控单元1；差分解调模块5j将取得最佳采样点的基带信号完成解调功能，并产生收本振频率控制字并输出至收本振单元7；信道译码模块5k对解调后的基带信号进行纠错译码处理后输出至业务接入与访问控制单元8。
其中，业务接入与访问控制单元8由业务接入模块8a、帧处理模块8b和访问控制模块8c组成；
所述业务接入模块8a对访问控制模块8c处理后的控制信息进行解析，并根据解析信息对外部业务数据输入端口输入的业务数据进行业务接入处理后输出至帧处理模块8b,同时根据解析信息对帧处理模块8b解帧处理后的信息输出至外部，同时生成状态信息并输出至访问控制模块8c；帧处理模块8b对访问控制模块8c处理后的控制信息进行解析，并根据解析信息对业务接入模块8a处理后的业务数据组帧处理后输出至信道单元5，同时根据解析信息对信道单元5输出的译码后的信息进行解帧处理后输出至业务接入模块8a，同时生成状态信息并输出至访问控制模块8c；访问控制模块8c对监控单元1的控制信息进行处理后输出至业务接入模块8a和帧处理模块8b，同时对业务接入模块8a和帧处理模块8b处理后的状态信息输出至监控单元1。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1.本发明是一种宽带跳频抗干扰通信装置，跳频带宽可达2GHZ，跳频速率可达20000跳/秒，业务接入种类丰富，适用于多种应用，支持多档载波速率，同时具备完善的监控与远控功能。
2.本发明集成化程度高，功耗低，性能稳定可靠，能够在较恶劣的环境-10℃～55℃条件下正常工作。
3.本发明采用标准外形尺寸结构，成本低，安装简单，具有推广应用价值。
附图说明
图1是本发明实施例的电原理方框图。
图2是本发明信道单元5实施例的电原理图。
图3是本发明业务接入与访问控制单元8实施例的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本发明由监控单元1、按键盘2、液晶显示屏3、电源4、信道单元5、发本振单元6、收本振单元7和业务接入与访问控制单元8组成。其中监控单元1输入输出端口1通过RS-485接口与外部监控系统连接，用于实施对本装置的监测和控制，监控单元1的键盘数据输入端口2与按键盘2数据输出端口1连接，通过本装置的按键来修改或监测本装置的状态，并通过与监控单元1的液晶显示输出端口4连接的液晶显示屏3显示，监控单元1的信道参数控制输出端口3与信道单元5的信道参数控制输入端口4连接，用于控制信道单元的载波速率，TOD信息等，监控单元1的信道参数控制输入端口5与信道单元5的信道参数控制输出端口5连接，用于接收信道单元5反馈的信噪比信息等，监控单元1的业务接入与访控参数端口6与业务接入与访问控制单元8的业务接入与访控参数端口5连接，用于控制业务接入单元的业务类型，载波速率等参数，同时接收业务接入与访问控制单元8的反馈参数，监视其工作状态。监控单元1其作用就是通过这些控制和监测端口控制本装置的正常工作，实施例采用市售专用CPU集成电路C8051F023、专用集成电路74LVC4245A、EPM7064STI44-7、时钟电路DS13C887、485接口电路MAX489EPD制作。液晶显示屏3实施例采用RICH24201-3英文显示液晶制作。按键盘2实施例采用Ro按键制作。
信道单元5的中频信号输入端口1与外部C频段中频信号输入端口IN1连接，接收外部输入的中频信号；信道单元5的收本振信号输入端口8与收本振单元7的收本振信号输出端口2连接，接收收本振单元7输出的收本振信号；信道单元5对输入的收本振信号和中频信号进行正交解调以及信道译码，把译码后的信息通过解调信息输出端口10输出至业务接入与访问控制单元8的解调信息输入端口1；信道单元5的调制信息输入端口3与业务接入与访问控制单元8的调制信息输出端口2连接，接收业务接入与访问控制单元8输入的帧处理后的业务数据；信道单元5的发本振信号输入端口6与发本振单元6的发本振信号输出端口2连接，接收发本振单元6输出的发本振信号；信道单元5将发本振信号和帧处理后的业务数据进行基带调制与中频调制，通过中频信号输出端口2输出至外部端口OUT1；信道单元5的收本振频率控制字输出端口7与收本振单元7的控制信息输入端口1连接，输出收本振频率控制字至收本阵单元7；信道单元5的发本振频率控制字输出端口9与发本振单元6的控制信息输入端口1连接，输出发本振频率控制字至发本振单元6；
本发明信道单元5由信道编码模块5a,差分调制模块5b、成形滤波模块5c、D/A变换器5d，中频调制器5e、中频解调器5f、A/D变换器5g、匹配滤波器5h、定时同步模块5i、差分解调模块5j、信道译码模块5k组成。信道单元5的电原理连接线路如图2所示。其中信道编码模块5a其作用是对业务接入与访问控制单元8输入的业务数据进行信道编码，差分调制模块5b其作用是对信道编码模块5a输入信号进行差分调制，成形滤波模块5c其作用是将差分调制模块5b输出的信号进行脉冲成形，以适应信道传输，D/A变换器5d其作用是将成形滤波模块5c输出的信号进行数模转换，将数字信号转换为模拟信号，中频调制器5e其作用是将D/A变换器5d输出的基带模拟信号和发本振单元6输出的发本振信号进行混频完成中频调制，中频解调器5f其作用是将收本振单元7输出的收本振信号和外部C频段中频信号进行混频完成中频解调，将中频信号变为模拟基带信号，A/D变换器5g其作用是将中频解调器输出的基带模拟信号转换为数字基带信号，匹配滤波器5h是将A/D变换器5g输出的信号进行匹配滤波，定时同步模块5i其作用是通过位定时跟踪环路的调整，取得信号的最佳采样点，差分解调模块5j其作用是完成解调功能，信道译码模块5k其作用是对差分解调模块5j输出的数据进行纠错译码处理。实施中，信道编码模块5a,差分调制模块5b、成形滤波模块5c、匹配滤波器5h、定时同步模块5i、差分解调模块5j、信道译码模块5k组成各个功能模块采用单片FPGA芯片EP4SE230F29I3实现,实施例中中频调制器5e、中频解调器5f采用专用的有源调制芯片AD8345和有源解调芯片AD8348制作。
发本振单元6的控制信息输入端口1与信道单元5的发本振频率控制字输出端口9连接，其作用是接收频率控制字，配置锁相环，输出发本振信号，发本振单元6的发本振信号输出端口2与信道单元5的发本振信号输入端口6连接，其作用是接收发本振信号，完成中频调制。实施例中，锁相环采用芯片HMC833LP6GE。
收本振单元7的控制信息输入端口1与信道单元5的收本振频率控制字输出端口7连接，其作用是接收频率控制字，配置锁相环，输出收本振信号，收本振单元7的收本振信号输出端口2与信道单元5的收本振信号输入端口8连接，其作用是接收收本振信号，完成中频解调。实施例中，锁相环采用芯片HMC833LP6GE。
本发明业务接入与访问控制单元8的业务数据输入端口3与外部数据输入口IN2连接，接收外部业务数据，并经过帧处理后通过调制信息输出端口2输出至信道单元5的调制信息输入端口3；业务接入与访问控制单元8的业务数据输出端口4与外部数据输出端口OUT2连接，将译码后的信息经过帧处理后送出到外部端口；
业务接入与访问控制单元8由业务接入模块8a、帧处理模块8b和访问控制模块8c组成；其中业务接入模块8a的业务数据输入端口1与外部业务数据输入端口IN2连接，业务接入模块8a的业务数据输出端口2与外部业务数据输出端口OUT2连接，业务接入模块8a的组帧数据输出端口3与帧处理模块8b的组帧数据输入端口1连接，业务接入模块8a组帧数据输入端口4与帧处理模块8b的组帧数据输出端口2连接，帧处理模块8b的调制数据输出端口3与信道单元5的调制信息输入端口10连接，帧处理模块8b的解调数据输入端口4与信道单元5的解调信息输出端口3连接，访问控制模块8c的监控信息端口1与监控单元1的业务接入与访控参数端口6连接，访问控制模块8c的控制信息端口2与业务接入模块8a的访控参数端口5连接，访问控制模块8c的帧计划信息端口3与帧处理模块8b的帧计划参数端口5连接。
本发明电源4其作用提供各级部件直流工作电压，实施例采用定制电源DLA58H，其输出+V1电压为+5伏、输出+V2电压为+5伏，+V3电压为+15伏、输出+V4电压为+15伏，+V5电压为+5伏。
本发明简要工作原理如下：一种宽带跳频抗干扰通信装置主要功能包括：根据监控单元1提供的绝对时间生成TOD信息，由TOD生成跳频图案，完成跳频同步捕获与保持及正常跳频通信，将外部中频输入端口的数据经过中频解调，基带解调，信道译码后，在业务接入与访问控制单元8的参与下，进行帧处理输出业务信息，同时在业务接入与访问控制单元8的参与下，将外部的业务信息进行帧处理，同时在信道单元5中进行基带调制，并进行中频调制输出。其内部主要由监控单元1、按键盘2、液晶显示屏3、信道单元5、发本振单元6、收本振单元7、业务接入与访问控制单元8、电源4组成。各部分均采用了模块化设计技术，构成具有独立功能的相应单元。
在宽带跳频抗干扰通信装置工作过程中，信道单元5接收外部输入的中频信号，并对输入的中频信号进行正交解调以及信道译码，然后把译码后的信息送到业务接入与访问控制单元8，信息经过帧处理送出到外部端口，业务接入与访问控制单元8接收外部业务数据，经过帧处理，送至信道单元5，经过基带调制与中频调制，送出到外部中频出口。通信过程中，监控单元1完成发本振单元6与收本振单元7频率生成的配置、中频输出信号的功率电平设置、调制解调参数的设置、载波速率的配置，本机工作信噪比的检测等功能。
本发明的安装结构如下：整机采用标准4U机箱，机箱内部采用模块化结构，每个模块都采用独立的电路来实现；整机外形尺寸为482.6毫米×176毫米×420毫米，在机箱两侧可以安装滑动导轨，机箱前部安装有液晶显示屏3、按键盘2和指示灯，机箱后部安装有电源插座、中频输入端口IN1插座、中频输出端口OUT1插座、业务数据输出端口OUT2插座、业务数据输入端口IN2插座、风扇、以及标准RS-485远控接口INOUT1插座，组装成本发明。

Claims (3)

1.一种宽带跳频抗干扰通信装置，包括监控单元(1)、按键盘(2)、液晶显示屏(3)、电源(4)、发本振单元(6)和收本振单元(7)，其特征在于：还包括信道单元(5)和业务接入与访问控制单元(8)；
信道单元(5)的中频信号输入端口1与外部C频段中频信号输入端口连接，接收外部输入的中频信号；信道单元(5)的收本振信号输入端口8与收本振单元(7)的收本振信号输出端口2连接，接收收本振单元(7)输出的收本振信号；信道单元(5)对输入的收本振信号和中频信号进行正交解调以及信道译码，把译码后的信息通过解调信息输出端口10输出至业务接入与访问控制单元(8)的解调信息输入端口1；信道单元(5)的调制信息输入端口3与业务接入与访问控制单元(8)的调制信息输出端口2连接，接收业务接入与访问控制单元(8)输入的帧处理后的业务数据；信道单元(5)的发本振信号输入端口6与发本振单元(6)的发本振信号输出端口2连接，接收发本振单元(6)输出的发本振信号；信道单元(5)的监控数据输入端口4与监控单元(1)的信道监控数据输出端口3连接，接收监控单元(1)输出的成形控制信息；信道单元(5)根据成形控制信息将发本振信号和帧处理后的业务数据进行基带调制与中频调制，将调制后的业务数据通过中频信号输出端口2输出至外部；信道单元(5)的收本振频率控制字输出端口7与收本振单元(7)的控制信息输入端口1连接，输出收本振频率控制字至收本阵单元(7)；信道单元(5)的发本振频率控制字输出端口9与发本振单元(6)的控制信息输入端口1连接，输出发本振频率控制字至发本振单元(6)；
发本振单元(6)的控制信息输入端口1与信道单元(5)的发本振频率控制字输出端口9连接，接收发本振频率控制字，配置锁相环，并输出发本振信号至信道单元(5)；
收本振单元(7)的控制信息输入端口1与信道单元(5)的收本振频率控制字输出端口7连接，接收收本振频率控制字，配置锁相环，并输出收本振信号至信道单元(5)；
业务接入与访问控制单元(8)的业务数据输入端口3与外部数据输入口连接，接收外部业务数据，并根据监控单元(1)输出的控制信息对外部业务数据进行帧处理后通过调制信息输出端口2输出至信道单元(5)的调制信息输入端口3；业务接入与访问控制单元(8)根据监控单元(1)输出的控制信息将信道单元(5)输出的译码后的信息经过帧处理后通过业务数据输出端口4送出到外部端口；
监控单元(1)的信道监控数据输出端口3与信道单元(5)的监控数据输入端口4连接，输出的成形控制信息至信道单元(5)；监控单元(1)的信道参数反馈输入端口5与信道单元(5)的信道参数反馈输出端口5连接，接收信道单元(5)的同步状态信息；监控单元(1)的业务接入与访控参数端口6与业务接入与访问控制单元(8)的监控信息端口5双向连接，控制业务接入与访问控制单元(8)的业务类型和参数信息，并接收业务接入与访问控制单元(8)的反馈参数，监视其工作状态；监控单元(1)的液晶显示输出端口4与液晶显示屏(3)的数据输入端口1连接，显示各单元的工作状态；监控单元(1)的键盘数据输入端口2与按键盘(2)的数据输出端口1连接，接收键盘控制信息；监控单元(1)的远控数据输入输出端口1与外部接口INOUT1端口连接。
2.根据权利要求1所述的一种宽带跳频抗干扰通信装置，其特征在于，信道单元(5)由信道编码模块(5a)、差分调制模块(5b)、成形滤波模块(5c)、D/A变换器(5d)，中频调制器(5e)、中频解调器(5f)、A/D变换器(5g)、匹配滤波器(5h)、定时同步模块(5i)、差分解调模块(5j)和信道译码模块(5k)组成；
所述信道编码模块(5a)对业务接入与访问控制单元(8)输入的业务数据进行信道编码后输出至差分调制模块(5b)；差分调制模块(5b)对编码后的业务数据进行差分调制后输出至成形滤波模块(5c)；成形滤波模块(5c)对监控单元(1)的成形控制信息进行解析，并根据解析出的信息对差分调制后的数据进行脉冲成形后输出至D/A变换器(5d)，并产生发本振频率控制字输出至发本振单元(6)；D/A变换器(5d)将脉冲成形后的数据进行数模转换后形成基带模拟数据输出至中频调制器(5e)；中频调制器(5e)是将D/A变换器(5d)输出的基带模拟数据和发本振单元(6)输出的发本振信号进行混频完成中频调制后输出至外部；
中频解调器(5f)接收收本振单元(7)输出的收本振信号和外部中频信号，将收本振信号和外部中频信号进行混频完成中频解调，将外部中频信号变为模拟基带信号，并输出至A/D变换器(5g)；A/D变换器(5g)将模拟基带信号转换为数字基带信号，并输出至匹配滤波器(5h)；匹配滤波器(5h)将数字基带信号进行匹配滤波后输出至定时同步模块(5i)；定时同步模块(5i)通过位定时跟踪环路的调整，取得匹配滤波后的数字基带信号的最佳采样点，将取得最佳采样点的基带信号输出至差分解调模块(5j)，同时生成同步状态信息，并对同步状态信息输出至监控单元(1)；差分解调模块(5j)将取得最佳采样点的基带信号完成解调功能，并产生收本振频率控制字并输出至收本振单元(7)；信道译码模块(5k)对解调后的基带信号进行纠错译码处理后输出至业务接入与访问控制单元(8)。
3.根据权利要求1所述的一种宽带跳频抗干扰通信装置，其特征在于，业务接入与访问控制单元(8)由业务接入模块(8a)、帧处理模块(8b)和访问控制模块(8c)组成；
所述业务接入模块(8a)对访问控制模块(8c)处理后的控制信息进行解析，并根据解析信息对外部业务数据输入端口输入的业务数据进行业务接入处理后输出至帧处理模块(8b),同时根据解析信息对帧处理模块(8b)解帧处理后的信息输出至外部，同时生成状态信息并输出至访问控制模块(8c)；帧处理模块(8b)对访问控制模块(8c)处理后的控制信息进行解析，并根据解析信息对业务接入模块(8a)处理后的业务数据组帧处理后输出至信道单元(5)，同时根据解析信息对信道单元(5)输出的译码后的信息进行解帧处理后输出至业务接入模块(8a)，同时生成状态信息并输出至访问控制模块(8c)；访问控制模块(8c)对监控单元(1)的控制信息进行处理后输出至业务接入模块(8a)和帧处理模块(8b)，同时对业务接入模块(8a)和帧处理模块(8b)处理后的状态信息输出至监控单元(1)。
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