CN107835057A - 一种跳频接收系统的硬件性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种跳频接收系统的硬件性能测试系统及方法，包括：标准信号源模块、待测接收机、上位机处理控制模块。其中，标准信号源模块，用于向待测接收机提供不同信号强度的单载波或者向待测接收机提供不同调制类型的输入信号。待测接收机，用于接收并解析来自上位机的测量命令，依据测量命令设置所述待测接收机的状态参数；以及用于将来自所述标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至上位机。本发明有效的解决了跳频通信系统接收机输入信噪比的快速测试问题，提升了问题排查效率，为测试现场快速定位问题提供了极大的便利。

Description

一种跳频接收系统的硬件性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，具体而言，本发明涉及一种基于跳频接收系统的硬件性能测试系统及方法。

背景技术

所谓跳频技术（Frequency-Hopping Spread Spectrum），是指用伪随机码序列进行频移键控，使载波频率不断跳变而扩展频谱的一种通信技术。跳频通信的工作原理是指收发双方传输信号的载波频率按照预定规律进行离散变化的通信方式，即通信中使用的载波频率受伪随机变化码的控制而随机跳变。跳频通信系统一般通过增加收发信机的工作频点数（即工作带宽）、设置不同的工作频率以及提升频点的切换速度来增强系统的抗干扰性能。跳频速率的高低直接反映跳频系统的性能，跳频速率越高抗干扰的性能越好，军用的跳频系统可以达到每秒上万跳。跳频技术因可以有效的避开干扰，发挥通信效能，已经在军用通信领域得到应用。

跳频接收机是跳频技术的一个应用场景之一，一般而言，传统的快速跳频接收机根据跳频源的不同主要有两种实现方案：一种是基于多锁相环（PLL）频率合成跳频源的方案，主要优点是可工作在较高的本振频率状态下，且功耗较低，缺点是受限于环路锁定时间而难以实现高速跳频。另一种是基于直接数字频率合成（DDS）跳频源的方案，主要优点是频率转换时间短，容易实现高速跳频，缺点是DDS输出频率低，要工作在高的本振频率必须经过变频，使得结构复杂，且功耗较高。

由于跳频接收机的硬件性能是决定整个跳频接收机接收指标的关键，因此针对跳频接收系统的硬件性能测试工作便显得尤为重要。现有的测试方式之一是基于信号源及频谱仪的传统模式，该模式测量复杂、耗时长，且要求测量人员具有仪器仪表熟练的操作技能等特点，不利于在应用现场普通人员快速定位及解决问题。

另一种跳频接收机的硬件性能的测试方式之一利用数字信号处理方式测量，但是目前因尚未研发出已成熟稳定的自动测量软件工具，需要利用系统开发软件工具逐步导出采集数据，再调用相关函数进行计算，并记录数据。这种操作过程对于一般测试人员而言，由于缺少对开发软件的基础知识储备以及基本操作能力，可执行性效率低下，同时操作步骤复杂、效率低，无法进行高效测试。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺陷和问题，提出一种基于跳频接收系统的硬件性能测试系统及方法，通过利用可视化上位机软件及标准信号源（或标定设备）针对待测接收机完成一键测试，为待测接收机灵敏度问题、定位接收系统硬件故障提供了快速判定的依据。

本发明技术方案：

本发明的实施例根据一个方面，提供了一种基于跳频TDMA组网通信系统的压缩视频传输系统，包括：

标准信号源模块、待测接收机、上位机处理控制模块；

所述标准信号源模块，用于向所述待测接收机提供不同信号强度的单载波或者向所述待测接收机提供不同调制类型的输入信号；

所述待测接收机，用于接收并解析来自上位机的测量命令，依据所述测量命令设置所述待测接收机的状态参数；以及用于将来自所述标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至所述上位机；

所述上位机处理控制模块，包括命令及显示控制子模块、数字信号处理子模块；所述命令及显示控制子模块与所述标准信号源模块相电连接，用于向所述标准信号源模块下达信号源控制命令；并且，所述命令及显示控制子模块与所述待测接收机相电连接，用于向所述待测接收机下达控制命令及接收来自待测接收机的采集数据；

所述数字信号处理子模块与所述命令及显示控制子模块相电连接，用于通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，确定出所述待测接收机的硬件性能。

进一步地，所述待测接收机包括上位机命令解析模块、接收机参数设置执行控制模块、输入信号采集存储模块以及数据回传控制模块；

所述上位机命令解析模块，用于解析来自上位机的测量命令，通过提取来自上位机的控制命令中的控制关键字，控制待测接收机信噪比测量流程；

所述接收机参数设置执行控制模块，用于根据上位机的控制命令中的控制关键字，设置所述待测接收机的状态参数；

所述输入信号采集存储模块，用于在完成待测接收机的状态参数设置后，将系统当前接收到的信号采集并存储；

所述数据回传控制模块；按照一定格式回传将存储于输入信号采集存储模块中的数据回传至上位机的所述数字信号处理子模块。

进一步地，所述数字信号处理子模块，还包括数据预处理模块、数据变换模块、降噪模块、运算比较子模块；

所述数据预处理模块，用于读取采集到的数据，并对数据进行时域加窗处理；

所述数据变换模块，用于将经过时域加窗处理后的数据进行快速傅里叶变换；

所述降噪模块，用于剔除直流及谐波分量，并将提出位增加噪声；

所述运算比较子模块，用于计算信号功率计噪声谱密度、计算出采集、计算得到的信号信噪比与理论信号信噪比参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能。

较佳地，所述上位机包含可视化显示器件。

本发明的实施例根据另一个方面，还提供了一种基于跳频TDMA组网通信系统的压缩视频传输方法，该方法基于如权利要求1-4任一跳频接收系统的硬件性能测试系统，包含以下主要步骤：

获取不同信号强度的单载波或者不同调制类型的输入信号；

接收并解析来自上位机的测量命令，依据所述测量命令设置所述待测接收机的状态参数；

将来自标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至上位机；

接收来自待测接收机的采集数据，通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，确定出所述待测接收机的硬件性能。

进一步地，所述获取不同信号强度的单载波或者不同调制类型的输入信号，包括：

标准信号源向待测接收机提供不同信号强度的单载波或不同调制类型信号输入，作为接收机输入信号的标准量度；以及

所述接收并解析来自上位机的测量命令，包括：

通过提取来自上位机的控制命令中的控制关键字，控制待测接收机信噪比测量流程。

进一步地，所述通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，包括：

读取采集到的数据，并对数据进行时域加窗处理；

将经过时域加窗处理后的数据进行快速傅里叶变换；

剔除直流及谐波分量，并将提出位增加噪声；

计算信号功率计噪声谱密度、计算出采集到的信号信噪比与理论参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能。

进一步地，所述计算出采集到的信号信噪比与理论参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能，包括：

完成对采集数据的信号处理过程，计算出接收系统采集到的信号信噪比，依据计算得到的信号信噪比与理论信号信噪比参考值进行对比判断接收机系统的硬件是否损坏。

较佳地，所述设置所述待测接收机的状态参数，包括：

设置所述待测接收机的工作频点和/或信号强度和/或信号形式。

本发明技术效果：

1. 本发明提供了基于跳频接收系统的硬件性能测试系统，通过利用可视化上位机软件及标准信号源（或标定设备）针对待测接收机完成一键测试，能够可视化快速自动调用仪器设定仪器参数，为待测接收机灵敏度问题、定位接收系统硬件故障提供了快速判定的依据。

2.本发明实施例的基于跳频接收系统的硬件性能测试系统既能够利用数字信号处理的方法既能够对硬件各部分进行精确测试又能够测量数字化后的信号质量，从而显著提高基于跳频接收系统的硬件性能测试系统的测量精确度。

3.本发明实施例的基于跳频接收系统的硬件性能测试系统有效的解决了跳频通信系统接收机输入信噪比的快速测试问题，提升了问题排查效率，为测试现场快速定位问题提供了极大的便利。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例跳频接收系统的主要工作流程示意图。

图2是本发明实施例跳频接收系统的接收机内部结构示意图。

图3是本发明实施例跳频接收系统的接收机内部信息处理流程示意图。

图4是本发明实施例跳频接收系统的上位机处理软件模块结构示意图。

图 5是本发明实施例的上位机的命令及显示控制模块工作流程示意图。

图 6是本发明实施例的上位机的数字信号处理模块工作流程示意图。

图7是本发明跳频接收系统的硬件性能测试方法的主要步骤示意图。

具体实施方式

发明人发现，无线通信接收机的硬件性能是决定整个接收机接收指标的关键，现有测量方式是基于信号源及频谱仪的传统模式，具有测量精确，但测量复杂、耗时长，且要求测量人员具有仪器仪表熟练的操作技能等特点，不利于在应用现场普通人员快速定位、解决问题。

对于跳频收发系统，由于系统工作在多个频点上，对于定位硬件问题更加复杂，对于现场定位周期更加繁琐，因此在设计跳频通信系统时，发明人研发了本发明实施例介绍的测试系统，利用可视化上位机软件及标准信号源（或标定设备），完成一键测试，对于接收机灵敏度问题、定位接收系统硬件故障提供了快速判定的依据。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

图1是本发明实施例跳频接收系统的主要工作流程示意图。

图1中示出的标号为1的过程表示：控制命令及采集数据。标号为2的过程表示：信号源控制命令。标号为3的过程表示：标准信号输入。

本发明实施例跳频接收系统的设计原理是通过上位机可视化操作软件，向待测接收机下达控制命令，使接收机硬件实时采集跳频系统某个工作频点下的射频输入数据，随之对采集数据进行相应的数字信号处理，并将运算结果返回上位机软件统计显示的自动化测试过程。下面基于附图1进一步介绍本发明实施例的硬件性能测试系统。

根据本发明实施例的第一方面，本发明实施例提供一种跳频接收系统的硬件性能测试系统，包括：标准信号源模块、待测接收机、上位机处理控制模块。其中，

标准信号源模块，用于向待测接收机提供不同信号强度的单载波或者向所述待测接收机提供不同调制类型的输入信号。

待测接收机，用于接收并解析来自上位机的测量命令，依据测量命令设置待测接收机的状态参数；以及用于将来自标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至上位机。

此处结合图1和图4可以更清楚地理解上位机的工作过程。图4是本发明实施例跳频接收系统的上位机处理软件模块结构示意图。如图4所示，

上位机处理控制模块，包括命令及显示控制子模块、数字信号处理子模块。其中，命令及显示控制子模块与标准信号源模块相电连接，用于向标准信号源模块下达信号源控制命令。并且，命令及显示控制子模块与待测接收机相电连接，用于向待测接收机下达控制命令及接收来自待测接收机的采集数据。

数字信号处理子模块与命令及显示控制子模块相电连接，具体的信号处理过程为通过对采集数据的信号处理，计算出待测接收机采集到的信号信噪比，确定出待测接收机的硬件性能。

图2是本发明实施例跳频接收系统的接收机内部结构示意图。图2示出了待测接收机包括上位机命令解析模块、接收机参数设置执行控制模块、输入信号采集存储模块以及数据回传控制模块。其中，

上位机命令解析模块，用于解析来自上位机的测量命令，通过提取来自上位机的控制命令中的控制关键字，控制待测接收机信噪比测量流程。接收机参数设置执行控制模块，用于根据上位机的控制命令中的控制关键字，设置待测接收机的状态参数。输入信号采集存储模块，用于在完成待测接收机的状态参数设置后，将系统当前接收到的信号采集并存储；数据回传控制模块；按照一定格式回传将存储于输入信号采集存储模块中的数据回传至上位机的数字信号处理子模块。

图3是本发明实施例跳频接收系统的接收机内部信息处理流程示意图。下面结合图2和图3具体介绍待测接收机内部各模块的具体工作流程。

接收机接收到命令信号后开始启动工作流程，等待上位机传输工作命令（例如测量命令）。若接收到测量命令后，利用解析模块完成对上位机测量命令的接收解析。当侦测到测量命令正确时，提取控制指令中的关键字，开始接收机信噪比测量流程控制。根据上位机命令中的控制关键字，将接收机的各个参数设置到性能测试工作状态所需的参数设定上，例如将系统转为接收状态、设置具体工作频点等。

当接收机参数设置完成后，接收机会自动将当前系统接收到的信号采集并存储，等待回传。当信号采集存储完毕之后，将数据按照固定格式进行回传至上位机进行信号处理。

图 5是本发明实施例的上位机的命令及显示控制模块工作流程示意图。命令及显示控制模块主要用于完成对标准信号源的设置、对待测接收机的指令下发及采集数据接收过程，将采集到的数据送至数字信号处理软件，并将数字信号处理软件计算后的结果进行显示，每调用一次流程执行一次。具体为：

开始启动工作。当接收到测试命令后，解析测试命令。

如果命令正确，则根据关键字，设置标准信号源相关参数。

正确设置完成后，生成接收机控制命令并向接收机下发命令，等待接收采集到数据。

接收完采集后的数据之后，调用数字信号处理模块的处理流程。

将数字信号处理返回值显示，完成流程。

图 6是本发明实施例的上位机的数字信号处理模块工作流程示意图。

数字信号处理模块主要承担完成对采集数据的信号处理过程的工作，从而计算出接收系统采集到的信号信噪比，通过将采集到的信号信噪比与理论参考值进行对比即可以知道接收机系统在一段时期或是某个里程之前的硬件是否有损坏现象。具体处理流程如下：

i. 启动开始程序，读取采集数据。将采集到的数据读取后，进行时域加窗处理，有效减小傅里叶变换时的频谱泄露。

ii. 将加窗后的数据进行快速傅里叶（FFT）变换，用于后续计算信号及噪声功率；FFT --- Fast Fourier Transformation是离散傅氏变换的快速算法。

iii.剔除直流及谐波分量，并将对应数值填入噪声的均值；

iv.计算信号的功率（单载波或是调制谱）及噪声的谱密度；

v. 将上述二者比值返回给上位机显示软件，结束工作。

根据本发明实施例第二方面，提供一种跳频接收系统的硬件性能测试方法。图7是本发明跳频接收系统的硬件性能测试方法的主要步骤示意图。

一种跳频接收系统的硬件性能测试方法，该方法包含以下主要步骤：

S701：获取不同信号强度的单载波或者不同调制类型的输入信号。

S702：接收并解析来自上位机的测量命令，依据所述测量命令设置所述待测接收机的状态参数。

S703：将来自标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至上位机。

S704：接收来自待测接收机的采集数据，通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，确定出所述待测接收机的硬件性能。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语），具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本技术领域技术人员可以理解，可以用计算机程序指令来实现这些结构图和/或框图和/或流图中的每个框以及这些结构图和/或框图和/或流图中的框的组合。本技术领域技术人员可以理解，可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专业计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来实现，从而通过计算机或其他可编程数据处理方法的处理器来执行本发明公开的结构图和/或框图和/或流图的框或多个框中指定的方案。

本技术领域技术人员可以理解，本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案可以被交替、更改、组合或删除。进一步地，具有本发明中已经讨论过的各种操作、方法、流程中的其他步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。进一步地，现有技术中的具有与本发明中公开的各种操作、方法、流程中的步骤、措施、方案也可以被交替、更改、重排、分解、组合或删除。

以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种跳频接收系统的硬件性能测试系统，其特征在于，包括：标准信号源模块、待测接收机、上位机处理控制模块；

所述标准信号源模块，用于向所述待测接收机提供不同信号强度的单载波或者向所述待测接收机提供不同调制类型的输入信号；

所述待测接收机，用于接收并解析来自上位机的测量命令，依据所述测量命令设置所述待测接收机的状态参数；以及用于将来自所述标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至所述上位机；

所述上位机处理控制模块，包括命令及显示控制子模块、数字信号处理子模块；所述命令及显示控制子模块与所述标准信号源模块相电连接，用于向所述标准信号源模块下达信号源控制命令；并且，所述命令及显示控制子模块与所述待测接收机相电连接，用于向所述待测接收机下达控制命令及接收来自待测接收机的采集数据；

所述数字信号处理子模块与所述命令及显示控制子模块相电连接，用于通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，确定出所述待测接收机的硬件性能。

2.根据权利要求1所述的跳频接收系统的硬件性能测试系统，其特征在于，所述待测接收机包括上位机命令解析模块、接收机参数设置执行控制模块、输入信号采集存储模块以及数据回传控制模块；

所述上位机命令解析模块，用于解析来自上位机的测量命令，通过提取来自上位机的控制命令中的控制关键字，控制待测接收机信噪比测量流程；

所述接收机参数设置执行控制模块，用于根据上位机的控制命令中的控制关键字，设置所述待测接收机的状态参数；

所述输入信号采集存储模块，用于在完成待测接收机的状态参数设置后，将系统当前接收到的信号采集并存储；

所述数据回传控制模块；按照一定格式回传将存储于输入信号采集存储模块中的数据回传至上位机的所述数字信号处理子模块。

3.根据权利要求1或2所述的跳频接收系统的硬件性能测试系统，其特征在于，所述数字信号处理子模块，还包括数据预处理模块、数据变换模块、降噪模块、运算比较子模块；

所述数据预处理模块，用于读取采集到的数据，并对数据进行时域加窗处理；

所述数据变换模块，用于将经过时域加窗处理后的数据进行快速傅里叶变换；

所述降噪模块，用于剔除直流及谐波分量，并将提出位增加噪声；

所述运算比较子模块，用于计算信号功率计噪声谱密度、计算出采集、计算得到的信号信噪比与理论信号信噪比参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能。

4.根据权利要求1所述的跳频接收系统的硬件性能测试系统，其特征在于，所述上位机包含可视化显示器件。

5.一种跳频接收系统的硬件性能测试方法，基于如权利要求1-4任一跳频接收系统的硬件性能测试系统，其特征在于，该方法包含以下主要步骤：

获取不同信号强度的单载波或者不同调制类型的输入信号；

接收并解析来自上位机的测量命令，依据所述测量命令设置所述待测接收机的状态参数；

将来自标准信号源的输入信号经采集、存储后回传至上位机；

接收来自待测接收机的采集数据，通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，确定出所述待测接收机的硬件性能。

6.根据权利要求5所述的跳频接收系统的硬件性能测试方法，其特征在于，所述获取不同信号强度的单载波或者不同调制类型的输入信号，包括：

标准信号源向待测接收机提供不同信号强度的单载波或不同调制类型信号输入，作为接收机输入信号的标准量度；以及

所述接收并解析来自上位机的测量命令，包括：

通过提取来自上位机的控制命令中的控制关键字，控制待测接收机信噪比测量流程。

7.根据权利要求5所述的跳频接收系统的硬件性能测试方法，其特征在于，所述通过对所述采集数据的信号处理，计算出所述待测接收机采集到的信号信噪比，包括：

读取采集到的数据，并对数据进行时域加窗处理；

将经过时域加窗处理后的数据进行快速傅里叶变换；

剔除直流及谐波分量，并将提出位增加噪声；

计算信号功率计噪声谱密度、计算出采集到的信号信噪比与理论参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能。

8.根据权利要求7所述的跳频接收系统的硬件性能测试方法，其特征在于，所述计算出采集到的信号信噪比与理论参考值的比值，确定出所述待测接收机的硬件性能，包括：

完成对采集数据的信号处理过程，计算出接收系统采集到的信号信噪比，依据计算得到的信号信噪比与理论信号信噪比参考值进行对比判断接收机系统的硬件是否损坏。

9.根据权利要求5所述的跳频接收系统的硬件性能测试方法，其特征在于，所述设置所述待测接收机的状态参数，包括：

设置所述待测接收机的工作频点和/或信号强度和/或信号形式。