CN107919930A - 模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，包括多通道数字激励信号产生单元，一个发射控制器及相应的数字激励信号产生与发射控制单元；所述的多通道数字激励信号产生单元包括多个定向发射天线及发射信道。本发明还公开了一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的工作方法。通过数字激励信号产生单元激励产生多路各种技术体制、各种调制方式、各种多址方式，控制多个包含高速D/A和宽带上变频的芯片工作模式，再经过多路发射信道的射频功率放大及发射天线，向空中发射同时多路的特定技术体制、调制方式、多址方式以及波形参数的特定编码方式、特定数据格式的复杂电磁信号；或者发射多路各种干扰方式与干扰波形参数的干扰屏蔽信号。

Description

模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及无线电发射技术和数字激励信号产生技术领域，具体涉及一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置及其工作方法。

背景技术

随着信息化社会的发展，各种类包含射频收发的电子信息系统的拥有量迅速增长，包含射频收发的电子信息系统带来的复杂电磁信号环境等一系列问题日渐显著。复杂电子信息系统包括各种类数字无线电网络系统进行正常工作如进行信息传输时，其它的包含射频收发的电子信息系统占用相同频段的电磁频谱资源，彼此之间会造成相互的影响；有些包含射频收发的电子信息系统工作频率或占用的频谱资源（子带或瞬时频带）会完全重叠或部分重叠，有些包含射频收发的电子信息系统是需要实施干扰屏蔽的目标，如何测试检验各种类包含射频收发的电子信息系统面临复杂电磁信号环境的适应能力、可靠性与抗干扰性，既需要有能够在全频段范围内产生上百路各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号的复杂电磁信号环境模拟产生装置，也需要能够在全频段范围内产生上百路可以有效针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电干扰屏蔽信号模拟或实际产生装置，随着各种类无线电收发设备技术以及射频与数字微电子技术产品的进一步发展，这方面的需求会进一步放大。

信息化社会的各类电子信息系统既包含了传统的模拟无线电收发设备，也包含了大量的各种类模拟与数字综合（射频前端为模拟、中频以后为数字）的系统，它们的表现形式是普遍采用了扩跳频信号体制、数字调制方式、时分/频分/码分/空分多址方式和基于某一特定编码方式、数据帧结构、协议格式的信令信息交互传输方式的区域分布式组网信号辐射模式，众多的无线网络系统或者电子信息系统彼此之间不可避免地会相互影响，为此就需要构建覆盖一定区域范围的复杂电磁信号环境以测试检验各种类无线网络系统或者电子信息系统的适应能力。

目前全球反恐形势非常严峻，而且这种严峻的形势会长期存在，恐怖分子利用各种类无线网络系统或者电子信息系统实施犯罪活动的势头日益猖獗，为此需要能够对一定区域范围内的各种类无线网络系统和电子信息系统实现全面覆盖的多通道干扰屏蔽系统。就其形式与硬件组成上看，它与构建覆盖一定区域范围的多通道复杂电磁信号环境生成系统是一致的，只是其主要生成各种类干扰信号以实现最佳或灵巧的区域干扰屏蔽。

射频通道数越多能够生成的各种类目标信号路数也越多，构成的电磁信号环境越复杂，或者达到的干扰屏蔽能力越强，但是其需要的射频功率放大器数量也越多，采用时分或/和频分相结合的方式可以在一个射频通道中实现多路射频信号输出，例如这里通过四个时隙的时分和四个频点信道的频分可以实现八个目标的模拟信号产生或者针对八个目标的干扰屏蔽，相当于由一路射频输出变成了八路射频输出。

当前国内外研究的不足之处：根据调查发现，目前国内外的复杂电磁信号环境生成装置大多采用信道数较少的组成方式，多为单通道、双通道和四通道形式，然后再由多套单通道、双通道或四通道设备叠加形成更多的通道，由此造成系统的庞大复杂性，以及系统内控制的不灵活和效能不高；干扰屏蔽系统也是同样的架构，造成了干扰系统的庞大复杂，不便于实现搬移式或者越野车载形态的设备系统。两者在通用性和灵活机动性方面都存在缺陷。每个通道从数字激励信号产生、高速D/A、宽带上变频、射频功率放大，再到宽带全向/定向发射天线发射，都是由分离元器件或模块组成，设备比较庞大，如果通道数较多，从数字激励信号产生到射频小功率信号输出的组成结构和控制过程非常复杂。

发明内容

本发明目的是提供一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置及其工作方法，针对背景技术中描述的目前国内外同类产品的缺陷，以适应新技术发展和信息化社会综合运用为根据，运用新型的模拟与数字一体化器部件，将宽带射频与高速数字信号处理硬件进行了综合设计，使得在单模块上能够在全频段范围内产生上百路各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，真正模拟构建复杂的电磁信号环境，同时利用该模块还能够在全频段范围内产生上百路可以有效针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电干扰屏蔽信号；该装置配套开发了适应笔记本计算机、PDA、智能手机等多种平台的人机交互软件，便于不同场合的实际使用需求。

为了实现发明目的，本发明采用的技术方案为：一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，包括多通道数字激励信号产生单元，一个发射控制器及相应的数字激励信号产生与发射控制单元；所述的多通道数字激励信号产生单元包括多个定向发射天线及发射信道。

进一步的，所述的定向发射天线包括设置于装置载车顶行李架内的多付宽带定向天线或全向天线。

进一步的，所述发射信道的数量为18个以上，每个发射信道在频率低端采用直接的D/A转化器变换，在频率的高端采用含高速D/A的宽频带射频芯片，该射频芯片完成上变频与数字模拟变换，且其与多通道数字激励信号产生单元一体化设计。

进一步的，所述的数字激励信号产生路数与发射信道路数相同，各路射频功率放大器单独设计且覆盖指定的频率范围，且采用相同的结构尺寸以及控制方式、供电方式。

进一步的，所述的数字激励信号产生与发射的各路射频信号是特定扩跳频体制或定频体制的数字无线电信号，或者是特定扩跳频体制或定频体制的模拟无线电信号。

进一步的，所述数字激励信号产生由控制器的控制单元设置参数，包括技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应的参数，产生的各路数字激励信号可以完全相同或部分相同，或者完全不相同。

本发明还提供一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的工作方法：

当模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置开机工作时，发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元产生预期需要在空间存在的各类无线电信号的工作频率或工作频率范围、信号瞬时带宽、信号技术体制与体制性参数、信号调制样式与调制参数、信号编码方式与编码参数、数据帧结构与数据帧参数、多址方式与多址参数；或者按照特定的协议格式设置各路无线电信号发射的信息内涵或码流内涵，多通道数字激励信号产生单元产生的射频小功率信号通过多个发射信道的射频功率放大后再由全向或定向宽带发射天线向空中辐射，形成对周边区域全向或定向的电磁辐射；

发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分、码分方式产生为数更多的多路射频信号；

发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分方式产生大于18路的射频小功率信号，通过时分方式使得每一路射频信号实际上包含四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号，在每一路射频通道上通过频分方式发射四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号。

本发明的技术效果在于：该装置设置于需要模拟产生复杂电磁信号环境或干扰信号环境的附近区域，通过发射控制器设置的控制数字激励信号产生单元激励产生多路各种技术体制、各种调制方式、各种多址方式以及波形参数的时分/频分/码分数字激励信号，通过控制多个包含高速D/A和宽带上变频的芯片工作模式，形成路数较多的宽带射频信号，再经过多路发射信道的射频功率放大及发射天线，向空中发射同时多路的特定技术体制、调制方式、多址方式以及波形参数的特定编码方式、特定数据格式的复杂电磁信号；或者发射多路各种干扰方式与干扰波形参数的干扰屏蔽（或干扰压制）信号，以满足针对电子信息系统检验测试的不同实验场景或工作场景需要。

附图说明

图1为模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的架构设计图；

图2为目标信号生成与发射控制程序流程图；

图3为干扰信号生成与发射控制程序流程图；

图4为模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置整机控制流程图；

图5为模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置整机信息交互流程图；

图6为模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置具体组成框图；

图7为模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的实施例的结构原理图。

具体实施方式

参照附图，一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，包括多通道数字激励信号产生单元，一个发射控制器及相应的数字激励信号产生与发射控制单元；所述的多通道数字激励信号产生单元包括多个定向发射天线及发射信道。

进一步的，所述的定向发射天线包括设置于装置载车顶行李架内的多付宽带定向天线或全向天线。

进一步的，所述发射信道的数量为18个以上，每个发射信道在频率低端（70MHz以下频率范围）采用直接的D/A转化器变换，在频率的高端（70MHz~6000MHz）采用专用的含高速D/A的宽频带射频芯片，该射频芯片完成上变频与数字模拟变换，且其与多通道数字激励信号产生单元一体化设计。实现小型模块化和低功耗。

进一步的，所述的数字激励信号产生路数与发射信道路数相同（18路以上），各路射频功率放大器单独设计且覆盖指定的频率范围，且采用相同的结构尺寸以及控制方式、供电方式。以实现与各路激励信号的灵活切换。

进一步的，所述的数字激励信号产生与发射的各路射频信号是特定扩跳频体制或定频体制的数字无线电信号，或者是特定扩跳频体制或定频体制的模拟无线电信号。

进一步的，所述数字激励信号产生由控制器的控制单元设置参数，包括技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应的参数，产生的各路数字激励信号可以完全相同或部分相同，或者完全不相同。

模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的工作方法：当模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置开机工作时，发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元产生预期需要在空间存在的各类无线电信号的工作频率或工作频率范围、信号瞬时带宽、信号技术体制与体制性参数、信号调制样式与调制参数、信号编码方式与编码参数（针对数字无线电信号）、数据帧结构与数据帧参数（针对数字无线电信号）、多址方式与多址参数（针对无线网络信号）等；或者按照特定的协议格式设置各路无线电信号发射的信息内涵或码流内涵，多通道数字激励信号产生单元产生的射频小功率信号通过多个发射信道的射频功率放大后再由全向或定向宽带发射天线向空中辐射，形成对周边区域全向或定向的电磁辐射。以便各类电子信息系统能够有效探测或接收到。

发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分、码分方式产生为数更多的多路射频信号。例如既可以控制数字激励信号产生单元同时产生18路射频小功率信号，也可以通过时分方式使得每一路射频信号实际上包含四路相同或不同调制方式与编码参数的信号，还可以在每一路射频通道上通过频分方式发射四路相同或不同调制方式与编码参数的信号，这样一路射频通道就可以实际产生与发射八路相同或不同调制方式与编码参数的信号，模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置基本配置的18路射频通道就可以在6000MHz以下的全频段范围内产生144路各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，在工作区域范围内形成一个相对复杂的电磁信号环境，满足各种电子信息系统的测试检验要求。

为了产生对指定区域全面覆盖的电磁干扰屏蔽信号，发射控制器还可以设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分方式产生大于18路的射频小功率信号，而后也可以通过时分方式使得每一路射频信号实际上包含四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号，还可以在每一路射频通道上通过频分方式发射四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号。这样一路射频通道就可以实际产生与发射八路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号，模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置基本配置的18路射频通道就可以在6000MHz以下的全频段范围内产生144路针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电干扰屏蔽信号。

进一步的，使用该模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，在其工作的区域范围内，既可以控制其在6000MHz以下的全频段范围内产生144路各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，也可以控制其在6000MHz以下的全频段范围内产生144路针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电干扰屏蔽信号，实现复杂电磁信号环境生成与复杂干扰屏蔽信号生成一体化。

结合图7，模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的一个实施例组成方案主要包括 ：

天线：全向或定向宽带发射天线，根据所需要对应的射频组件（宽带射频功率放大器）工作频率范围确定发射天线需要覆盖的工作频率范围；发射天线根据工作环境要求可设置于载车车顶，也可以用升降杆支撑。

射频开关选择器：包含射频开关选择器(1)和射频开关选择器(2)，要求其工作频率范围覆盖全频段，前者要具备较大的射频功率承受能力（100W以上），要有较低的射频插入损耗（0.1dB~0.2dB）和较大的射频隔离度（70dB以上）；后者只需要有较低的射频插入损耗和较大的射频隔离度。

射频组件：分别覆盖不同频率范围的宽带射频组件18个，含宽带射频滤波和射频功率放大器；在2700MHz频率范围以下的波段，宽带射频功率放大器的线性输出功率为15W，饱和输出功率为80W；在2700MHz频率范围以上的波段，宽带射频功率放大器的线性输出功率为10W，饱和输出功率为50W；射频组件采用相同的结构尺寸、控制方式、供电方式、接口方式等，以便灵活组合 。

多通道数字激励处理单元：该单元即是多通道数字激励信号产生单元，它由2片高性能FPGA、1片高性能DSP、4路高速D/A和18片专用射频芯片组成；每片专用射频芯片覆盖70~6000MHz频率范围，最大瞬时带宽达到56MHz，自带两路高速D/A输出，可以最大拼接112MHz带宽；通过底层单元对高性能FPGA和高性能DSP的编程控制，能够同时激励产生最多144路各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，真正模拟构建复杂的电磁信号环境，或同时激励产生最多144路可以有效针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电干扰屏蔽信号，经过对应的18路射频组件的射频功率放大（线性放大或饱和放大）与射频滤波，通过发射天线向空间辐射。

高精度恒温晶振与时钟控制：为多通道数字激励处理单元的FPGA、DSP、高速D/A、专用射频芯片以及FIFO/SDRAM等器件电路提供所需的高稳定度高精度时钟。

嵌入式CPU：实现对整个模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置进行控制与管理，包括各模块初始化、程序加载控制、工作状态监控以及故障报警等。

控制口：它是由FPGA引出的自定义控制信号口，为各射频组件提供控制信号以及实现状态检测。

FIFO/SDRAM：多通道数字激励处理单元上配置的大容量存储空间，主要用于预先存储已知目标（需要模拟的已知特性目标或者需要干扰压制的已知特性目标）的大容量波形数据，以及存储需要切换加载的程序。

高速网口：高速网口可以是无线WiFi或网线，它连接操控终端，操控终端可以采用笔记本电脑、PDA、智能手机等，通过操控处理软件实现对模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置进行操控，生成各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，或者相应的干扰屏蔽信号。

进一步的优化方案，装置还包括对多付发射天线在宽频带工作范围内驻波特性的严格要求，通常要求驻波系数优于1.5，最差的子带不大于2。

进一步的优化方案，为了减少发射天线的数量，可以通过射频双工器使得一付发射天线发射两个射频组件（两路）输出的射频信号。由于大功率射频双工器在800MHz频率范围以上的腔体结构比较小，容易实现，而大功率射频双工器在800MHz频率范围以下的腔体结构比较大，不太容易实现，另外在800MHz频率范围以上，一付发射天线（定向或全向）相对而言可以覆盖更宽的子频段，因而对于800MHz频率范围以上的射频组件，可以通过大功率射频双工器实现用一付发射天线发射频率有一定相差的两个射频组件输出的大功率射频信号，由此减少发射天线的数量。

进一步的优化方案，仅仅在覆盖1.5~30MHz和30~88MHz频率范围的两种射频组件采用直接由多通道数字激励处理单元的高速D/A变换输出的信号经过信号调理和滤波处理后进行射频功率放大，覆盖110MHz以上频率范围的其它射频组件均由片内含高速D/A和上变频的专用射频芯片输出的小功率射频信号来驱动对应子波段的射频功率放大器，由此可以使得产生18路覆盖各个子波段射频信号的整个数字激励信号产生单元能够集成在一块不太大的电路板上。

进一步的优化方案，所述专用射频芯片可以采用诸如AD9361或者性能与AD9361相仿或者更优的器件，以保证激励输出信号的指标。

进一步的优化方案， 通过频分产生多路射频信号时，需要采用峰值因数优化或均衡的算法软件来保证送到各对应射频组件的射频信号峰值因数不高且稳定。

本实施例的工作方法，具体步骤如下 ：

模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置首先根据待试验检测的电子信息系统的基本配置特性，或者根据需要全面干扰屏蔽的区域内所有无线电目标的配置特性，设置装置的选择性工作参数；

装置需要产生的各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，均需要工作在指定的信道或者子波段，尤其是跳扩频信号工作的子波段需要预先设置；

每一个目标信号都需要设置一组参数，包括工作频率或频率集、信号瞬时带宽或瞬时带宽变化范围或跳/扩频带宽、信号调制样式与调制参数【模拟调制信号调制深度（系数）、数字信号码元宽度等】、编码方式与编码参数、交织块参数、数据帧结构参数、多址方式与多址参数、数据传输协议格式与协议参数等，可参照某些特定的目标网络或者信息系统设置参数；

不同目标主要根据时分/频分原理以及信息完整性传输的原则设置参数，既确保不出现现时频重叠，有尽量在单个射频信道内可控发射且信息完整；

实施区域干扰屏蔽覆盖时，主要是针对待干扰屏蔽的无线电目标可能工作的频段范围以及技术体制与调制样式等特征参数，选择最佳的干扰样式与干扰波形参数实施瞄准式或者信道快速扫描式干扰屏蔽，对于已知特性的宽带无线网络，可以选择灵巧式干扰样式与干扰波形的特征信息编码，实施信令干扰或者同步干扰等；

对于协议格式已知的宽带无线网络，可以仿照伪终端用户或者伪交换节点等设置干扰信号的技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应编码波形参数，以实施伪用户资源消耗式或伪交换节点全源管控式干扰屏蔽。

作为进一步的优化方案，当采用载车作为平台时，载车可以在行进间进行复杂电磁环境生成，通过精确的时间控制，多辆载车可以模拟数百个上千个或更多移动电子目标的协同工作特性，在指定的位置区域形成预期特性的复杂电磁信号环境。

综上，本发明采用以上技术方案与现有技术相比， 具有以下技术效果 ：

采用专用的集成了高速D/A的宽频带射频芯片，可以在一块电路板上实现路数很多的（本发明实现了18路，如果适当扩大印制板尺寸，还可以实现更多的路数）射频小功率激励信号产生，显著减小体积尺寸的同时，电源功耗和模块工作可靠性得到了很大提升 ；对同一块电路板上的高性能FPGA、DSP、SDRAM等编程设计，可以灵活地模拟产生各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的上百个目标无线电信号，形成真正足够复杂的电磁信号环境； 在同样的硬件环境条件下，同对同一块电路板上的高性能FPGA、DSP、SDRAM等编程设计，可以灵活地生成针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的众多目标无线电信号实施全面干扰屏蔽的路数众多的干扰信号； 采用射频模拟与基带数字激励处理一体化设计技术，在实现了装置小型化的基础上，还实现了区域复杂电磁信号环境生成与区域干扰屏蔽信号生成的通用化。

以下结合附图对本发明的技术方案做进一步详细地说明 ：

本发明的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其运用了基于软件无线电架构的模拟射频与数字激励处理一体化技术，具体如下 ：

1、 基于软件无线电架构的模拟射频发射技术包括了宽带发射天线（全向和定向）、宽带射频双工器、宽带射频功率放大器、宽带射频滤波与射频信号调理，也包含专用射频芯片内嵌入的宽带上变频与滤波处理；

2、数字激励处理包括了通过对高性能FPGA、DSP、SDRAM等编程设计，灵活地生成各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的众多目标无线电信号的数字激励信号产生，也包含了低频段对高速D/A的控制编程 ；

3、数字激励处理还包括了通过对高性能FPGA、DSP、SDRAM等编程设计，灵活地生成能够针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的众多目标无线电信号实施有效、最佳或灵巧式干扰的数字干扰激励信号产生，也包含了低频段对高速D/A的控制编程；

4、无论是各种类目标信号产生还是各种类干扰信号产生，数字激励处理单元输出的都是小功率射频信号，为了向空间辐射要求有一定的射频输出功率，且辐射各种类目标无线电信号要求射频功率放大器进行线性放大，而辐射各种类干扰信号可以要求射频功率放大器进行饱和放大，为此硬件设计上也对射频功率放大器采用了从饱和到回馈可灵活控制的策略；

5、如果要在以模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置为中心的圆形区域实现复杂电磁信号环境生成或者实施干扰屏蔽，所有的发射天线均采用全向天线；如果要在模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的某一个前沿扇面区域实现复杂电磁信号环境生成或者实施干扰屏蔽，所有的发射天线均采用定向天线。

基于软件单元实现技术具体如下 ：

1、 在Windows 7操作系统环境下，用VS 2010编程环境和ORACLE 10数据库环境，开发本装置的应用与管理软件 ；

2、上位机软件主要是分别构建了生成各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的众多目标无线电信号以及针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的众多目标无线电信号实施有效、最佳或灵巧式干扰的目标参数设置与控制管理平台；

3、各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的数字激励信号产生等部分由底层FPGA和DSP的嵌入式软件实现；针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的无线电信号的窄带瞄准式、宽带阻塞式、宽带梳状谱瞄准式、多信道瞄准阻塞式以及针对无线网络信令信道、同步信道等灵巧式等数字干扰激励信号的产生也是由底层FPGA和DSP的嵌入式软件实现；

4、通过 ORACLE数据库管理，实现对不同时间段已经生成的众多目标信号的技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数等数据进行存储管理，也可存储针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应各种类目标波形参数的无线电信号实施窄带瞄准式、宽带阻塞式、宽带梳状谱瞄准式、多信道瞄准阻塞式以及针对无线网络信令信道、同步信道等灵巧式干扰的数字干扰激励信号参数等数据进行存储管理，供查询、调用等。

本发明公开的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，该装置既能够在全频段范围内同时生成上百个各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的无线电信号，真正模拟构建复杂的电磁信号环境，该装置还能够在全频段范围内同时生成上百个可以有效针对各种技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应波形参数的目标无线电信号实施窄带瞄准式、宽带阻塞式、宽带梳状谱瞄准式、多信道瞄准阻塞式以及针对无线网络信令信道、同步信道等实施灵巧式干扰的区域干扰屏蔽信号。

下面以生成区域复杂电磁信号环境以及针对复杂电磁信号环境中的多目标无线网络信号实施干扰屏蔽为例， 将本发明的具体实现过程介绍如下 ：

系统整体结构示意图如图 6 所示，本装置即可用于区域复杂电磁信号环境生产/也可用于区域复杂电磁信号环境中针对多目标信号的干扰屏蔽信号产生，采用宽带多通道模拟射频与多通道数字激励处理相结合的技术体系其特征为下面阐述的多目标数字激励信号产生、多通道射频小功率信号产生和多通道射频信号放大与辐射这三个模型在本装置中的实施和应用。

一、 多目标数字激励信号产生

多目标数字激励信号产生首先是明确目标的技术体制（如定频、跳频、扩频）、调制方式（模拟调制的主要有AM、DSB、LSB、USB、NFM、WFM等，数字调制的主要有mASK、mFSK、mPSK、mQAM、mPCM等）、数字信号码元速率、跳频信号的跳频速率与跳频频率集、扩频信号的扩频码速率与扩频码生成多项式、编码方式与编码参数、交织块参数、数据帧结构参数、多址方式与多址参数、数据传输协议格式与协议参数等，可参照某些特定的目标网络或者目标电子信息系统设置有关参数。

上述参数通过上位机控制软件进行设置，也可以调用数据库中存储的已知目标参数，通过网口按照规定的通信协议格式下发到FPGA和DSP芯片。

多通道数字激励信号产生单元上的FPGA和DSP根据加载的嵌入式程序软件，与上位机操控软件按照规定的通信协议格式接收欲模拟产生的上述多目标数字激励信号生成参数。

多通道数字激励信号产生单元上的FPGA和DSP根据加载的嵌入式程序软件以及接收上位机控制软件下发的多目标数字激励信号生成参数，生成符合其技术体制（如定频、跳频、扩频）、调制方式（模拟调制的主要有AM、DSB、LSB、USB、NFM、WFM等，数字调制的主要有mASK、mFSK、mPSK、mQAM、mPCM等）、数字信号码元速率、跳频信号的跳频速率与跳频频率集、扩频信号的扩频码速率与扩频码生成多项式、编码方式与编码参数、交织块参数、数据帧结构参数、多址方式与多址参数、数据传输协议格式与协议参数等特征的多目标数字激励信号。

在多目标数字激励信号产生过程中，如果需要在某个射频组件通道中同时产生多个目标无线电信号，则需要控制FPGA和DSP采用时分和/或频分的方式来实现，使得多个目标无线电信号在某个射频组件通道中既同时存在又时频不重合，其中时分控制时需要设计精确的时序控制程序，而频分则主要依据待生成的多目标信号的频率间隔而定，一般情况下两个目标信号的频率间隔要明显大于该目标信号的瞬时带宽。

采用频分方式产生多目标信号时，由于多目标信号瞬时相位同相与反相总会随机出现，由此会造成同相时信号幅度叠加而反相时信号幅度相减形成较大的峰值因素，这对射频组件通道中的射频功率放大器输出有害，因此需要在FPGA和DSP程序中采用能够有效抑制峰值因素的算法程序。

多目标干扰屏蔽数字激励信号的产生的过程相类似，只是产生的多目标数字激励信号要适应对各类目标无线电信号实施窄带瞄准式、宽带阻塞式、宽带梳状谱瞄准式、多信道瞄准阻塞式干扰，以及针对目标无线网络的信令信道、同步信道等实施灵巧式干扰的干扰波形参数要求。

二、多通道射频小功率信号产生

多通道射频小功率信号产生是将多通道数字激励信号产生单元产生的多目标数字激励信号变换到对应的射频频率上，形成供射频功率放大器放大的射频小功率信号。

将将多通道数字激励信号产生单元产生的多目标数字激励信号变换到对应的射频频率上是第一步，它通过上位机操控软件设置各个目标信号的工作频率，同样下发到多通道数字激励信号产生单元的FPGA，由其产生对应的频率码控制信号。

在频率低端（88MHz频率以下），直接由多通道数字激励信号产生单元产生指定频率的数字激励信号，通过对相应通道高速D/A的控制，变换成射频模拟信号。

在频率高端（88MHz频率以上），FPGA产生的频率控制码控制专用射频芯片，控制对应通道上的射频芯片工作在指定的频率，专用射频芯片相当于进行了上变频与变频滤波，并嵌入了高速D/A功能，因此其输出就是射频模拟信号。

考虑到专用射频芯片的频率切换速度比较慢，不适应宽带范围内高速跳频信号的产生，为此可以在每个通道上采用多片专用射频芯片并行工作，例如单个射频芯片可瞬时覆盖58MHz带宽，两个芯片并行就可以瞬时覆盖116MHz带宽，四个芯片并行就可以瞬时覆盖232MHz带宽，以此类推，由此可满足宽带范围内高速跳频信号的产生要求。

三、多通道射频信号放大与辐射

多通道射频小功率信号经过射频功率放大器放大到合适的发射功率后，通对定向或者全向发射天线向指定的空域辐射。

多通道射频小功率信号送到对应的射频组件通道中的射频功率放大器进行功率放大，使之达到向指定空域辐射的射频信号强度。

如果是产生并辐射多目标信号以形成复杂电磁信号环境，则控制射频功率放大器进行线性功率放大。

如果是产生并辐射各种类功率压制式或阻塞式干扰信号，则控制射频功率放大器进行饱和功率放大；如果是产生并辐射各种类灵巧式干扰信号，则控制射频功率放大器进行线性功率放大。

为了保证射频功率放大器的工作可靠性，需要实时检测监视射频功率放大器输出到发射天线端口的驻波系数，以及实时检测监视射频功率放大器的工作温度、工作电流等，出现驻波系数异常或者过温、过流等现象，瞬间关闭功放电源，以保护射频功率放大器的安全。

多路射频组件输出经过射频功率放大后的大功率射频信号到发射天线，如果要使得辐射范围更大，既可以进一步提高射频功率放大器的输出功率，也可以通过提高发射的增益来达到，提高射频功率放大器的输出功率可以通过更换射频组件模块的射频功率放大器来实现，而提高发射天线增益则需要采用更大尺寸的发射天线来实现。

采用全向发射天线，一般是形成圆形的辐射区域范围，但是地形地貌以及地表建筑物的遮挡会影响其覆盖特性，需要予以注意。

采用定向发射天线，一般是形成扇形的辐射区域范围，同样地形地貌以及地表建筑物的遮挡也会影响其覆盖特性，需要予以注意。

架高发射天线以及采用升空平台进行发射，其辐射的覆盖效果会显著提高。

多台套模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置可以在较大的区域范围内分布式部署以及协同工作，协同工作时可以通过GPS或者北斗实现时统，而后通过操控软件精确设置并控制各台套模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置生成的各具体的目标信号出现与持续时间，这样在接收方看起来就是部署在多个地点的无线电系统协同或者交互工作，由此形成覆盖更大区域范围的复杂电磁信号环境。

Claims (7)

1.一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其特征在于：包括多通道数字激励信号产生单元，一个发射控制器及相应的数字激励信号产生与发射控制单元；所述的多通道数字激励信号产生单元包括多个定向发射天线及发射信道。

2.根据权利要求1所述的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其特征在于：所述的定向发射天线包括设置于装置载车顶行李架内的多付宽带定向天线或全向天线。

3.根据权利要求1所述的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其特征在于：所述发射信道的数量为18个以上，每个发射信道在频率低端采用直接的D/A转化器变换，在频率的高端采用含高速D/A的宽频带射频芯片，该射频芯片完成上变频与数字模拟变换，且其与多通道数字激励信号产生单元一体化设计。

4.根据权利要求1所述的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其特征在于：所述的数字激励信号产生路数与发射信道路数相同，各路射频功率放大器单独设计且覆盖指定的频率范围，且采用相同的结构尺寸以及控制方式、供电方式。

5.根据权利要求1所述的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置，其特征在于：所述的数字激励信号产生与发射的各路射频信号是特定扩跳频体制或定频体制的数字无线电信号，或者是特定扩跳频体制或定频体制的模拟无线电信号。

6. 根据权利要求1所述的一种模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置， 其特征在于：所述数字激励信号产生由控制器的控制单元设置参数，包括技术体制、调制样式、编码方式、数据帧结构、多址方式以及对应的参数，产生的各路数字激励信号可以完全相同或部分相同，或者完全不相同。

7.根据权利要求1至6任一所述的模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置的工作方法，其特征在于：

当模块化多通道复杂电磁信号环境生成装置开机工作时，发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元产生预期需要在空间存在的各类无线电信号的工作频率或工作频率范围、信号瞬时带宽、信号技术体制与体制性参数、信号调制样式与调制参数、信号编码方式与编码参数、数据帧结构与数据帧参数、多址方式与多址参数；或者按照特定的协议格式设置各路无线电信号发射的信息内涵或码流内涵，多通道数字激励信号产生单元产生的射频小功率信号通过多个发射信道的射频功率放大后再由全向或定向宽带发射天线向空中辐射，形成对周边区域全向或定向的电磁辐射；

发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分、码分方式产生为数更多的多路射频信号；

发射控制器设置多通道数字激励信号产生单元采用时分、频分方式产生大于18路的射频小功率信号，通过时分方式使得每一路射频信号实际上包含四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号，在每一路射频通道上通过频分方式发射四路相同或不同干扰方式与干扰波形参数的信号。