CN110138464B - 一种对讲机监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种对讲机监测系统。该系统包括：天线、射频前端、信号处理单元和用户接口单元，其中，所述天线用于获取待监测对讲机的射频信号；所述射频前端用于对获取的射频信号进行预设处理，得到中频信号；所述信号处理单元用于对所述中频信号进行模数转换，并进行FFT计算和解调解码处理、或IQ数据录制，得到频谱处理数据和解码数据、或IQ数据；所述用户接口单元用于根据频谱处理数据和解码数据进行频谱实时显示，或存储IQ数据以供导出进行后续分析，从而实现对对讲机的监测。本发明扩展了现有无线电平台针对数字对讲机信号的解析功能，可以实时显示频谱监测结果，同时具备对模拟对讲机的监测功能。

Description

一种对讲机监测系统

技术领域

本发明涉及无线电监测技术领域，特别是涉及一种对讲机监测系统。

背景技术

对讲机因具有通信即时性和通话免费的特点，广泛应用于多个行业及领域。目前，对讲机主要有模拟对讲机和数字对讲机两大类。数字对讲机是采用数字技术进行设计的对讲机，它将语音信号数字化，以数字编码形式传播，从而大大提高了通话质量和频率利用率。随着无线电通信技术的发展，人们对无线通信质量的提高以及频谱资源的需求日益高涨，数字对讲机越来越受到大家的关注。随着数字化的发展，模拟对讲机正逐步被数字对讲机取代。据工业和信息化部文件指出，2011年停止模拟对讲机的型号核准，2016年中国市场禁止使用模拟对讲机，全面进入数字对讲机时代。

为保证绝大多数用户通话不受干扰以及合理地利用频率资源，国家无线台管理委员会对频率的使用进行了划分，规定不同的行业使用相应的频率范围。随着数字对讲机的普及，为了加强对数字对讲机的监管，打击非法使用对讲机占用无线电频谱资源的违法行为，减少频谱资源的浪费，迫切需要针对数字对讲机进行监测的软件无线电监测系统。然而，传统的对讲机的监测设备都是针对模拟对讲机设计的，不能满足对数字对讲机信号的解调和分析需求。因此，开发一种可面向数字对讲机进行监测的监测系统，成为目前无线电监测技术领域亟待解决的问题之一。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的对讲机监测系统。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种对讲机监测系统，应用于对对讲机的射频信号进行频谱监测，所述系统包括：天线、与所述天线连接的射频前端、与所述射频前端连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的用户接口单元，其中：

所述天线，用于获取待监测的对讲机的射频信号，并将获取的射频信号传递至所述射频前端；

所述用户接口单元，用于接收用户输入的频率参数和增益参数和用户指示，并将所述频率参数和增益参数以及所述用户指示传输至所述信号处理单元；

所述信号处理单元，用于根据所述用户输入的频率参数和增益参数，产生控制信号，并将所述控制信号传输至所述射频前端；

所述射频前端，用于根据所述控制信号，按照预设的处理策略对所述获取的射频信号进行处理，得到第一指定频率的中频信号，并将所述中频信号输出至所述信号处理单元；以及产生第二指定频率的时钟信号并将所述时钟信号输出至所述信号处理单元，作为所述信号处理单元的工作时钟；

所述信号处理单元，还用于对所述中频信号进行模数转换得到数字化采样数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述采样数据进行快速傅里叶变换FFT计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，对所述FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对所述解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将所述频谱处理数据和所述解码数据传输至所述用户接口单元；当所述用户指示为进行同相/正交IQ数据存储处理时，对所述采样数据进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将所述IQ数据传输至所述用户接口单元；

所述用户接口单元，还用于当所述用户指示为进行频谱显示处理时，输出所述频谱处理数据和所述解码数据，当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，存储所述IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析，从而实现对对讲机的监测。

可选地，所述信号处理单元包括模数转换AD电路、与所述AD电路连接的现场可编程门阵列FPGA、以及与所述FPGA连接的包含数字信号处理器DSP和声码器的DSP-声码器集成模块，其中：

所述AD电路，用于接收所述射频前端输出的中频信号并对其进行模数转换得到所述数字化采样数据；

所述FPGA，用于根据所述频率参数和增益参数，产生所述控制信号，并将所述控制信号传输至所述射频前端；根据所述时钟信号对所述采样数据进行同步，并进行下变频处理得到零中频数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述采样数据进行FFT计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，并将所述FFT计算数据和所述解调数据传输至所述DSP-声码器集成模块；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将所述IQ数据传输至所述DSP-声码器集成模块；

所述DSP-声码器集成模块，用于当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对所述解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将所述频谱处理数据和所述解码数据传输至所述用户接口单元；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，接收所述IQ数据并将其传输至所述用户接口单元。

可选地，所述DSP-声码器集成模块支持多种协议解析功能，并且包含多个不同解析类型的声码器。

可选地，所述协议包括下列至少之一：数字移动无线电DMR、数字专用移动无线电dPMR、数字空中接口协议NXDN、调频FM、调幅AM；

所述声码器类型包括：数字语音系统公司DVSI声码器、清华声码器和解放军理工大学声码器。

可选地，所述射频前端包括射频处理器、频率综合器以及分别与所述射频处理器和所述频率综合器连接的变频处理器，其中：

所述射频处理器，用于根据所述控制信号对所述射频信号进行衰减或放大处理，以及滤波处理；

所述频率综合器，用于根据所述控制信号，产生至少一个本振信号和所述时钟信号，将所述至少一个本振信号输出至所述变频处理器，并将所述时钟信号输出至所述信号处理单元；

所述变频处理器，用于将经所述射频处理器处理后的所述射频信号与所述至少一个本振信号进行至少一次混频得到所述第一指定频率的中频信号，根据所述控制信号对所述中频信号进行预设处理后，输出至所述信号处理单元。

可选地，所述射频处理器按照所述射频信号传输的方向包括低通滤波器、第一射频开关、第二射频开关、镜像抑制滤波器，所述低通滤波器与所述第一射频开关连接，所述第二射频开关与所述镜像抑制滤波器连接，所述射频处理器还包括连接于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间构成第一支路的第一数控衰减器，以及连接于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间、构成与所述第一支路并联的第二支路的顺序连接的限幅器和低噪声放大器LNA；

所述变频处理器包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频电路、第二混频电路、第三中频滤波器和功分器；所述第一混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频器、第一中频滤波器和第二数控衰减器；所述第二混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第二混频器、第二中频滤波器和第三数控衰减器；

所述频率综合器产生的至少一个本振信号包括第一本振信号和第二本振信号，所述第一本振信号和所述第二本振信号被分别输出至所述第一混频器和所述第二混频器，从而经所述射频处理器处理后的所述射频信号在所述第一混频电路中与所述第一本振信号进行第一次混频后，在所述第二混频电路中与所述第二本振信号进行第二次混频得到所述第一指定频率的中频信号；

其中，所述控制信号包括频综控制信号、通道切换控制信号和数控衰减值控制信号；所述第一和第二射频开关响应于所述通道切换控制信号切换至所述第一支路，对所述射频信号进行衰减处理，或切换至所述第二支路，对所述射频信号进行放大处理；所述第一数控衰减器、第二数控衰减器和第三数控衰减器根据所述数控衰减值控制信号设置相应的数控衰减值，从而调整所述射频前端的链路增益；所述频率综合器根据所述频综控制信号进行本振频率的设置。

可选地，所述第一本振信号具有可变的频率，并且所述第二本振信号具有固定的频率。

可选地，所述信号处理单元还包括分别与所述FPGA和所述频率综合器连接的数模转换DA电路，所述DA电路与所述FPGA、所述DSP-声码器集成模块和所述频率综合器构成温度补偿回路，用于控制所述频率综合器的温度补偿功能；其中：

所述频率综合器向所述FPGA发送指示自身温度信息的电压信号；

所述FPGA接收所述电压信号，并将其传输至所述DSP-声码器集成模块；

所述DSP-声码器集成模块中的DSP根据所述电压信号判断所述频率综合器进行温度补偿所需的电压补偿值，并将所述电压补偿值反馈给所述FPGA；

所述FPGA向所述DA电路发送携带所述电压补偿值的指示信息；

所述DA电路根据所述指示信息，向所述频率综合器发送所述电压补偿信号；以及

所述频率综合器接收到所述电压补偿信号后，根据所述电压补偿信号进行温度补偿。

可选地，所述用户接口单元包括进阶精简指令集计算机机器ARM处理器、以及分别与所述ARM处理器连接的显示模块和存储电路，所述显示模块包括互相连接的显示电路和屏幕，其中：

所述ARM处理器，用于接收所述用户输入的频率参数和增益参数和所述用户指示，并将所述频率参数和增益参数以及所述用户指示传输至所述信号处理单元；接收所述信号处理单元传输的所述频谱处理数据和所述解码数据或所述IQ数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述频谱处理数据和所述解码数据进行频谱显示处理，并控制所述显示模块显示所述频谱显示处理结果；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，控制所述存储电路存储所述IQ数据；

所述显示模块，用于在所述ARM处理器的控制下通过所述屏幕实时显示所述频谱显示处理结果；

所述存储电路，用于在所述ARM处理器的控制下存储所述IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析。

可选地，所述用户接口单元还包括与所述ARM处理器连接的音频Audio电路、以及与所述Audio电路连接的扬声器；其中，当所述用户指示为进行频谱显示处理，并且当所述用户触发语音播放功能时，所述ARM处理器控制所述Audio电路通过所述扬声器播放所述解码数据的语音信息。

可选地，所述用户接口单元还包括安全数码SD卡接口、以及连接至所述SD卡接口的SD卡；

所述ARM处理器控制所述存储电路将所述IQ数据存储至所述SD卡中，以供导出至其他设备进行分析。

可选地，所述用户接口单元还包括下列至少之一：网口、通用串行总线USB接口、串口，用于与外部设备进行连接，以通过所述外部设备实现对对讲机的监测。

可选地，所述系统还包括：

辅助功能单元，与所述用户接口单元连接，用于通过与所述用户接口单元的数据和信号交互，实现下列至少之一种功能：

无线保真Wifi连接；全球定位系统GPS定位；温度监测；状态指示。

可选地，所述辅助功能单元包括下列至少之一：

Wifi连接器，用于将所述监测系统与Wifi网络连接；其中，当用户通过所述用户接口单元触发Wifi连接指令时，所述ARM处理器接收所述Wifi连接指令并向所述Wifi连接器发送第一使能信号；所述Wifi连接器在接收到所述第一使能信号后，连接Wifi网络，并将从所述Wifi网络获取的信息传输给所述ARM处理器进行显示处理，从而实现所述监测系统的Wifi连接功能；

GPS定位器，用于定位所述监测系统；其中，当用户通过所述用户接口单元触发GPS定位指令时，所述ARM处理器接收所述GPS定位指令并向所述GPS定位器发送第二使能信号；所述GPS定位器在接收到所述第二使能信号后，对所述监测系统进行GPS定位，并将所述监测系统的定位信息发送至所述ARM处理器进行显示处理，从而实现所述监测系统的GPS定位功能；

温度监测仪和风扇，用于检测所述监测系统各部件的温度，并根据检测到的温度对所述部件进行降温；其中，当用户触发温度监测功能时，所述温度监测仪获取所述监测系统各部件的温度信息，并将所述温度信息传送至所述ARM处理器；所述ARM处理器接收到所述温度信息后，根据所述温度信息确定是否启动所述风扇以及所述风扇启动后的转速，并向所述风扇发送携带所述启动和转速信息的控制信号；所述风扇接收到所述控制信号后，根据所述控制信号运转，对所述部件进行降温，从而实现所述监测系统的温度监测功能；

状态指示灯，用于指示所述监测系统的工作状态和/或所述监测系统的上电状态。

本发明实施例的对讲机监测系统，实现了对对讲机的射频信号的频谱监测。首先，通过射频前端对所获取的射频信号进行混频，得到中频信号，通过信号处理单元对中频信号进行模数转换，并进行FFT计算、解调解码和协议分析，实现了对数字对讲机信号的解析功能。进一步地，通过在信号处理单元采用“FPGA+DSP+声码器”的架构，简单快速地扩展了现有无线电平台针对数字对讲机信号的解析功能，大大降低了研发时间及成本。同时，本系统还兼容对模拟对讲机信号的解析功能，从而不仅满足对数字对讲机信号的监测功能，同时还兼容对模拟对讲机信号的监测功能。

其次，通过用户接口单元进行频谱实时显示和语音信息输出，使用户可实时掌握所监测信号的频谱信息和语音信息，从而有效地监控对讲机对无线电频谱资源的占用情况。同时，用户接口单元还可以提供多种对外接口，从而增强用户与系统的交互体验。

此外，当所监测到的射频信号采用了本系统不支持的信号协议时，还可以通过录制射频信号的IQ数据，并传输至用户接口单元进行存储，以供后续导出至外部设备进行分析，从而进一步扩展了本系统对其他射频信号的监测功能。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的对讲机监测系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明另一实施例的对讲机监测系统的结构示意图；

图3示出了根据本发明一实施例的对讲机监测系统的射频前端的结构示意图；

图4示出了根据本发明一实施例的对讲机监测系统的温度补偿回路的结构示意图；

图5示出了根据本发明又一实施例的对讲机监测系统的结构示意图；以及

图6示出了根据本发明再又一实施例的对讲机监测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如前文介绍，模拟对讲机正逐步被数字对讲机取代，为加强对数字对讲机的监管，开发针对数字对讲机的监测系统迫在眉睫。为解决这一技术问题，本发明实施例还提供了一种对讲机监测系统，能够扩展现有无线电平台针对数字对讲机信号的解析功能，并同时具备对模拟对讲机信号的监测功能。

本发明实施例提供的对讲机监测系统，应用于对对讲机的射频信号进行频谱监测。图1示出了根据本发明一实施例的对讲机监测系统的结构示意图。参见图1，该系统至少可以包括：天线110、与天线110连接的射频前端120、与射频前端120连接的信号处理单元130以及与信号处理单元130连接的用户接口单元140。

天线110，用于获取待监测的对讲机的射频信号，并将获取的射频信号传递至射频前端120；

用户接口单元140，用于接收用户输入的频率参数和增益参数和用户指示，并将该频率参数和增益参数以及用户指示传输至信号处理单元130；

信号处理单元130，用于根据用户输入的频率参数和增益参数，产生控制信号，并将控制信号传输至射频前端120；

射频前端120，用于根据控制信号，按照预设的处理策略对获取的射频信号进行处理，得到第一指定频率的中频信号，并将中频信号输出至信号处理单元；以及产生第二指定频率的时钟信号并将时钟信号输出至信号处理单元130，作为信号处理单元130的工作时钟；

信号处理单元130，还用于对中频信号进行模数转换得到数字化采样数据；当用户指示为进行频谱显示处理时，对采样数据进行FFT(Fast Fourier Transform，快速傅里叶变换)计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，对FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将频谱处理数据和解码数据传输至用户接口单元140；当用户指示为进行IQ(In-phase Quadrature，同相/正交)数据存储处理时，对采样数据进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将IQ数据传输至用户接口单元140；

用户接口单元140，还用于当用户指示为进行频谱显示处理时，输出频谱处理数据和解码数据，当用户指示为进行IQ数据存储处理时，存储IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析，从而实现对对讲机的监测。

本发明实施例提供的对讲机监测系统，扩展了针对数字对讲机的射频信号的解析功能，可以实时输出频谱监测结果，从而实现对数字对讲机信号的监测功能，同时，还兼容对模拟对讲机信号的监测功能；此外，当遇到本系统不支持的信号协议时，还可以通过录制和存储射频信号的IQ数据以供后续导出分析的方式，进一步扩展了对其他射频信号的监测功能。

本发明实施例中，对讲机监测系统可以构建为便携式监测仪，当需要执行对对讲机的监测操作时，可移动至待监测的对讲机的通信范围内获取待监测的对讲机的射频信号进行分析。通过调节天线110的接收频率，可以获取指定频段内的射频信号。

为了能够得到所监测到的射频信号的有效的频谱信息，需要为射频前端120设置适当的频率参数和增益参数。本发明实施例中提及的频率参数可包括射频接收频率和/或监测频率范围，增益参数可包括射频前端的链路衰减值。此外，根据用户的分析需求，可输入用户指示选择进行频谱显示处理或IQ数据存储处理。特别地，当遇到本监测系统不支持的信号协议时，输入用户指示进行IQ数据存储处理，以供导出进行后续分析。上述参数和用户指示的输入可采用触控输入、按键输入、键盘输入等，本发明对此不作限制。

射频前端120根据信号处理单元130基于上述频率参数和增益参数产生的控制信号，按照预设的处理策略对天线110获取的射频信号进行处理，得到第一指定频率的中频信号，以输出至信号处理单元130进行频谱显示处理或IQ数据录制。同时，射频前端120还产生第二指定频率的时钟信号，作为本监测系统的高精度时钟，以得到精确的频谱显示结果。优选地，为了使本监测系统处于最优工作区间，第一指定频率为140MHz，第二指定频率为76.8MHz。

本发明实施例中，当用户指示为进行频谱显示处理时，用户接口单元140输出来自信号处理单元130的频谱处理数据和解码数据。此处提及的输出方式可以包括屏幕显示、语音播放等。通过屏幕显示，用户可获知所监测的对讲机信号的中心频率、带宽、功率等信息。通过语音播放，用户可获知所监测的对讲机信号的语音信息。当用户指示为进行IQ数据存储处理时，用户接口单元140存储来自信号处理单元130的IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析。此处提及的其他设备可包括具有协议解析、频谱分析和显示等功能的计算机。

在本发明的可选实施例中，如图2所示，信号处理单元130可以包括：AD(Analog-to-Digital，模数转换)电路131、与AD电路131连接的FPGA(Field-Programmable GateArray，现场可编程门阵列)、以及与FPGA 132连接的包含DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)和声码器的DSP-声码器集成模块133。

AD电路131，用于接收射频前端120输出的中频信号并对其进行模数转换得到数字化采样数据；

FPGA 132，用于根据上述频率参数和增益参数，产生控制信号，并将该控制信号传输至射频前端120；根据上述时钟信号对采样数据进行同步，并进行下变频处理得到零中频数据；当用户指示为进行频谱显示处理时，对采样数据进行FFT计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，并将FFT计算数据和解调数据传输至DSP-声码器集成模块133；当用户指示为进行IQ数据存储处理时，进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将IQ数据传输至DSP-声码器集成模块133；

DSP-声码器集成模块133，用于当用户指示为进行频谱显示处理时，对FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将频谱处理数据和解码数据传输至用户接口单元140；当用户指示为进行IQ数据存储处理时，接收IQ数据并将其传输至用户接口单元140。

在本发明实施例中，AD电路131采用高速AD芯片AD9265实现对射频前端120输出的中频信号的模数转换得到采样数据。同时，信号处理单元130采用“FPGA+DSP+声码器”架构，实现对采样数据的FFT计算和协议解调、以及频谱处理、语音解码和协议分析，从而简单快速地扩展了现有无线电平台针对数字对讲机信号的解析功能。

在一个优选实施例中，DSP-声码器集成模块133包含多个不同解析类型的声码器，通过多声码器与DSP的配合，实现对多种数字对讲机通信协议和模拟对讲机通信协议的支持，使得本发明实施例的技术方案同时具备对数字对讲机和模拟对讲机信号的解析功能。具体地，可采用三个声码器结合的方案，其中，该三个声码器分别是DVSI(DeutscheVerband der Spielwarenindustrie e.V.，数字语音系统公司)声码器(比如AMBE+2类型)、清华声码器和解放军理工大学声码器。所支持的通信协议包括但不限于数字对讲机通信协议DMR(Digital Mobile Radio，数字移动无线电)、dPMR(digital Private Mobile Radio，数字专用移动无线电)、数字空中接口协议NXDN等，以及模拟对讲机通信协议FM(FrequencyModulation，调频)、AM(Amplitude Modulation，调幅)等。

在本发明的可选实施例中，参见图2，射频前端120可以包括：射频处理器121、频率综合器122、以及分别与射频处理器121和频率综合器122连接的变频处理器123。

射频处理器121，用于根据来自FPGA 132的控制信号对所获取的射频信号进行衰减或放大处理，以及滤波处理；

频率综合器122，用于根据来自FPGA 132的控制信号，产生至少一个本振信号和时钟信号，将该至少一个本振信号输出至变频处理器123，并将该时钟信号输出至信号处理单元130；

变频处理器123，用于将经射频处理器121处理后的射频信号与该至少一个本振信号进行至少一次混频得到第一指定频率的中频信号，根据来自FPGA132的控制信号对该中频信号进行预设处理后，输出至信号处理单元130。

在本发明的可选实施例中，如图3所示，射频处理器121按照射频信号传输的方向可以包括低通滤波器、第一射频开关、第二射频开关、镜像抑制滤波器，低通滤波器与第一射频开关连接，第二射频开关与镜像抑制滤波器连接，射频处理器还包括连接于第一射频开关和第二射频开关之间构成第一支路的第一数控衰减器，以及连接于第一射频开关和第二射频开关之间、构成与第一支路并联的第二支路的顺序连接的限幅器和LNA(Low NoiseAmplifier，低噪声放大器)。

变频处理器123可以包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频电路、第二混频电路、第三中频滤波器和功分器。第一混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频器、第一中频滤波器和第二数控衰减器。第二混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第二混频器、第二中频滤波器和第三数控衰减器。

频率综合器122产生第一本振信号和第二本振信号，并将第一本振信号和第二本振信号分别输出至第一混频器和第二混频器，从而经射频处理器121处理后的射频信号在第一混频电路中与第一本振信号进行第一次混频后，在第二混频电路中与第二本振信号进行第二次混频得到第一指定频率的中频信号。

在上文射频处理器121中，低通滤波器对射频输入信号进行预选，滤除接收带宽外的干扰信号。第一支路和第二支路分别为衰减支路和放大支路，两者依靠第一射频开关和第二射频开关进行切换。第一支路中的第一数控衰减器主要用于防止进入后端变频处理器123的信号功率过大，保证后端电路的线性度。第二支路中的限幅器对LNA进行保护，防止输入LNA的信号功率过大；LNA则对射频信号进行放大，以保证接收链路的噪声系数。镜像抑制滤波器对接收的射频信号的镜像频率进行抑制，从而防止后续在变频处理器123中进行混频的过程中镜像频率落入接收信号带内。

频率综合器122产生第一本振信号和第二本振信号，并将第一本振信号和第二本振信号输出至变频处理器123。相应地，变频处理器123通过第一混频器和第二混频器分别接收第一本振信号和第二本振信号，并利用第一本振信号和第二本振信号对经射频处理器121处理后的射频信号进行两次变频，获得中频信号。

在上文变频处理器123中，第一中频滤波器和第二中频滤波器用于抑制中频信号带宽外的干扰以及混频产生的组合频率。第二数控衰减器和第三数控衰减器用于调节混频电路的链路增益，从而为射频前端120提供接收动态。通过功分器产生两路中频信号输出，其中，一路中频信号输出至信号处理单元130的AD电路131，另一路中频信号则对外输出。

上文提及，FPGA 132根据用户输入的频率参数和增益参数，产生控制信号，并将该控制信号传输至射频前端120，从而控制射频前端120对所获取的射频信号进行处理，得到第一指定频率的中频信号。结合图3所示，该控制信号包括频综控制信号、通道切换控制信号和数控衰减值控制信号。第一和第二射频开关响应于通道切换控制信号切换至第一支路，对射频信号进行衰减处理，或切换至第二支路，对射频信号进行放大处理。第一数控衰减器、第二数控衰减器和第三数控衰减器根据数控衰减值控制信号设置相应的数控衰减值，从而调整射频前端120的链路增益。频率综合器122根据频综控制信号进行本振频率的设置。

在一个可选实施例中，第一本振信号具有可变的频率，并且第二本振信号具有固定的频率。相应地，在变频处理器123中进行的第一次变频处理为可变频率变频，第二次变频处理为固定频率变频，从而使射频前端120可适应所获取的不同频率的射频信号，均得到所期望的第一指定频率的中频信号。

下面结合图3，通过举例，说明频率综合器122产生可变频率的第一本振信号和固定频率的第二本振信号的工作原理。

当用户输入的射频接收频率为400MHz时，FPGA 132根据用户输入的射频接收频率生成相应的频率字作为频综控制信号发送给频率综合器122。频率综合器122根据来自FPGA132的频率字，通过锁相环技术产生第一本振信号和第二本振信号，并将第一本振信号和第二本振信号分别输出至第一混频器和第二混频器。此时，射频前端120的输入射频信号的频率是400MHz，为了得到频率为140MHz的最终输出中频信号，将频率综合器122产生的第二本振信号的频率固定在3,800MHz，则第二混频器的输入，也即第一混频器的输出，应当是3,940MHz，那么，频率综合器122产生的第一本振信号的频率是3,540MHz。同理，当射频接收频率为500MHz时，射频前端120的最终输出中频信号的频率和频率综合器122产生的第二本振信号的频率维持不变，频率综合器122产生的第一本振信号的频率变为3,440MHz。

在本发明的可选实施例中，图2中展示的信号处理单元130还可以包括DA(Digital-to-Analog，数模转换)电路134，DA电路134分别与FPGA 132和频率综合器122连接。如图4所示，DA电路134与FPGA 132、DSP-声码器集成模块133和频率综合器122构成温度补偿回路，用于控制频率综合器122的温度补偿功能。需要说明的是，为了更清楚并简要地展示出上述温度补偿回路，图4中未示出本监测系统除上述温度补偿回路的组成部分之外的部件，本领域技术人员可明了，其他部件的功能以及各部分间的连接关系与上文描述一致。

频谱显示对时钟的精度要求很高，随着射频前端120温度的升高，频率综合器122会产生温漂，因此，需要对频率综合器122进行温度补偿，以显示正确的频率值。下面结合图4，对上述温度补偿回路的工作流程进行说明。

首先，频率综合器122向FPGA 132发送指示自身温度信息的电压信号，具体地，电压信号的范围为0-2.5V。FPGA 132接收到该电压信号后，将该电压信号传输至DSP-声码器集成模块133中的DSP。

接着，DSP-声码器集成模块133中的DSP根据该电压信号判断频率综合器122进行温度补偿所需的电压补偿值，并将该电压补偿值反馈给FPGA 132。FPGA 132接收到DSP反馈的电压补偿值后，向DA电路134发送携带该电压补偿值的指示信息。

然后，DA电路134根据该指示信息，向频率综合器122发送电压补偿信号，具体地，电压补偿信号的范围是0-2.5V。

最后，频率综合器122接收到该电压补偿信号后，根据该电压补偿信号进行温度补偿。

其中，FPGA 132通过I2C(Inter-Integrated Circuit，内部整合电路)总线与DSP-声码器集成模块133中的DSP和DA电路134进行通信。

在本发明的可选实施例中，如图5所示，图1中展示的用户接口单元140可以包括ARM(Advanced RISC(Reduced Instruction Set Computer)Machine，进阶精简指令集计算机机器)处理器141、以及分别与ARM处理器141连接的显示模块142和存储电路143。显示模块142包括互相连接的显示电路和屏幕。

ARM处理器141，用于接收用户输入的频率参数和增益参数和用户指示，并将频率参数和增益参数以及用户指示传输至信号处理单元130；接收信号处理单元130传输的频谱处理数据和解码数据或IQ数据；当用户指示为进行频谱显示处理时，对频谱处理数据和解码数据进行频谱显示处理，并控制显示模块142显示频谱显示处理结果；当用户指示为进行IQ数据存储处理时，控制存储电路143存储IQ数据；

显示模块142，用于在ARM处理器141的控制下通过屏幕实时显示频谱显示处理结果；

存储电路143，用于在ARM处理器141的控制下存储IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析。

上文显示模块142中，屏幕可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示)显示屏或其他类型显示屏，如LED(Light-Emitting Diode，发光二极管)显示屏，本发明对此不作限制。进一步地，屏幕还可以通过集成触控面板而构建为触摸屏，从而方便用户通过屏幕进行参数输入、指令输入等操作，增强用户的交互体验。

在一个可选实施例中，图5所示的用户接口单元140还可以包括与ARM处理器141连接的音频Audio电路、以及与Audio电路连接的扬声器；其中，当用户指示为进行频谱显示处理，并且当用户触发语音播放功能时，ARM处理器141控制Audio电路通过扬声器播放解码数据的语音信息。

在一个可选实施例中，图5所示的用户接口单元140还可以包括安全数码SD卡接口、以及连接至SD卡接口的SD卡。ARM处理器141控制存储电路143将IQ数据存储至SD卡中，以供导出至其他设备进行分析。

在一个可选实施例中，图5所示的用户接口单元140还可以包括下列至少之一：网口、USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)接口、串口，用于与外部设备进行连接，以通过外部设备实现对对讲机的监测。

在实际应用中，可以通过网口或串口将本监测系统与下位机连接，以实现本监测系统与下位机的通信，从而实现通过网口或串口通信，在下位机中进行协议解析、频谱显示等处理，来实现对对讲机信号的监测。USB接口可用于连接U盘，即，USB闪存盘，用于导出用户所需的数据，如IQ数据等，以便将这些数据转移至其他设备进行后续分析。

在本发明的可选实施例中，如图6所示，图5中展示的监测系统还可以包括：

辅助功能单元650，与用户接口单元140连接，用于通过与用户接口单元140的数据和信号交互，实现下列至少之一种功能：Wifi(Wireless Fidelity，无线保真)连接；GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位；温度监测；状态指示。具体地，辅助功能单元650的主芯片可采用MSP430F247。

进一步地，上文图6展示的辅助功能单元650单元可以包括下列至少之一：

Wifi连接器，用于将监测系统与Wifi网络连接；其中，当用户通过用户接口单元触发Wifi连接指令时，ARM处理器接收Wifi连接指令并向Wifi连接器发送第一使能信号；Wifi连接器在接收到第一使能信号后，连接Wifi网络，并将从Wifi网络获取的信息传输给ARM处理器进行显示处理，从而实现监测系统的Wifi连接功能；

GPS定位器，用于定位监测系统；其中，当用户通过用户接口单元触发GPS定位指令时，ARM处理器接收GPS定位指令并向GPS定位器发送第二使能信号；GPS定位器在接收到第二使能信号后，对监测系统进行GPS定位，并将监测系统的定位信息发送至ARM处理器进行显示处理，从而实现监测系统的GPS定位功能；

温度监测仪和风扇，用于检测监测系统各部件的温度，并根据检测到的温度对部件进行降温；其中，当用户触发温度监测功能时，温度监测仪获取监测系统各部件的温度信息，并将温度信息传送至ARM处理器；ARM处理器接收到温度信息后，根据温度信息确定是否启动风扇以及风扇启动后的转速，并向风扇发送携带启动和转速信息的控制信号；风扇接收到控制信号后，根据控制信号运转，对部件进行降温，从而实现监测系统的温度监测功能；

状态指示灯，用于指示监测系统的工作状态和/或监测系统的上电状态。

上文提及的用户触发方式可采用屏幕触摸触发、功能键触发、旋钮触发等，本发明对此不做限制。

根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：

本发明实施例的对讲机监测系统，实现了对对讲机的射频信号的频谱监测。首先，通过射频前端对所获取的射频信号进行混频，得到中频信号，通过信号处理单元对中频信号进行模数转换，并进行FFT计算、解调解码和协议分析，实现了对数字对讲机信号的解析功能。进一步地，通过在信号处理单元采用“FPGA+DSP+声码器”的架构，简单快速地扩展了现有无线电平台针对数字对讲机信号的解析功能，大大降低了研发时间及成本。同时，本系统还兼容对模拟对讲机信号的解析功能，从而不仅满足对数字对讲机信号的监测功能，同时还兼容对模拟对讲机信号的监测功能。

其次，通过用户接口单元进行频谱实时显示和语音信息输出，使用户可实时掌握所监测信号的频谱信息和语音信息，从而有效地监控对讲机对无线电频谱资源的占用情况。同时，用户接口单元还可以提供多种对外接口，从而增强用户与系统的交互体验。

此外，当所监测到的射频信号采用了本系统不支持的信号协议时，还可以通过录制射频信号的IQ数据，并传输至用户接口单元进行存储，以供后续导出至外部设备进行分析，从而进一步扩展了本系统对其他射频信号的监测功能。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

以上所述的实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种对讲机监测系统，应用于对对讲机的射频信号进行频谱监测，其特征在于，所述系统包括：天线、与所述天线连接的射频前端、与所述射频前端连接的信号处理单元以及与所述信号处理单元连接的用户接口单元，其中：

所述天线，用于获取待监测的对讲机的射频信号，并将获取的射频信号传递至所述射频前端；

所述用户接口单元，用于接收用户输入的频率参数和增益参数和用户指示，并将所述频率参数和增益参数以及所述用户指示传输至所述信号处理单元；

所述信号处理单元，用于根据所述用户输入的频率参数和增益参数，产生控制信号，并将所述控制信号传输至所述射频前端；

所述射频前端，用于根据所述控制信号，按照预设的处理策略对所述获取的射频信号进行处理，得到第一指定频率的中频信号，并将所述中频信号输出至所述信号处理单元；以及产生第二指定频率的时钟信号并将所述时钟信号输出至所述信号处理单元，作为所述信号处理单元的工作时钟；

所述信号处理单元，还用于对所述中频信号进行模数转换得到数字化采样数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述采样数据进行快速傅里叶变换FFT计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，对所述FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对所述解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将所述频谱处理数据和所述解码数据传输至所述用户接口单元；当所述用户指示为进行同相/正交IQ数据存储处理时，对所述采样数据进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将所述IQ数据传输至所述用户接口单元；

所述用户接口单元，还用于当所述用户指示为进行频谱显示处理时，输出所述频谱处理数据和所述解码数据，当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，存储所述IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析，从而实现对对讲机的监测；

其中，所述射频前端包括射频处理器、频率综合器以及分别与所述射频处理器和所述频率综合器连接的变频处理器，其中：

所述射频处理器，用于根据所述控制信号对所述射频信号进行衰减或放大处理，以及滤波处理；

所述频率综合器，用于根据所述控制信号，产生至少一个本振信号和所述时钟信号，将所述至少一个本振信号输出至所述变频处理器，并将所述时钟信号输出至所述信号处理单元；

所述变频处理器，用于将经所述射频处理器处理后的所述射频信号与所述至少一个本振信号进行至少一次混频得到所述第一指定频率的中频信号，根据所述控制信号对所述中频信号进行预设处理后，输出至所述信号处理单元；

所述信号处理单元包括模数转换AD电路、与所述AD电路连接的现场可编程门阵列FPGA、以及与所述FPGA连接的包含数字信号处理器DSP和声码器的DSP-声码器集成模块；并且

所述信号处理单元还包括分别与所述FPGA和所述频率综合器连接的数模转换DA电路，所述DA电路与所述FPGA、所述DSP-声码器集成模块和所述频率综合器构成温度补偿回路，用于控制所述频率综合器的温度补偿功能；其中：

所述频率综合器向所述FPGA发送指示自身温度信息的电压信号；

所述FPGA接收所述电压信号，并将其传输至所述DSP-声码器集成模块；

所述DSP-声码器集成模块中的DSP根据所述电压信号判断所述频率综合器进行温度补偿所需的电压补偿值，并将所述电压补偿值反馈给所述FPGA；

所述FPGA向所述DA电路发送携带所述电压补偿值的指示信息；

所述DA电路根据所述指示信息，向所述频率综合器发送电压补偿信号；以及

所述频率综合器接收到所述电压补偿信号后，根据所述电压补偿信号进行温度补偿。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其特征在于，所述AD电路，用于接收所述射频前端输出的中频信号并对其进行模数转换得到所述数字化采样数据；

所述FPGA，用于根据所述频率参数和增益参数，产生所述控制信号，并将所述控制信号传输至所述射频前端；根据所述时钟信号对所述采样数据进行同步，并进行下变频处理得到零中频数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述采样数据进行FFT计算和协议解调，分别得到FFT计算数据和解调数据，并将所述FFT计算数据和所述解调数据传输至所述DSP-声码器集成模块；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，进行IQ数据的录制得到IQ数据，并将所述IQ数据传输至所述DSP-声码器集成模块；

所述DSP-声码器集成模块，用于当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述FFT计算数据进行频谱处理得到频谱处理数据，对所述解调数据进行解码和协议分析得到解码数据，并将所述频谱处理数据和所述解码数据传输至所述用户接口单元；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，接收所述IQ数据并将其传输至所述用户接口单元。

3.根据权利要求2所述的监测系统，其特征在于，所述DSP-声码器集成模块支持多种协议解析功能，并且包含多个不同解析类型的声码器。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其特征在于，所述协议包括下列至少之一：数字移动无线电DMR、数字专用移动无线电dPMR、数字空中接口协议NXDN、调频FM、调幅AM；

所述声码器类型包括：数字语音系统公司DVSI声码器、清华声码器和解放军理工大学声码器。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的监测系统，其特征在于，

所述射频处理器按照所述射频信号传输的方向包括低通滤波器、第一射频开关、第二射频开关、镜像抑制滤波器，所述低通滤波器与所述第一射频开关连接，所述第二射频开关与所述镜像抑制滤波器连接，所述射频处理器还包括连接于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间构成第一支路的第一数控衰减器，以及连接于所述第一射频开关和所述第二射频开关之间、构成与所述第一支路并联的第二支路的顺序连接的限幅器和低噪声放大器LNA；

所述变频处理器包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频电路、第二混频电路、第三中频滤波器和功分器；所述第一混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第一混频器、第一中频滤波器和第二数控衰减器；所述第二混频电路包括沿信号传输方向顺序连接的第二混频器、第二中频滤波器和第三数控衰减器；

所述频率综合器产生的至少一个本振信号包括第一本振信号和第二本振信号，所述第一本振信号和所述第二本振信号被分别输出至所述第一混频器和所述第二混频器，从而经所述射频处理器处理后的所述射频信号在所述第一混频电路中与所述第一本振信号进行第一次混频后，在所述第二混频电路中与所述第二本振信号进行第二次混频得到所述第一指定频率的中频信号；

其中，所述控制信号包括频综控制信号、通道切换控制信号和数控衰减值控制信号；所述第一和第二射频开关响应于所述通道切换控制信号切换至所述第一支路，对所述射频信号进行衰减处理，或切换至所述第二支路，对所述射频信号进行放大处理；所述第一数控衰减器、第二数控衰减器和第三数控衰减器根据所述数控衰减值控制信号设置相应的数控衰减值，从而调整所述射频前端的链路增益；所述频率综合器根据所述频综控制信号进行本振频率的设置。

6.根据权利要求5所述的监测系统，其特征在于，所述第一本振信号具有可变的频率，并且所述第二本振信号具有固定的频率。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的监测系统，其特征在于，所述用户接口单元包括进阶精简指令集计算机机器ARM处理器、以及分别与所述ARM处理器连接的显示模块和存储电路，所述显示模块包括互相连接的显示电路和屏幕，其中：

所述ARM处理器，用于接收所述用户输入的频率参数和增益参数和所述用户指示，并将所述频率参数和增益参数以及所述用户指示传输至所述信号处理单元；接收所述信号处理单元传输的所述频谱处理数据和所述解码数据或所述IQ数据；当所述用户指示为进行频谱显示处理时，对所述频谱处理数据和所述解码数据进行频谱显示处理，并控制所述显示模块显示所述频谱显示处理结果；当所述用户指示为进行IQ数据存储处理时，控制所述存储电路存储所述IQ数据；

所述显示模块，用于在所述ARM处理器的控制下通过所述屏幕实时显示所述频谱显示处理结果；

所述存储电路，用于在所述ARM处理器的控制下存储所述IQ数据以供后续导出至其他设备进行分析。

8.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述用户接口单元还包括与所述ARM处理器连接的音频Audio电路、以及与所述Audio电路连接的扬声器；其中，当所述用户指示为进行频谱显示处理，并且当所述用户触发语音播放功能时，所述ARM处理器控制所述Audio电路通过所述扬声器播放所述解码数据的语音信息。

9.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述用户接口单元还包括安全数码SD卡接口、以及连接至所述SD卡接口的SD卡；

所述ARM处理器控制所述存储电路将所述IQ数据存储至所述SD卡中，以供导出至其他设备进行分析。

10.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述用户接口单元还包括下列至少之一：网口、通用串行总线USB接口、串口，用于与外部设备进行连接，以通过所述外部设备实现对对讲机的监测。

11.根据权利要求7所述的监测系统，其特征在于，所述系统还包括：

辅助功能单元，与所述用户接口单元连接，用于通过与所述用户接口单元的数据和信号交互，实现下列至少之一种功能：

无线保真Wifi连接；全球定位系统GPS定位；温度监测；状态指示。

12.根据权利要求11所述的监测系统，其特征在于，所述辅助功能单元包括下列至少之一：

Wifi连接器，用于将所述监测系统与Wifi网络连接；其中，当用户通过所述用户接口单元触发Wifi连接指令时，所述ARM处理器接收所述Wifi连接指令并向所述Wifi连接器发送第一使能信号；所述Wifi连接器在接收到所述第一使能信号后，连接Wifi网络，并将从所述Wifi网络获取的信息传输给所述ARM处理器进行显示处理，从而实现所述监测系统的Wifi连接功能；

GPS定位器，用于定位所述监测系统；其中，当用户通过所述用户接口单元触发GPS定位指令时，所述ARM处理器接收所述GPS定位指令并向所述GPS定位器发送第二使能信号；所述GPS定位器在接收到所述第二使能信号后，对所述监测系统进行GPS定位，并将所述监测系统的定位信息发送至所述ARM处理器进行显示处理，从而实现所述监测系统的GPS定位功能；

温度监测仪和风扇，用于检测所述监测系统各部件的温度，并根据检测到的温度对所述部件进行降温；其中，当用户触发温度监测功能时，所述温度监测仪获取所述监测系统各部件的温度信息，并将所述温度信息传送至所述ARM处理器；所述ARM处理器接收到所述温度信息后，根据所述温度信息确定是否启动所述风扇以及所述风扇启动后的转速，并向所述风扇发送携带所述启动和转速信息的控制信号；所述风扇接收到所述控制信号后，根据所述控制信号运转，对所述部件进行降温，从而实现所述监测系统的温度监测功能；

状态指示灯，用于指示所述监测系统的工作状态和/或所述监测系统的上电状态_。

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