CN110333520A

CN110333520A - 综合干扰信号模拟系统

Info

Publication number: CN110333520A
Application number: CN201910581400.9A
Authority: CN
Inventors: 刘颖良; 王润元; 王希臣
Original assignee: QINGDAO AEROSPACE SEMICONDUCTOR RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Current assignee: QINGDAO AEROSPACE SEMICONDUCTOR RESEARCH INSTITUTE Co Ltd
Priority date: 2019-06-29
Filing date: 2019-06-29
Publication date: 2019-10-15

Abstract

本发明涉及综合干扰信号模拟系统，其包括外接220V市电供电的开关电源、各个工作模块、以及与开关电源电连接且用于给各个模块的供电的二次电压调整电路；工作模块包括GNSS多制式的干扰机、安装有干扰控制软件的上位控制计算机、安装有综合控制软件的综合控制系统、以及安装有高增益定向发射的天线的支撑架；综合控制系统的综合控制软件与上位控制计算机的干扰控制软件通讯连接，上位控制计算机的干扰控制软件与GNSS多制式干扰机通讯连接，GNSS多制式干扰机通过高增益定向发射天线通讯连接导航接收终端。

Description

综合干扰信号模拟系统

技术领域

本发明涉及一种GNSS多制式干扰设备，具体涉及综合干扰信号模拟系统。

背景技术

目前，GNSS导航终端一般采用自适应调零、数字波束形成等技术以提高各类终端的抗干扰能力，GNSS导航接收终端抗干扰性能需要通过抗干扰试验来测试和评估。目前国内的干扰技术只能针对民用的C／A码，对于P码的干扰尚在研究中。民用的C／A码干扰机的理论和仿真已经做了很多，在对接收机的干扰这种干扰方式上手段是多样化的，采用两种完全不同的干扰体制，一种是压制性干扰，一种是模拟性干扰或迷惑性干扰，通常称欺骗性干扰。从技术角度来看，压制式干扰不需要知道伪码信息，实现起来较欺骗式干扰容易。从隐蔽性来看，压制式干扰很容易被反辐射设备侦察到，装有干扰自动监测功能的接收机也可以发现压制式干扰的存在；欺骗式干扰由于并不发射强功率信号，所以不容易被侦测到。从成本来看，压制式干扰机随发射功率减小而制作成本随之大幅度降低，如果采用小功率压制式干扰机组网策略的话，可以大面积使用；而欺骗式干扰机技术含量高，设备复杂，成本极高，不易大量使用。因此，虽然欺骗式干扰对于搜索状态下的接收机能够取得比较好的干扰效果，达到迷惑地方的目的，且有较好的隐蔽性，但是从总体来看，压制式干扰与欺骗式干扰比较起来，压制式干扰具有更多的优越性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种综合干扰信号模拟系统及方法。本发明可以利用多台设备同时工作，上位机控制软件电脑端通过232转422转换器转接信号，此方案操作繁琐，需要外接转换器，多台干扰机同时使用，占用空间较大，耗能较多，噪声大，调试困难，不方便搬运等。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种综合干扰信号模拟系统，包括外接220V市电供电的开关电源、各个工作模块、以及与开关电源电连接且用于给各个模块的供电的二次电压调整电路；工作模块包括GNSS多制式的干扰机、安装有干扰控制软件的上位控制计算机、安装有综合控制软件的综合控制系统、以及安装有高增益定向发射的天线的支撑架；

综合控制系统的综合控制软件与上位控制计算机的干扰控制软件通讯连接，上位控制计算机的干扰控制软件与GNSS多制式干扰机通讯连接，GNSS多制式干扰机通过高增益定向发射天线通讯连接导航接收终端；

GNSS多制式的干扰机包括多路干扰信号发生器、以及分别与多路干扰信号发生器电连接的多路数控电调功率放大器与综合控制显示单元。

作为上述技术方案的进一步改进：

干扰控制软件独立工作或是集成到其他软件中，用于实现控制多路干扰信号发生器与多路数控电调功率放大器的参数设置，具有统一的时序基准，实现多单元对导航接收终端的脉冲干扰。

GNSS多制式干扰机有多个独立非相干的通道；每个通道的干扰信号发生器控制产生5种GNSS频段与1种RDSS频段的多种制式的压制式干扰信号，压制式干扰信号上变频到符合试验要求的GNSS系统工作频段后，进入数控电调功率放大器，并通过综合控制显示单元实现各路干扰信号发生器的频段设置与信号制式设置。

GNSS多制式干扰机的各个通道通过综合控制显示单元与上位机控制软件独立进行设置控制。

多路干扰信号发生器放置在多块电路板上，多路干扰信号发生器的本振源分别独立，对应多路数控电调功率放大器分别设计调试。

GNSS多制式干扰机包括GNSS干扰信号发生器的载波信号发生器、锁相环、调制器、数模变换器、混频器、样式控制器、调整信号发生器、综合控制显示单元、电源模块、以及本振信号；

载波信号发生器的发生信号，经过锁相环进行频率合成后，输出给调制器实现振荡同步，数模变换器将调制信号进行数模变换，最后经过混频器输出GPS/GLONASS/BD2 B1/B2/B3/S干扰信号；

综合控制显示单元作为交互界面控制电源的输入，综合控制显示单元分别通过样式控制器控制锁相环，通过调整信号发生器控制调整信号发生器，对本振信号进行时钟控制，本振信号在混频器与数模变换器进行混频处理与输出。

GNSS干扰信号发生器包括安装在电路板上的DSP模块、FPGA模块、数模变换的高速DAC模块、上变频模块、以及功率预放模块；

GNSS干扰信号发生器的各路相互独立，且同时覆盖L与S频段；

FPGA模块、DSP模块分别电连接外扩存储器与外扩接口，DSP模块与FPGA模块进行数据互通，FPGA模块、高速DAC模块、上变频模块、以及功率预放模块依次电连接将信号发送输出。

多路数控电调功率放大器根据L频段与S频段分段设置；；线根据L频段与S频段发射分段设置，并采取螺旋天线。

干扰系统控制软件，用于显示该系统中各个干扰机的实时状态和控制该系统中各个干扰机的相关设置，便于用户对干扰机的控制，干扰控制软件与综合控制软件进行信息交互，为综合控制软件提供参数信息；

干扰控制软件以独立的可执行程序存在，布署在独立的计算机中，用于显示综合干扰系统中各个干扰机的实时状态和实时控制综合干扰系统中各个干扰机的相关设置，并与综合控制软件进行实时通信。

上位控制计算机与干扰机之间通过RS232、RS422或RS485串口进行通信，可实时查询综合控制系统中各个干扰机的工作状态，并可实时控制各个干扰机的开关及参数；

干扰控制软件处于被综合控制软件监听状态，并等待综合控制软件下达指令，收到指令后及时进行指令上报综合控制软件；

干扰机的12路独立的信号发射端集成在安装壳体中，通过屏蔽隔离板将多路干扰信号发生器与干扰机实现物理隔离；干扰机以自然散热为主，当温度达到设定门限时启动风冷措施；

干扰控制软件的整体构架包括

初始化模块，用于启动功能；通信模块，用于与综合控制软件以及干扰机进行通信；参数设置模块，用于设置干扰机及使用场景的参数；日志记录模块，用于干扰机工作日志记录及回放；综合控制显示单元输入对应干扰机的参数，显示模块，用于显示空间场景及干扰机设置显示。本发明系统研制的12通道GNSS综合干扰机，可模拟目前国内外典型的压制式GNSS干扰装备干扰信号制式，可模拟目前典型的GNSS频段内非故意干扰信号制式，能够满足微波暗室内的电磁兼容要求，以适应对各类GNSS导航接收终端抗干扰性能测试的需要。12通道GNSS干扰机用于在抗干扰试验过程中精确产生针对GPS、GLONASS、BD2的各类压制式干扰信号，是抗干扰试验的重要保障设备，该干扰机能够同时产生12路独立非相干的压制式干扰信号。

目前，GNSS多制式干扰设备在实现压制式干扰时大多是单个干扰机发送单个干扰信号，若要进行多个干扰信号的发送只能是利用多台设备同时工作，上位机控制软件电脑端只能通过232转422转换器转接信号，设备操作不便，占用空间较大，调试困难，及不方便搬运等缺点。12个通道能够独立工作，通过系统自身控制显示单元，控制参数设置与工作状态，开展抗干扰测试工作；能够集成到整机系统中，通过上位机控制软件，控制参数设置与工作状态，开展抗干扰测试工作；上位机控制软件可实现对干扰系统任意一路工作状态的控制与参数的设置，软件可以集成到暗室综合控制软件中，干扰系统采用数字化显控，可脱离上位机控制软件独立工作；上位机控制软件具有室内干扰场景与多功能干扰机工作状态的存储与查询功能；上位机控制软件具有脚本文件生成处理功能，可以按预设流程控制各个干扰通道的参数设置与工作状态。

本发明的有益效果在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。

附图说明

图1是本发明的运行图。

图2是本发明的实现原理框图。

图3是本发明硬件设计原理框图。

图4是本发明软件处理流程图。

图5是本发明软件结构图。

图6是本发明软件内部接口图。

具体实施方式

如图1-6所示，本实施例的系统包括外接220V市电供电的开关电源、各个工作模块、以及与开关电源电连接且用于给各个模块的供电的二次电压调整电路；

工作模块包括GNSS多制式干扰机、安装有干扰控制软件的上位控制计算机、安装有综合控制软件的综合控制系统、以及安装有高增益定向发射天线的支撑架；

GNSS多制式干扰机包括多路干扰信号发生器、以及分别与多路干扰信号发生器电连接的多路数控电调功率放大器与综合控制显示单元；

干扰控制软件独立工作或是集成到其他软件中，用于实现控制多路干扰信号发生器与多路数控电调功率放大器的参数设置，具有统一的时序基准，实现多个单元对导航接收终端的多方向、多体制、组合式、闪烁式脉冲干扰。

GNSS多制式干扰机有多个独立非相干的通道；每个通道的干扰信号发生器控制产生5种GNSS频段与1种RDSS频段的多种制式的压制式干扰信号，最后，压制式干扰信号上变频到符合试验要求的GNSS系统工作频段后，进入数控电调功率放大器，并通过综合控制显示单元实现各路干扰信号发生器的频段设置与信号制式设置。

GNSS多制式干扰机的各个通道通过综合控制显示单元与上位机控制软件独立进行设置控制，相互之间的参数设置与功率控制无任何相关性。

综合考虑GNSS多制式干扰机的制造设计成本、整机构造布局、电磁兼容要求与实际应用过程中维护升级的需要，多路干扰信号发生器放置在多块电路板上，多路干扰信号发生器的本振源分别独立，对应多路数控电调功率放大器分别设计调试。

由于优选12路通道的设计，实现方式相同，因此GNSS多制式干扰机的设计研制主要包括三项内容：单路干扰信号发生器的设计实现、单路数控电调功率放大器的设计实现、综合控制显示单元的设计实现。

GNSS多制式干扰机其主要实现原理框图2。

GNSS多制式干扰机包括GNSS干扰信号发生器的载波信号发生器、锁相环、调制器、数模变换器、混频器、样式控制器、调整信号发生器、综合控制显示单元、电源模块、本振信号；

载波信号发生器的发生信号，经过锁相环进行频率合成实现振荡同步后，输出给调制器，数模变换器将调制信号进行数模变换，最后经过混频器输出GPS/GLONASS/BD2 B1/B2/B3/S干扰信号；

本发明利用锁相环可以实现可输出宽频率范围信号，频率变化步进较小，频率跳变速度较快，调制器进行调制实现远距离传输。

GNSS干扰信号发生器的硬件设计原理框图如图3所示。

GNSS干扰信号发生器的各路相互独立，且同时覆盖L与S频段；

FPGA模块、DSP模块分别电连接外扩存储器与外扩接口，DSP模块与FPGA模块进行数据互通，FPGA模块、高速DAC模块、上变频模块、以及功率预放模块依次电连接将信号发送输出；

GNSS干扰信号发生器主要实现各种载波信号、调制信号与控制信号的产生，基带和中频信号调制，数模变换，上变频与功率预放等，此外还包括电源模块与调试接口等。

根据GNSS干扰机的主要应用方式，本系统作为多路多通道射频信号输出设备，其电磁兼容设计是其中的一个关键难点。干扰机各个通道端口的最大输出功率若要达到30dBm（1W），基于设备可靠性、可行性、成熟度的综合分析论证，采取如下措施：

1）多路数控电调功率放大器根据L频段与S频段分段设置；

若L频段与S频段不采取分段设计，则该放大器的工作频段要求覆盖1100MHz-2550MHz，此带宽的瓦级功率放大器目前国内没有成熟的产品，其带内平坦度波动大，最大输出功率难以做高，输出驻波大，质量和稳定性无法保障。

为了解决上述一系列问题，射频放大器采取L、S分频段设计，设计完成后再合路的方式。此方法中L、S频段放大器与合路器设计技术成熟，并已经经过实用检验，完全可以保证实际使用的可靠性与稳定性。

2）天线根据L频段与S频段发射分段设置。

根据实际实验测试需求，天线需要具有较高的增益，较窄的波瓣宽度以降低测试过程中各种散射折射信号的影响，由于L频段与S频段信号的频率跨度大，采取单一天线无法实现上述要求，由此采取天线分段设计的方式，采取螺旋天线。

干扰系统控制软件，用于显示该系统中各个干扰机的实时状态和控制该系统中各个干扰机的相关设置，便于用户对整个干扰机的控制，干扰控制软件可与综合控制软件进行信息交互，为综合控制软件提供必要的参数信息。干扰控制软件以独立的可执行程序存在，布署在独立的计算机中，用于显示各个干扰机的实时状态和实时控制各个干扰机的相关设置，并与综合控制软件进行实时通信。

干扰控制软件与干扰机之间通过RS232、RS422或RS485串口进行通信，可实时查询各个干扰机的工作状态，并可实时控制各个干扰机的开关及各种参数。

干扰控制软件与综合控制软件之间通过RS232、RS422或RS485串口进行通信，干扰控制软件一直处于监听状态，等待综合控制软件下达指令，收到指令后及时进行指令上报。

干扰控制软件其处理流程如图4所示。图5是干扰控制软件结构图，图6干扰控制软件内部接口图。

系统将12路独立的信号发射端集成在一个设备中，主机内含有大量的数字电路系统，将大功率放大器与干扰机实现物理隔离，整机的电磁干扰问题迎刃而解。在测试需求时，通过外接大功率放大器，将干扰机的功耗大幅度降低。

由于干扰机的功耗较低，干扰机只需以自然散热为主，只有当设备温度达到设定门限时才需要启动风冷措施。此设计即可以降低系统功耗与设计风险，又可以降低环境噪声。根据实际实验测试的需求，天线需要具有较高的增益，采取天线分段设计的方式，分别采取L频段和S频段螺旋天线。

系统既可以采用干扰机控制面板独立工作，又可以通过上位机控制软件控制干扰机运行，通过上位机控制软件控制干扰机，操作简单。

设备采用模块化技术，集成度高，将12个通道集成在一台设备中，既可以通过上位机控制软件控制干扰机运行，又可以采用干扰机控制面板独立工作，操作简单，占地空间少，节能降耗，方便搬运，减少噪声等优点。

本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种综合干扰信号模拟系统，其特征在于：包括外接220V市电供电的开关电源、各个工作模块、以及与开关电源电连接且用于给各个模块的供电的二次电压调整电路；工作模块包括GNSS多制式的干扰机、安装有干扰控制软件的上位控制计算机、安装有综合控制软件的综合控制系统、以及安装有高增益定向发射的天线的支撑架；

2.利要求1所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: 干扰控制软件独立工作或是集成到其他软件中，用于实现控制多路干扰信号发生器与多路数控电调功率放大器的参数设置，具有统一的时序基准，实现多单元对导航接收终端的脉冲干扰。

3.据权利要求2所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: GNSS多制式干扰机有多个独立非相干的通道；每个通道的干扰信号发生器控制产生5种GNSS频段与1种RDSS频段的多种制式的压制式干扰信号，压制式干扰信号上变频到符合试验要求的GNSS系统工作频段后，进入数控电调功率放大器，并通过综合控制显示单元实现各路干扰信号发生器的频段设置与信号制式设置。

4.据权利要求3所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: GNSS多制式干扰机的各个通道通过综合控制显示单元与上位机控制软件独立进行设置控制。

5.据权利要求4所述的综合干扰信号模拟系统及方法，其特征在于:多路干扰信号发生器放置在多块电路板上，多路干扰信号发生器的本振源分别独立，对应多路数控电调功率放大器分别设计调试。

6.据权利要求5所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: GNSS多制式干扰机包括GNSS干扰信号发生器的载波信号发生器、锁相环、调制器、数模变换器、混频器、样式控制器、调整信号发生器、综合控制显示单元、电源模块、以及本振信号；

7.根据权利要求6所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: GNSS干扰信号发生器包括安装在电路板上的DSP模块、FPGA模块、数模变换的高速DAC模块、上变频模块、以及功率预放模块；

GNSS干扰信号发生器的各路相互独立，且同时覆盖L与S频段；

8.据权利要求7所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: 多路数控电调功率放大器根据L频段与S频段分段设置；；线根据L频段与S频段发射分段设置，并采取螺旋天线。

9.据权利要求8所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: 干扰系统控制软件，用于显示该系统中各个干扰机的实时状态和控制该系统中各个干扰机的相关设置，便于用户对干扰机的控制，干扰控制软件与综合控制软件进行信息交互，为综合控制软件提供参数信息；

10.据权利要求9所述的综合干扰信号模拟系统，其特征在于: 上位控制计算机与干扰机之间通过RS232、RS422或RS485串口进行通信，可实时查询综合控制系统中各个干扰机的工作状态，并可实时控制各个干扰机的开关及参数；

干扰控制软件的整体构架包括

初始化模块，用于启动功能；通信模块，用于与综合控制软件以及干扰机进行通信；参数设置模块，用于设置干扰机及使用场景的参数；日志记录模块，用于干扰机工作日志记录及回放；综合控制显示单元输入对应干扰机的参数，显示模块，用于显示空间场景及干扰机设置显示。