CN110492895A - 一种短波多通道并行直接采集接收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种短波多通道并行直接采集接收系统，包括电源单元、射频信号处理单元、数字信号处理单元，所述电源单元为系统供电，射频信号处理单元包括依次连接的输入保护电路、30MHz低通滤波器、八路预选多工滤波器、八路数控衰减器、八路前置高线性低噪声放大器、时钟电路，数字信号处理单元包括依次连接的八路ADC采样电路、FPGA电路、DSP电路、音频线路输出电路，八路ADC采样电路与八路前置高线性低噪声放大器一一对应连接，DSP电路连有网络接口，DSP电路与上位机相互通讯。本发明既能充分利用短波全频段信号直接采集接收系统完全宽开的优势，又能解决抗干扰性不足的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电子信息技术领域，具体来说，涉及一种短波多通道并行直接采集接收系统。
背景技术
在短波信号技术侦察领域，目前发展的主流趋势是实现对短波信号全方向、全频段、全时域、全要素的侦察与截获。传统上，对短波信号的侦察与截获依赖的主要硬件平台是短波超外差接收机，因其存在变频单元，电路结构相对复杂，同时亦不能满足全频段实时覆盖接收的需求，不适用于宽带信号侦察场所。采用基于软件无线电架构的短波信号直接采集接收技术能实现瞬时带宽实时全频段覆盖，且电路形式更加简洁，有利于增强接收系统的可靠性，电路中的相位噪声更低，接收系统的动态范围更大，能有效提升对短波信号侦察与截获能力，且适应对侦察设备网格化的需求。
短波全频段信号直接采集接收系统通过前端低噪声大动态放大器，将微弱射频信号预处理到ADC芯片满量程电平附近，可充分利用ADC芯片的动态范围，采集后的数据经过数字后处理之后通过网口或光纤口实时传送到各终端服务器。但由于接收系统在射频前端的完全宽开性，无法彻底滤除带外的各种干扰信号，会带来增加后端数据处理压力的问题，存在抗干扰性不足的缺点。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种短波多通道并行直接采集接收系统，基于软件无线电架构技术，既能充分利用短波全频段信号直接采集接收系统完全宽开的优势，又能解决抗干扰性不足的问题。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种短波多通道并行直接采集接收系统，包括电源单元、射频信号处理单元、数字信号处理单元，所述电源单元为系统供电，所述射频信号处理单元包括依次连接的输入保护电路、30MHz低通滤波器、八路预选多工滤波器、八路数控衰减器、八路前置高线性低噪声放大器、时钟电路，所述数字信号处理单元包括依次连接的八路ADC采样电路、FPGA电路、DSP电路、音频线路输出电路，所述八路ADC采样电路与八路前置高线性低噪声放大器一一对应连接，所述DSP电路连有网络接口，所述DSP电路与上位机相互通讯。
进一步的，所述输入保护电路包括陶瓷气体放电管、检波切换电路和TVS管，所述检波切换电路在输入信号超过+25dBm时自动切换到保护模式，所述陶瓷气体放电管采用EPCOS－EC90X，所述TVS管采用GBLCSC03。
进一步的，所述30MHz低通滤波器由11阶LC网络组成。
进一步的，所述八路预选多工滤波器划分成八个亚倍频子波段，所述八个子波段划分为1.5～2.2MHz、2.2～3.0MHz、3.0～4.5MHz、4.5～6.6MHz、6.6～10.0MHz、10.0～15.0MHz、15.0～22.0MHz、22.0～30.0MHz。
进一步的，所述八路数控衰减器选型为DAT-31-PP。
进一步的，所述八路前置高线性低噪声放大器采用平衡式推挽电路结构，单管电路采用无源负反馈形式，磁芯材料采用双孔磁芯287300240，线圈匝数比为1:19:5，晶体管采用2N5109。
进一步的，所述时钟电路的时钟频率为78.6432MHz。
进一步的，所述八路ADC采样电路并行同步完成对八路射频信号的数据采样处理任务，所述八路ADC采样电路采用的ADC芯片为AD9265。
进一步的，所述FPGA电路完成对八个射频直接采样通道的AGC控制，对八路原始采样信号进行FIR滤波、频谱搬移、数据抽取，以降低每路信号的采样速率。
进一步的，所述DSP电路完成千兆网络接口通讯功能，传输数据至上位机界面和服务器终端，同时接收上位机界面下发的各种操作指令。
本发明的有益效果：
既能充分利用短波全频段信号直接采集接收系统完全宽开的优势，又能解决抗干扰性不足的问题。
一方面，在模拟域，短波全频段信号被划分成八个子波段分别进行滤波放大预处理送至采集端；另一方面，在数字域，采用数据拼接技术，完美重建恢复短波全频段信号，并进行相应的数字信号后处理，送至相应终端端口。
在对短波全频段信号划分成若干子波段进行射频直接采集的情况下，接收系统依然可以保证在工作期间瞬时带宽始终实时全频段覆盖，解决了抗干扰性和全频段覆盖接收之间的矛盾。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统的完整信号处理流程图。
图2是根据本发明实施例所述的八路预选多工滤波器的电路结构示意图。
图3是根据本发明实施例所述的前置高线性低噪声放大器的电路结构示意图。
图4是根据本发明实施例所述的数字信号处理单元的电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，主要由射频信号处理单元、数字信号处理单元和电源单元组成。所述电源单元为系统供电，所述射频信号处理单元包括依次连接的输入保护电路、30MHz低通滤波器、八路预选多工滤波器、八路数控衰减器、八路前置高线性低噪声放大器、时钟电路，所述数字信号处理单元包括依次连接的八路ADC采样电路、FPGA电路、DSP电路、音频线路输出电路，所述八路ADC采样电路与八路前置高线性低噪声放大器一一对应连接，所述DSP电路连有网络接口，所述DSP电路与上位机相互通讯。
如图2所示，短波多通道并行直接采集接收系统中的八路预选多工滤波器主要用来将短波全频段信号划分为八个子波段。首先将短波全频段信号通过功分器ADP-2-1一分为二，每一支路的信号通过四个恒阻滤波器实现波段的划分，共形成1.5～2.2MHz、2.2～3.0MHz、3.0～4.5MHz、4.5～6.6MHz、6.6～10.0MHz、10.0～15.0MHz、15.0～22.0MHz、22.0～30.0MHz八个子波段，其中，每一恒阻滤波器由互补形式的带通滤波器和带阻滤波器并联而成，由于各子波段均采用亚倍频划分模式，能有效提升接收系统的输入二阶截点值，每一个子波段的信号送至一个ADC电路并行进行同步数据采集。
如图3所示，短波多通道并行直接采集接收系统中的全频段前置高线性低噪声放大器采用平衡式推挽电路结构，单管电路采用无源负反馈形式，磁芯材料采用双孔磁芯287300240，线圈匝数比n1:n2:n3为1:19:5，晶体管采用2N5109，输入输出线圈采用T1-6，具有频带宽，噪声系数低，增益平坦，线性度高等优点。
如图4所示，数字信号处理单元依次包括八路信号采集电路、FPGA电路、DSP电路、网络接口。其中，FPGA电路主要由3片FPGA构成，FPGA-1和FPGA-2完成八个采样通道的射频通道AGC控制和对八路原始采样信号进行FIR滤波、频谱搬移、数据抽取。FPGA-3 主要完成短波全频段多路窄带信号并行分离及信号提取任务，同时担负着频谱监测、信号检测等功能。为合理规划并充分利用FPGA芯片资源，在进行子波段信号采集时，使FPGA-1和FPGA-2采集的信号能量基本相同，即1.5～2.2MHz、2.2～3.0MHz、10.0～15.0MHz、15.0～22.0MHz四个子波段的信号进入FPGA1，3.0～4.5MHz、4.5～6.6MHz、6.6～10.0MHz、22.0～30.0MHz四个子波段的信号进入FPGA2。DSP电路主要完成千兆网口通讯功能，传输全频段频谱数据、宽/窄带IQ数据至上位机界面和服务器终端，传输窄带音频数据至音频线路输出电路，同时接收上位机界面下发的各种操作指令。
在一优选实施例中，输入保护电路包括陶瓷气体放电管、检波切换电路和TVS管，设置三个层级保护，既可防止瞬时突发雷击，又可防止突发尖峰信号，当输入信号超过+25dBm的时，检波切换电路将自动切换到保护模式。所述陶瓷气体放电管采用EPCOS－EC90X，当输入端浪涌电压超过放电管击穿电压（90V）时，放电管迅速放电（微秒级）已达到保护后端电路作用；所述检波切换电路高阻值电阻分压取样，取样输出信号控制继电器控制电平来切换工作状态，继电器选型为欧姆龙公司的机械继电器G6K-2F 5VDC，该继电器触点材料为金合金触点，触点电阻最大为100mΩ，封装方式为塑封，功耗约为100mW，全频段VSWR最大为1.2，插入损耗在短波频段小于0.1dB，隔离度在短波段优于50dB。所述TVS管采用GBLCSC03，当输入端浪涌电压超过瞬态抑制二极管最大箝位电压（13V）时，瞬态抑制二极管迅速箝位（微秒级）已达到保护后端电路作用。
在一优选实施例中，30MHz低通滤波器由11阶LC网络组成，基于椭圆函数原型设计，电容选型为NPO电容器，电感为自绕，磁芯材料选择T27-6，在阻带范围内具有80～100dB以上的衰减，且通带内插损小于1.0dB。实现对各种外界带外干扰的抑制，有效减轻后端处理压力。
在一优选实施例中，数控衰减器用以完成对射频前端电路增益自动控制，控制信号由数字信号处理单元提供。数控衰减器选型为DAT-31-PP，该数控衰减器由单电源+3V供电，增益控制精确度典型值为0.1dB，每片衰减器的控制范围为31dB，步进1dB，采用并行接口控制，自带锁存功能。该器件体积小，功耗低，具有高达52dBm的输入IP3，插损在1.3dB左右。
在一优选实施例中，时钟电路为接收系统提供高纯度、高精度的采样时钟，采用专业定制的恒温晶振实现，时钟频率为78.6432MHz，且时钟电路能通过锁相环电路同步于外部标准频率10MHz。
在一优选实施例中，八路ADC采样电路并行同步完成对八路射频信号的数据采样处理任务，所采用ADC芯片为AD9265，该芯片的ADC转换器具有16bit转换精度，每路最高可达到125MHz的采样率。
在一优选实施例中，FPGA电路一方面完成对八个射频直接采样通道的AGC控制，对八路原始采样信号进行FIR滤波、频谱搬移、数据抽取，以降低每路信号的采样速率，也降低了后续处理单元的处理压力，且完成对八路射频信号的恢复与重建，输出全频段频谱数据，另一方面，完成128路窄带信号的DDC处理，各个窄带信号的中心频率、解调带宽、解调方式、增益控制方式均可独立设置，同时担负着频谱监测、信号检测等功能。
在一优选实施例中，音频处理电路用以完成音频数据滤波，音频增益控制和音频数据输出功能。
在一优选实施例中，电源单元为短波多通道并行直接采集接收系统中的射频信号处理单元与数字信号处理单元提供工作电源。电源单元采用高效能开关电源模块实现交流220V到直流+24V的转换，然后再用高效DC/DC转换模块实现各路供电需求，牵涉到的电源种类有+5.5VA、+18VA、+5.5VD、+5V_AD、+5V_DA。短波多通道并行直接采集接收系统功耗约为80W。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种短波多通道并行直接采集接收系统，包括电源单元、射频信号处理单元、数字信号处理单元，所述电源单元为系统供电，其特征在于，所述射频信号处理单元包括依次连接的输入保护电路、30MHz低通滤波器、八路预选多工滤波器、八路数控衰减器、八路前置高线性低噪声放大器、时钟电路，所述数字信号处理单元包括依次连接的八路ADC采样电路、FPGA电路、DSP电路、音频线路输出电路，所述八路ADC采样电路与八路前置高线性低噪声放大器一一对应连接，所述DSP电路连有网络接口，所述DSP电路与上位机相互通讯。
2.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述输入保护电路包括陶瓷气体放电管、检波切换电路和TVS管，所述检波切换电路在输入信号超过+25dBm时自动切换到保护模式，所述陶瓷气体放电管采用EPCOS－EC90X，所述TVS管采用GBLCSC03。
3.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述30MHz低通滤波器由11阶LC网络组成。
4.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述八路预选多工滤波器划分成八个亚倍频子波段，所述八个子波段划分为1.5～2.2MHz、2.2～3.0MHz、3.0～4.5MHz、4.5～6.6MHz、6.6～10.0MHz、10.0～15.0MHz、15.0～22.0MHz、22.0～30.0MHz。
5.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述八路数控衰减器选型为DAT-31-PP。
6.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述八路前置高线性低噪声放大器采用平衡式推挽电路结构，单管电路采用无源负反馈形式，磁芯材料采用双孔磁芯287300240，线圈匝数比为1:19:5，晶体管采用2N5109。
7.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述时钟电路的时钟频率为78.6432MHz。
8.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述八路ADC采样电路并行同步完成对八路射频信号的数据采样处理任务，所述八路ADC采样电路采用的ADC芯片为AD9265。
9.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述FPGA电路完成对八个射频直接采样通道的AGC控制，对八路原始采样信号进行FIR滤波、频谱搬移、数据抽取，以降低每路信号的采样速率。
10.根据权利要求1所述的一种短波多通道并行直接采集接收系统，其特征在于，所述DSP电路完成千兆网络接口通讯功能，传输数据至上位机界面和服务器终端，同时接收上位机界面下发的各种操作指令。
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