CN110794361B - 一种双通道塔康信号侦察装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双通道塔康信号侦察装置，包括双通道模拟信道单元和信号处理单元；双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，用于同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，并通过两条混频电路分别将侦察询问信号和应答信号下变频至预设的中频频段，发送给信号处理单元；信号处理单元，对接收到的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，发送至下一级处理设备。本申请能够同时实现侦察询问信号和应答信号的处理，工作效率更高，只需通过网线连接至运行有专用显控软件的计算机，就可以显示目标截获信息，获取TACAN信标台和机载设备的使用频率和工作模式等，还可以对数据进行保存，使用简单方便。

Description

一种双通道塔康信号侦察装置
技术领域
本发明涉及通信信号处理技术领域，特别涉及一种双通道塔康信号侦察装置。
背景技术
塔康(TACAN)是“战术空中导航系统”简称的译名，是一种航空无线电近程导航系统。塔康系统具有测向(测位)、测距及信标台识别功能，以实现极坐标定位。塔康一般包括两大基本设备，即塔康信标和机载设备。塔康信标通常被架设在地面上的已知地理位置(如机场、航路点等)；机载设备是塔康系统装载在飞机上的部分。TACAN系统将工作频段962～1215MHz划分为252个波道，每个波道占用1MHz带宽，且各个波道严格规定了用于守控询问、应答的频率、脉冲宽度、脉冲间隔等参数。塔康信号按工作波道分为X模式和Y模式。塔康信标信号分为主基准脉冲群、辅助基准脉冲群、台识别信号脉冲、距离回答脉冲等，机载设备发射询问脉冲信号。
目前国内对此类信号的侦察处理任务大都由通用信号接收处理机承担，缺点就是设备体积大，价格昂贵，操作复杂、部署展开不方便，可部署数量有限。所以，有必要研发一种模块化、成本低廉、指标过硬且操作方便的专用产品，使之可以大规模部署，从而建立覆盖广大空域的TACAN监视网络。
发明内容
鉴于现有技术处理塔康信号需要使用价格昂贵的通用信号接收处理机的问题，提出了本发明的一种双通道塔康信号侦察装置，以便克服上述问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种双通道塔康信号侦察装置，包括双通道模拟信道单元和信号处理单元；
所述双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，用于同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，并通过两条混频电路分别将所述侦察询问信号和所述应答信号下变频至预设的中频频段，以及将变频后的中频信号发送给所述信号处理单元；
所述信号处理单元，用于对接收到的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，并将处理后的数据以预设的格式发送至下一级处理设备。
可选地，所述双通道模拟信道单元，具体用于接收960MHz-1250MHz频段的塔康信号，并将塔康信号下变频至70MHz中频。
可选地，所述双通道模拟信道单元的两条混频电路相同，均包括第一混频器和第二混频器，通过两次混频将射频信号下变频至70MHz；
所述第一混频器用于混入3760-4050MHz信号的第一本振信号，输出2800MHz信号；所述第二混频器用于混入2870MHz的第二本振信号，输出70MHz的中频信号。
可选地，所述混频电路还包括：设置在所述第一混频器之前的镜频滤波器，设置在所述第一混频器和所述第二混频器之间的放大器和带通滤波器。
可选地，所述混频电路还包括：依次连接在所述第二混频器后的低通滤波器、第一低噪放大器、衰减器、中频滤波器、真对数放大器、中频滤波器组、第二低噪放大器、70MHz低通滤波器和LC功分器。
可选地，所述双通道模拟信道单元还包括：依次连接的耦合限幅器、预选滤波器、低噪放大器和功率分配器，所述功率分配器的输出端分别连接两条所述混频电路。
可选地，所述信号处理单元包括AD芯片、FPGA芯片DSP芯片和网络物理层芯片；
所述AD芯片用于将接收到的所述中频信号转换为数字信号；所述FPGA芯片用于进行信号的脉冲检测和模式识别，所述DSP芯片用于信号的解调解码与网络包封装，所述网络物理层芯片用于将处理后的数据发送至下一级处理设备。
可选地，所述FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别之前，对两路数字信号进行数字下变频，并通过正交IQ变换将信号变换为零中频复数信号。
可选地，所述FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别时，采用信号匹配处理方法，将待检测信号与本地脉冲对进行整体相关，通过比较相关峰值大小来确定脉冲位置。
可选地，所述双通道模拟信道单元和所述信号处理单元采用单板技术，集中在一块中控板的一个面，使用盖板隔腔分隔屏蔽。
综上所述，本发明的有益效果是：
本申请的双通道塔康信号侦察装置包括双通道模拟信道单元和信号处理单元，双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，可同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，将其下变频至预设的中频频段发送给信号处理单元；信号处理单元对变频后的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，并发送至下一级处理设备，例如安装有专用显控软件的台式机或笔记本上，就可以显示目标截获信息，还可以进行数据保存，使用方便简单。
附图说明
图1为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的结构示意图；
图2为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的双通道模拟信道模块框图；
图3为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的双通道模拟信道原理框图；
图4为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的信号处理单元硬件原理框图；
图5为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的外形尺寸图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本发明的技术构思是：本申请的双通道塔康信号侦察装置包括双通道模拟信道单元和信号处理单元，双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，可同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，将其下变频至预设的中频频段发送给信号处理单元；信号处理单元对变频后的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，并发送至下一级处理设备，例如安装有专用显控软件的台式机或笔记本上，就可以显示目标截获信息，还可以进行数据保存，使用方便简单。
图1为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的结构示意图。如图1所示，一种双通道塔康信号侦察装置，包括双通道模拟信道单元和信号处理单元。
双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，用于同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，并通过两条混频电路分别将侦察询问信号和应答信号下变频至预设的中频频段，以及将变频后的中频信号发送给信号处理单元。
信号处理单元，用于对接收到的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，并将处理后的数据以预设的格式发送至下一级处理设备。
本申请通过设置两路混频电路，能够同时工作处理频率不同的射频信号，从而能够同时实现侦察询问信号和应答信号的处理，工作效率更高，信号处理单元具有解调解码和网络包封装功能，使得本侦察装置只需通过网线连接至运行有专用显控软件的计算机，就可以显示目标截获信息，获取TACAN信标台和机载设备的使用频率和工作模式等，还可以对数据进行保存，使用简单方便。
图2为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的双通道模拟信道模块框图，图3为该实施例双通道模拟信道的原理框图。
在图2至3所示实施例中，双通道模拟信道单元，具体用于接收960MHz-1250MHz频段的塔康信号，并将塔康信号下变频至70MHz中频。
如图2所示，双通道模拟信道单元的两条混频电路相同，均包括第一混频器和第二混频器，通过两次混频将射频信号下变频至70MHz。
其中，第一混频器用于混入3760-4050MHz信号的第一本振信号，输出2800MHz信号；第二混频器用于混入2870MHz的第二本振信号，输出70MHz的中频信号，转换后的70MHz中频信号，供给后级的信号处理单元，用于完成对塔康信号的识别截获和解调。
在本实施例中，该混频电路还包括：设置在第一混频器之前的镜频滤波器，设置在第一混频器和第二混频器之间的放大器(TQP3M9008)和带通滤波器。
以及依次连接在第二混频器后的低通滤波器、第一低噪放大器(SPF-5043Z)、衰减器(HMC470LP3E)、中频滤波器、真对数放大器(TLA)、中频滤波器组(包括位于分别位于首尾的两个选择开关，以及并联在两个选择开关之间的两个中频滤波器)、第二低噪放大器(SPF-5043Z)、70MHz低通滤波器和LC功分器。两路混频电路下变频处理后得到的70MHz中频信号均经过模数转换、解码、译码后通过网口发送至信息交换模块(如上级计算机)。
在本实施例中，如图2所示，双通道模拟信道单元还包括：依次连接的耦合限幅器、预选滤波器、低噪放大器(TQP3M9008)和功率分配器(如图2所示，预选滤波器和低噪放大器设置有连续两组)，功率分配器的输出端分别连接两条混频电路，功率分配器用于将天线接收的视频信号分为频率不同的两路。
图4为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的信号处理单元硬件原理框图。如图4所示，该信号处理单元包括AD芯片、FPGA芯片DSP芯片和网络物理层芯片。
AD芯片用于将接收到的中频信号转换为数字信号，本申请根据硬件设计特点，将信号处理算法分解，FPGA芯片用于进行信号的脉冲检测和模式识别，DSP芯片用于信号的解调解码与网络包封装。最终，网络物理层芯片用于将处理后的数据发送至下一级处理设备。
在本申请的一个实施例中，FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别之前，对两路数字信号进行数字下变频，并通过正交IQ变换将信号变换为零中频复数信号。
塔康脉冲信号宽度都为3.5±0.5us。
对于信标台信号，对X模式波道频率为962-1024MHz、1151-1213MHz，主基准脉冲群由12个脉冲对组成，脉冲间隔为12±0.1us，脉冲对间隔为30±0.1us；辅助基准脉冲群由6个脉冲对组成，脉冲间隔为12±0.1us，脉冲对间隔为24±0.1us。对Y模式波道频率为1025-1150MHz，主基准脉冲群由13个单脉冲组成，脉冲间隔为30±0.1us；辅助基准脉冲群由13个单脉冲组成，脉冲间隔为15±0.1us。
对机载设备询问信号，对X模式波道频率为1025-1150MHz，脉冲间隔12±0.5μs，对Y模式波道频率为1025-1150MHz，脉冲间隔36±0.5μs。
本申请根据塔康信号的工作频率、信号脉冲间隔、脉冲对间隔或其他相关信息对信号类型以及信号模式进行区分、识别。
在本申请的一个实施例中，FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别时，采用信号匹配处理方法，将待检测信号与本地脉冲对进行整体相关，通过比较相关峰值大小来确定脉冲位置，从而隐藏利用了脉冲的上升沿、下降沿和脉冲宽度的信息，还利用了非脉冲部分，因而不容易出现虚警，且比传统方法更加全面和稳定，在低信噪比下检测概率和接收机灵敏度也比传统方法高。
在本申请的一个实施例中，为了降低模拟信道单元与信号处理单元的互扰，采用频率合成与数字控制单板技术，信号接收信道腔体与隔条一体加工，通过上、下腔体合接方式把印制板嵌入中间层起到高隔离作用。双通道模拟信道单元和信号处理单元采用单板技术，集中在一块中控板的一个面，各模块使用盖板隔腔分隔屏蔽，配合多层印刷板中间层的大面积覆地、严格区分信号、电源以及数字地和模拟地，使得模拟信道单元和数字化的信号处理单元之间具有良好隔离，不产生互扰。
图5为本发明一个实施例提供的一种双通道塔康信号侦察装置的外形尺寸图，最终制成的该侦测装置技术指标如下：侦察频率：960MHz～1250MHz；动态范围：≥66dB；灵敏度：≤-88dBm(带宽6MHz)；调谐步进：≥500KHz；噪声系数：≤6.5dB；镜频抑制比：≥70dBc；中频抑制比：≥70dBc；增益控制范围：60dB；相位噪声：≤-110dBc/Hz@10kHz。尺寸：180mm(长)*123mm(宽)*33.7mm(高)；功耗：≤24W。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，包括双通道模拟信道单元和信号处理单元；
所述双通道模拟信道单元内设置有两条混频电路，用于同时接收侦察询问信号和应答信号两路射频信号，并通过两条混频电路分别将所述侦察询问信号和所述应答信号下变频至预设的中频频段，以及将变频后的中频信号发送给所述信号处理单元；
所述信号处理单元，用于对接收到的中频信号进行脉冲检测、模式识别、解调解码和和网络包封装，并将处理后的数据以预设的格式发送至下一级处理设备；
所述信号处理单元包括AD芯片、FPGA芯片DSP芯片和网络物理层芯片；
所述AD芯片用于将接收到的所述中频信号转换为数字信号；所述FPGA芯片用于进行信号的脉冲检测和模式识别，所述DSP芯片用于信号的解调解码与网络包封装，所述网络物理层芯片用于将处理后的数据发送至下一级处理设备；
所述FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别时，采用信号匹配处理方法，将待检测信号与本地脉冲对进行整体相关，通过比较相关峰值大小来确定脉冲位置。
2.根据权利要求1所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述双通道模拟信道单元，具体用于接收960MHz-1250MHz频段的塔康信号，并将塔康信号下变频至70MHz中频。
3.根据权利要求1所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述双通道模拟信道单元的两条混频电路相同，均包括第一混频器和第二混频器，通过两次混频将射频信号下变频至70MHz；
所述第一混频器用于混入3760-4050MHz信号的第一本振信号，输出2800MHz信号；所述第二混频器用于混入2870MHz的第二本振信号，输出70MHz的中频信号。
4.根据权利要求3所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述混频电路还包括：设置在所述第一混频器之前的镜频滤波器，设置在所述第一混频器和所述第二混频器之间的放大器和带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述混频电路还包括：依次连接在所述第二混频器后的低通滤波器、第一低噪放大器、衰减器、中频滤波器、真对数放大器、中频滤波器组、第二低噪放大器、70MHz低通滤波器和LC功分器。
6.根据权利要求3所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述双通道模拟信道单元还包括：依次连接的耦合限幅器、预选滤波器、低噪放大器和功率分配器，所述功率分配器的输出端分别连接两条所述混频电路。
7.根据权利要求1所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述FPGA芯片在对信号进行脉冲检测和模式识别之前，对两路数字信号进行数字下变频，并通过正交IQ变换将信号变换为零中频复数信号。
8.根据权利要求1所述的双通道塔康信号侦察装置，其特征在于，所述双通道模拟信道单元和所述信号处理单元采用单板技术，集中在一块中控板的一个面，使用盖板隔腔分隔屏蔽。
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