CN111600664A - 无线电综合测试系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无线电综合测试系统，包括射频载波信道模块、基带信号处理模块和操作面板，所述操作面板用于完成输入输出控制和下达相应的操作和指令；射频载波信道模块包括射频输入通道、射频输出通道以及ARM处理器，基带信号处理模块包括DSP微处理器，以及与DSP微处理器连接的FPGA模块、编码波形发生器和数字信号处理模块，基带信号处理模块和射频载波信道模块之间还设置有由DSP微处理器控制的通讯控制器，本方案利用一个输入接口即可完成所有类型的测试信号输入，降低了接线难度，使得操作更加简单，同时简化了设备结构，相较于现有技术具有结构简单和操作容易的技术进步。

Description

无线电综合测试系统
技术领域
本发明涉及无线电测试领域，具体涉及一种无线电综合测试系统。
背景技术
无线电综合测试仪内置射频合成源、频谱分析仪、功率计等十几种测试仪器，能对150w以内的无线通信装备进行双工测试和各种无线电参数测试。可广泛应用各类电台通信装备、对流层散射通信装备、部分无线电接力通信装备和卫星通信装备的研制、生产、维护维修等领域。
现有设备的缺陷在于：由于无线电综合测试仪的测试功能多，一般情况下都是针对不同的测试模块设置有一个信号输入通道，从而造成一个测试仪上具有几十个输入接口，非常容易出现接线错误的现象，除此之外还存在设备结构复杂、操作流程繁琐等缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无线电综合测试系统，无线电综合测试仪具有无线和有线两种测试模式，主要完成对塔康空空、塔康空地、精密测距、微波着陆、仪表着陆、无线电测高、无线电罗盘、无线电电台、指点信标、航管应答、空域监视、防撞系统等12大功能的测试，整个测试主机仅设置有一个输入接口和一个输出接口，极大的节省了输入接口所占用空间，使得整机设备体积更小，接线更加方便快捷，具有操作简单等技术进步。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种无线电综合测试系统，该系统包括射频载波信道模块、基带信号处理模块和操作面板，所述操作面板用于完成输入输出控制和下达相应的操作和指令；
所述射频载波信道模块包括射频输入通道、射频输出通道以及ARM处理器，所述ARM处理器各通过一可调本振模块与所述射频输入通道、射频输出通道连接，用于控制射频输入通道的下变频以及射频输出通道的上变频；
所述基带信号处理模块包括DSP微处理器，以及与DSP微处理器连接的FPGA模块、编码波形发生器和数字信号处理模块，所述编码波形发生器通过DAC转换器连接至射频输出通道，所述射频输入通道通过ADC转换器连接至数字信号处理模块；
所述基带信号处理模块和射频载波信道模块之间还设置有由DSP微处理器控制的通讯控制器。
和传统测试系统相比，本方案利用多级处理器分别处理测试信号的调制和测试信号的性能测试，从而使得仅需一个输入接口即可完成不同设备的性能测试，从而简化了设备结构和操作流程。
进一步的，所述射频输出通道包括由包络调制器、开关调制器、DPSK调制器并联组成的信号调制组件，以及与信号调制组件输出端依次串联的中频调制器、上变频器、数控衰减器、滤波器和功率放大器，所述功率放大器通过天线或输出接口将信号辐射出去；所述信号调制组件与所述编码波形发生器连接，所述ARM处理器各通过一可调本振模块与所述上变频器连接。
进一步的，所述射频输入通道包括与输入接口依次串联的数据缓存器、数控衰减器、下变频器、滤波器、调制解调器；
以及与输入接口串联的采样模块，所述采样模块连接至ARM处理器，所述ARM处理器根据采样信号通过一可调本振模块控制所述下变频器；
所述调制解调器输出信号分三路输出：
一路通过输出用作功率检测，测试出接收信号的脉冲功率；
一路通过检波处理，然后进行调理整形输出标准信号T0；
一路通过ADC处理，然后进行调理输出，用作示波器显示。
进一步的，所述数据缓存器与数控衰减器之间串联有由所述ARM处理器控制的门阵列开关。通过门阵列开关可以控制测试信号的输入，当出现ARM处理器无法识别的测试信号，则通过关闭门阵列开关以实现输入信号阻断，避免系统故障，提高了系统的容灾性能，避免出现因误接线造成的设备故障。
进一步的，所述可调本振模块包括两个串联的小数N分频锁相环HMC833，以及与两个小数N分频锁相环HMC833连接的单片机，所述单片机与ARM处理器连接；
所述小数N分频锁相环HMC833各连接有一个环路滤波器，用于输出100KHz～5090.7MHz不连续的任意频率间隔的五段频率本振信号。
传统的分立式的PFD+VCO很难满足如此宽频率的要求，因此本方案相较于现有技术还具有输出频率宽、输出频段灵活的技术进步。
进一步的，所述基带信号处理模块的处理流程为：
射频输入信号经所述DAC转换器转换成12位数字中频信号，然后输入到FPGA模块进行下变频，转换为数字基带信号；
而后通过FPGA模块和DSP微处理器的接口，将数据传输给DSP微处理器，DSP微处理器负责完成对基带信号的处理，这样就等效于信号通过了无线移动信道；
DSP微处理器将处理后的信号通过DSP微处理器与FPGA模块的接口送回给FPGA模块，FPGA模块对信号进行上变频，重新变成12位的数字信号，该数字信号通过D/A转换器转换为模拟信号输出。
进一步的，所述FPGA模块用于产生包络调制器、开关调制器、DPSK调制器的控制信号，并根据使用者的设置参数，进行基带信号编码，将完成编码的中频信号输出到射频输出通道。
进一步的，所述DSP微处理器还连有以太网控制器、输入设备和显示设备。
本发明的有益效果是：本方案利用一个输入接口即可完成所有类型的测试信号输入，降低了接线难度，使得操作更加简单，同时简化了设备结构，相较于现有技术具有结构简单和操作容易的技术进步。
附图说明
图1是本发明的系统框图；
图2是信号输入通道电路框图；
图3是可调本振模块原理框图；
图4是基带信号处理模块硬件系统模块图；
图5是调制解调电路原理框图；
图6是基带信号处理模块原理框图；
图7是RS485转TTL通信电路。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
参考图1所示，一种无线电综合测试系统，该系统包括射频载波信道模块、基带信号处理模块和操作面板，操作面板用于完成输入输出控制和下达相应的操作和指令；
射频载波信道模块包括射频输入通道、射频输出通道以及ARM处理器，ARM处理器各通过一可调本振模块与射频输入通道、射频输出通道连接，用于控制射频输入通道的下变频以及射频输出通道的上变频；
基带信号处理模块包括DSP微处理器，以及与DSP微处理器连接的FPGA模块、编码波形发生器和数字信号处理模块，编码波形发生器通过DAC转换器连接至射频输出通道，射频输入通道通过ADC转换器连接至数字信号处理模块；
基带信号处理模块和射频载波信道模块之间还设置有由DSP微处理器控制的通讯控制器，通过通讯控制器可以实现基带信号处理模块和射频载波信道模块之间的通道控制，相当于是在将基带信号处理模块和射频载波信道模块之间设置了一个防火墙，当射频载波信道模块出现故障后可以快速切断基带信号处理模块和射频载波信道模块之间的通讯，以保证降低设备损失（因为基带信号处理模块造价成本高）。
射频载波信道模块；射频载波信道模块由独立接收器、独立的发送器和一体的收发器组成，以满足多路射频信号同时收发测试功能，射频载波信道模块主要工作在100KHz～5090.7MHz，是收发一体的高频导航微波组件，安装在一个独立的铝合金腔体内，以屏蔽外部的干扰。
基带信号处理模块，基带信号处理模块由微处理器(DSP)、逻辑控制(FPGA)、ADC、DAC、通讯接口（RS422+以太网）、显示键盘等构成，完成人机交户、数模转换、模数转换、中频波形模拟和数据算法处理等功能。
键盘主要完成信号的输入输出控制，通过他们的输入输出切换，控制单元下达相应的操作和命令。
在另一方面，射频载波信道模块含有100KHz～5090.7MHz信号源、包络调制器、开关调制器、DPSK调制器、衰减器、上下变频器、检波器、功率检测器等部分，通过外部控制端通讯即可完成信号的控制与功率的检测。
其中，射频输出通道包括由包络调制器、开关调制器、DPSK调制器并联组成的信号调制组件，以及与信号调制组件输出端依次串联的中频调制器、上变频器、数控衰减器、滤波器和功率放大器，功率放大器通过天线或输出接口将信号辐射出去；信号调制组件与编码波形发生器连接，ARM处理器各通过一可调本振模块与上变频器连接。
通过基带信号处理模块输入中频信号TX，然后通过上变频输出发射需要的信号源，上变频信号通过带通滤波器去除带外信号（包括镜频信号）。
信号源通过调制（包括DPSK调制、开关调制、包络调制）得到需要发射的载波信号。其中DPSK调制和包络调制功能也可以通过基带信号处理模块直接实现，即TX信号包含相关信息。开关调制必不可少，特别是窄脉冲信号的调制输出。
载波信号通过调理和100dB数控衰减器后，通过天线或电缆输出到航电设备。
参考图2所示，射频输入通道包括与输入接口依次串联的数据缓存器、数控衰减器、下变频器、滤波器、调制解调器；
以及与输入接口串联的采样模块，采样模块连接至ARM处理器，ARM处理器根据采样信号通过一可调本振模块控制下变频器；
调制解调器输出信号分三路输出：
一路通过输出用作功率检测，测试出接收信号的脉冲功率；
一路通过检波处理，然后进行调理整形输出标准信号T0；
一路通过ADC处理，然后进行调理输出，用作示波器显示。
接收端口通过射频电缆（或天线）接收到飞机航电设备发出的信号后，由于信号动态范围较大，通过数控数衰减器进行可控衰减，以保证接收信号检测保持在可测的、稳定的范围内。信号的频段比较宽（100KHz～6GHz）,信号经过滤波器组实现对接收信号的分段滤波。高度表和空管、塔康信号进入下变频器输出中频信号，然后和接收的罗盘信号一起进行IF放大、IF滤波，然后进行下一步处理。
IF信号一路通过输出用作功率检测，测试出接收信号的脉冲功率；
一路通过检波处理，然后进行调理整形输出标准信号T0；
一路通过ADC处理，然后进行调理输出，用作示波器显示（频谱显示）功能。
在本实施例中，数据缓存器与数控衰减器之间串联有由ARM处理器控制的门阵列开关，以提高系统容灾性能。
参考图3所示，可调本振模块包括两个串联的小数N分频锁相环HMC833，以及与两个小数N分频锁相环HMC833连接的单片机，单片机与ARM处理器连接；
小数N分频锁相环HMC833各连接有一个环路滤波器，用于输出100KHz～5090.7MHz不连续的任意频率间隔的五段频率本振信号。
根据指标要求频率从100KHz～5090.7MHz不连续的五段频率，并且频率间隔为50KHz、150KHz、300KHz等不同的要求，分立式的PFD+VCO很难满足如此宽频率的要求，而ADI公司的HMC833是小数分频带集成VCO输出频率25MHz～6000MHz，可以满足要求。
参考图4和图6所示，本检测设备的基带信号处理模块是设备的核心硬件平台，它以数字信号处理器（DSP）和现场可编程门阵列（FPGA）为核心，加上必要的模数转换器（ADC）和数模转换器（DAC）、存储器和接口电路，构成一个完整的硬件系统。
基带信号处理模块的处理流程为：
射频输入信号经DAC转换器转换成12位数字中频信号，然后输入到FPGA模块进行下变频，转换为数字基带信号；
而后通过FPGA模块和DSP微处理器的接口，将数据传输给DSP微处理器，DSP微处理器负责完成对基带信号的处理，这样就等效于信号通过了无线移动信道；
DSP微处理器将处理后的信号通过DSP微处理器与FPGA模块的接口送回给FPGA模块，FPGA模块对信号进行上变频，重新变成12位的数字信号，该数字信号通过D/A转换器转换为模拟信号输出。
DSP微处理器完成对RS485数据的收发。如图7所示为RS485转TTL通信电路。当外部有数据输入时，DSP微处理器第一串口将产生中断，判定接收的数据是否为有效数据，如果有效则解析接收到的数据对应的命令并执行对应的操作。当有内部通信产生时，DSP微处理器第二串口将产生中断，判定该通信是否有效，如果有效则解析接收到的数据并执行对应的操作，最后通过485回发接收响应。
参考图5所示，FPGA模块用于产生包络调制器、开关调制器、DPSK调制器的控制信号，并根据使用者的设置参数，进行基带信号编码，将完成编码的中频信号输出到射频输出通道。
进一步的，DSP微处理器还连有以太网控制器、输入设备和显示设备。
在本实施例中，数模（D/A）转换芯片选用AD公司的AD9762,AD9762属于TxDAC系列高性能、低功耗CMOS数模转换器（DAC）的12位分辨率产品。TxDAC系列由引脚兼容的8/10/12/14位DAC组成，并专门针对通信系统的发射信号路径进行了优化。所有器件都采用相同的接口选项、小型封装和引脚排列，因而可以根据性能、分辨率和成本，向上或向下选择相同的器件。AD9762提供出色的交流和直流性能，同时支持最高125MSPS的更新速率。
AD9762主要特点如下：
工作电压:单电源（2.7V～5.5V）；
分辨率：12bit；
转换速率：可达125MHz；
满量程输出电流可调整范围：2mA～20mA；
输入类型：并行输入；
工作模式：电流型；
功耗：45mW@5V；
SOP-28封装，符合RoHS部线性调光。
输入的12位数字信号经过AD9762 D/A转换器后，产生两路互补的电流IOUTA和IOUTB。当所有均为1（DAC CODE=4096）时，IOUTA将输出满量程电流IOUTFS ，而IOUTB的输出电流为0。IOUTA和IOUTB 均为输入数字码和IOUTFS的函数，输出电压VOUTA和VOUTB分别可以表示为：
IOUTA = （DAC CODE/4096）×IOUTFS （3-1）
IOUTB =（4096-DAC CODE）/4096×IOUTFS （3-2）
VOUTA = IOUTA× R LOAD×IOUTFS （3-3）
VOUTB = IOUTB× R LOAD×IOUTFS （3-4）
其中DAC CODE 的范围为0到4096，R LOAD为外部电阻。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种无线电综合测试系统，其特征在于，该系统包括射频载波信道模块、基带信号处理模块和操作面板，所述操作面板用于完成输入输出控制和下达相应的操作和指令；
所述射频载波信道模块包括射频输入通道、射频输出通道以及ARM处理器，所述ARM处理器各通过一可调本振模块与所述射频输入通道、射频输出通道连接，用于控制射频输入通道的下变频以及射频输出通道的上变频；
所述基带信号处理模块包括DSP微处理器，以及与DSP微处理器连接的FPGA模块、编码波形发生器和数字信号处理模块，所述编码波形发生器通过DAC转换器连接至射频输出通道，所述射频输入通道通过ADC转换器连接至数字信号处理模块；
所述基带信号处理模块和射频载波信道模块之间还设置有由DSP微处理器控制的通讯控制器。
2.根据权利要求1所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述射频输出通道包括由包络调制器、开关调制器、DPSK调制器并联组成的信号调制组件，以及与信号调制组件输出端依次串联的中频调制器、上变频器、数控衰减器、滤波器和功率放大器，所述功率放大器通过天线或输出接口将信号辐射出去；所述信号调制组件与所述编码波形发生器连接，所述ARM处理器各通过一可调本振模块与所述上变频器连接。
3.根据权利要求2所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述射频输入通道包括与输入接口依次串联的数据缓存器、数控衰减器、下变频器、滤波器、调制解调器；
以及与输入接口串联的采样模块，所述采样模块连接至ARM处理器，所述ARM处理器根据采样信号通过一可调本振模块控制所述下变频器；
所述调制解调器输出信号分三路输出：
一路通过输出用作功率检测，测试出接收信号的脉冲功率；
一路通过检波处理，然后进行调理整形输出标准信号T0；
一路通过ADC处理，然后进行调理输出，用作示波器显示。
4.根据权利要求3所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述数据缓存器与数控衰减器之间串联有由所述ARM处理器控制的门阵列开关。
5.根据权利要求4所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述可调本振模块包括两个串联的小数N分频锁相环HMC833，以及与两个小数N分频锁相环HMC833连接的单片机，所述单片机与ARM处理器连接；
所述小数N分频锁相环HMC833各连接有一个环路滤波器，用于输出100KHz～5090.7MHz不连续的任意频率间隔的五段频率本振信号。
6.根据权利要求5所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述基带信号处理模块的处理流程为：
射频输入信号经所述DAC转换器转换成12位数字中频信号，然后输入到FPGA模块进行下变频，转换为数字基带信号；
而后通过FPGA模块和DSP微处理器的接口，将数据传输给DSP微处理器，DSP微处理器负责完成对基带信号的处理，这样就等效于信号通过了无线移动信道；
DSP微处理器将处理后的信号通过DSP微处理器与FPGA模块的接口送回给FPGA模块，FPGA模块对信号进行上变频，重新变成12位的数字信号，该数字信号通过D/A转换器转换为模拟信号输出。
7.根据权利要求6所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述FPGA模块用于产生包络调制器、开关调制器、DPSK调制器的控制信号，并根据使用者的设置参数，进行基带信号编码，将完成编码的中频信号输出到射频输出通道。
8.根据权利要求7所述的无线电综合测试系统，其特征在于，所述DSP微处理器还连有以太网控制器、输入设备和显示设备。
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