CN112543030B - 一种可配置的弹载模块化遥测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可配置的弹载模块化遥测系统及方法。该系统包括综合测量单元、功率放大器、至少两个遥测发射天线，综合测量单元与所述功率放大器连接，所述功率放大器还与所述遥测发射天线连接；所述综合测量单元用于对测量获得的各数据综合编帧后形成可变码率的PCM码流，对预设频率范围内的可变频点数字调频后，发射低功率射频信号；所述功率放大器用于对射频信号进行放大输出，控制功放模块的开启与关闭以及所述遥测发射天线单路或双路输出的变更。本发明实现了将功率放大器独立设计，不与综合测量单元一体化设计，也不与发射天线一体化设计，获得更好的散热效果，能够避免安装在高速飞行器表面天线的高温高热传导影响到功率放大器的正常工作。

Description

一种可配置的弹载模块化遥测系统及方法

技术领域

本申请涉及弹载模块化遥测技术领域，具体而言，涉及一种可配置的弹载模块化遥测系统及方法。

背景技术

传统遥测系统为固定码率，无法做到码率可调，其数据帧格式单一，缺乏帧格式可变功能，且频点也一般为固定频点，缺乏在线更改频点的功能。传统遥测系统中的功率放大器也是固定功率输出，不能根据作用距离进行更改功率大小，也不能控制功放的开关，输出天线也只能固定为单天线或固定为双天线，没有做到单双可调。即传统遥测系统具有功放开关不可控、散热困难、码率和频点不可调、输出天线不可变等问题，且其缺乏可在线配置的功能，在灵活性、实用性等方面有所欠缺。

中国专利CN207502995U提出了一种基于模块化架构的弹载遥测仪，包括采编模块、数据传输模块、发射机模块、存储模块，用于对弹载数据的采集、编码、发射等功能，该装置能够适应多种工作环境，系统可靠性高，新增数据存储功能，为试验数据的可靠获取提供了保障。该实用新型专利缺乏参数可配置的功能，在帧格式变换、发射信号功率大小调整等方面未涉及。

中国专利CN109245833A提出了一种通用化综合射频测控系统及方法，包括综合孔径天线、综合射频信道以及综合处理终端；综合孔径天线实现空间电磁波能量和测控系统能量之间的一体化转换；综合射频信道实现射频信号和中频信号之间的转换；综合处理终端接收外部输入的遥测数据，形成地基遥测帧，之后依次进行编码、调制、数模转换后，通过综合射频信道和综合孔径天线发射出去。该发明专利强调了遥测、安控、外侧、导航和中继等功能的高度集成，将独立的射频资源和基带资源进行整合，形成通用化综合射频测控系统，但是整机高度集成带来的散热问题不容忽视，也缺乏对遥测数据码率可变、发射频点在线更改等的设计。

发明内容

为了解决上述问题，本申请实施例提供了一种可配置的弹载模块化遥测系统及方法，集成了采集、编码、功率放大、发射等多种功能，并且克服了传统遥测系统功放开关不可控、散热困难、码率和频点不可变、输出天线不可变等问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种可配置的弹载模块化遥测系统，所述系统包括：综合测量单元、功率放大器、至少两个遥测发射天线，所述综合测量单元与所述功率放大器连接，所述功率放大器还与所述遥测发射天线连接；

所述综合测量单元用于对测量获得的各数据综合编帧后形成可变码率的PCM码流，对预设频率范围内的可变频点数字调频后，发射低功率射频信号；

所述功率放大器用于对射频信号进行放大输出，控制功放模块的开启与关闭以及所述遥测发射天线单路或双路输出的变更；

所述遥测天线用于将射频信号发射到地面，使地面遥测设备能够接收射频信号进行分析。

优选的，所述综合测量单元包括：电源模块、数据综合模块、模拟量采集模块、加密编码模块、数字调频模块；

所述电源模块用于将输入的电源经过防浪涌电路和电源滤波器处理后，传感器和所述综合测量单元除所述电源模块外的各模块供电；

所述数据综合模块用于通过DSP处理器对CAN信息进行收发和解析，将配置信息写入EEPROM中，并通过FPGA进行各接口协议的处理、数据缓存以及发出执行指令；

所述模拟量采集模块用于对多路模拟信号的采集；

所述加密编码模块用于对串行PCM数据流进行加密和编码，并将加密编码后的数据发送至所述数字调频模块；

所述数字调频模块用于对所述数据进行调频，使所述数据满足谐杂波和输出功率的指标。

优选的，所述电源模块、数据综合模块、模拟量采集模块、加密编码模块、数字调频模块之间均通过板间总线连接。

优选的，所述功率放大器包括射频放大链路和电源，所述射频放大链路包括前级放大器、末级放大器、腔体滤波器、微波耦合器，所述末级放大器分别通过一隔离器与所述前级放大器、腔体滤波器连接，所述腔体滤波器与所述微波耦合器连接，所述电源分别与所述前级放大器、末级放大器连接，用于为所述前级放大器和末级放大器的栅极和漏极提供时序工作电压。

第二方面，本申请实施例提供了一种可配置的弹载模块化遥测方法，应用于第一方面所述的一种可配置的弹载模块化遥测系统，所述方法包括：

所述数据综合模块的DSP通过双CAN总线接收配置信息；

将所述配置信息解析后存储至EEPROM中，并发送解析后的所述配置信息至所述数据综合模块的FPGA；

所述FPGA通过板间总线通道将码率信息发送至加密编码模块，用以使所述加密编码模块接收到所述码率信息后对码率实时切换，同时所述FPGA通过所述板间总线通道将第一信息发送至数字调频模块，所述第一信息包括码率、频点、单双天线控制信息、功放开关信息；

所述数字调频模块接收到所述第一信息后，对所述码率、频点进行切换，并发送第二信息至所述功率放大器，所述第二信息包括所述单双天线控制信息、功放开关信息；

所述功率放大器接收到所述第二信息后，控制射频通道的单双输出切换，并控制功率放大功能的开启或关闭。

本发明的有益效果为：(1)综合测量单元的数据综合模块通过从控制总线上接收配置命令可以实现几种帧格式、多种码率的切换；并将码率、频点、功放开关、单双天线等配置信息发送给加密编码模块、数字调频模块以及功率放大器，从而实现码率可变、频点可调、功放可开关、输出端口单双可切换的功能。且通过将配置命令存储在EEPROM中，能够实现每次上电后自动加载上一次断电前的状态，并且设计了错误信息自动识别和修复功能。

(2)码率、频点的变化能够提高数据信息的保密特性；功放的开关功能能够避免长时间系统测试时高功率电磁波对现场测试人员的辐射伤害；功率输出端口或天线的单双切换可以将功率分散到两个天线从而实现全向发射，或者将功率集中到一个天线从而提高信号强度、增大通信距离。

(3)功率放大器设计成独立单机，提升系统散热性能。功率放大器是大功率单机，自身发热严重，将功率放大器独立设计，不与综合测量单元一体化设计，也不与发射天线一体化设计，一方面是为了获得更好的散热效果，另一方面能够避免安装在高速飞行器表面天线的高温高热传导影响到功率放大器的正常工作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种可配置的弹载模块化遥测系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种可配置的弹载模块化遥测系统的具体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的电源模块的组成示意框图；

图4为本申请实施例提供的数据综合模块的组成示意框图；

图5为本申请实施例提供的数字调频模块的调制原理示意图；

图6为本申请实施例提供的功率放大器的工作原理示意图；

图7为本申请实施例提供的一种可配置的弹载模块化遥测方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本申请的设计思路为：传统遥测系统为固定码率,无法做到码率可调；数据帧格式单一,缺乏帧格式可变功能；频点也一般为固定频点,缺乏在线更改频点的功能；功率放大器也是固定功率输出,不能根据作用距离进行更改功率大小,也不能控制功放的开关；输出天线只能固定为单天线,或者固定为双天线,没有做到单双可调。为了适应不同的数据传输任务，需要做到数据码率可调；为了完成不同时段的数据传输，需要帧格式切换；为了多任务同时飞行，需要更改频点，在线更改使得不同的单机使用不同的频点；在平时测试中，可以进行功放关闭，从而进行小功率测试；或者根据不同的作用距离，对独立的功率放大器进行更换为不同功率大小的单机；输出天线的可变则是为了适应不同的飞行姿态，兼顾信号传输距离最远的特性。

参见图1，图1是本申请实施例提供的一种可配置的弹载模块化遥测系统的结构示意图。在本申请实施例中，所述系统包括：综合测量单元、功率放大器、至少两个遥测发射天线，所述综合测量单元与所述功率放大器连接，所述功率放大器还与所述遥测发射天线连接；

所述综合测量单元用于对测量获得的各数据综合编帧后形成可变码率的PCM码流，对预设频率范围内的可变频点数字调频后，发射低功率射频信号；

所述功率放大器用于对射频信号进行放大输出，控制功放模块的开启与关闭以及所述遥测发射天线单路或双路输出的变更；

所述遥测天线用于将射频信号发射到地面，使地面遥测设备能够接收射频信号进行分析。

在一种可实施方式中，所述综合测量单元包括：A板即电源模块、B板即数据综合模块、C板即模拟量采集模块、D板即加密编码模块、E板即数字调频模块。如图2所示，所述电源模块、数据综合模块、模拟量采集模块、加密编码模块、数字调频模块之间均通过板间总线连接。

所述电源模块用于将输入的电源经过防浪涌电路和电源滤波器处理后，传感器和所述综合测量单元除所述电源模块外的各模块供电；

所述数据综合模块用于通过DSP处理器对CAN信息进行收发和解析，将配置信息写入FLASH中，并通过FPGA进行各接口协议的处理、数据缓存以及发出执行指令；

所述模拟量采集模块用于对多路模拟信号的采集；

所述加密编码模块用于对串行PCM数据流进行加密和编码，并将加密编码后的数据发送至所述数字调频模块；

所述数字调频模块用于对所述数据进行调频，使所述数据满足谐杂波和输出功率的指标。

具体的，如图3所示，输入的28V电源经过防浪涌电路和电源滤波器处理后，一方面通过N1模块(5V)、N4模块(5V1、±15V1)为本机其他电路板供电，另一方面通过N2模块(±15VS)、N3(5VS)模块对传感器供电。单机内部供电的模拟5V电源N4、隔离±15V电源N5独立出来，防止因传感器供电短路导致单机内部采样电路不能工作。

具体的，如图4所示，B板数据综合模块由2路CAN总线接口、8路开关量测量接口、10路RS485接口，系统框图如图3所示。其中DSP主要负责CAN信息的收发和解析，并将相关的配置信息写入到FLASH中，为了确保频点、码率、功放开关、单双天线等信息准确的写入和读出，软件设计了一种可配置的弹载模块化遥测方法，附加CRC判读，对错误的配置信息进行自动修复。FPGA则负责各种接口协议的处理、数据缓存以及执行指令的发出等。

具体的，C板模拟量采集板主要完成多路模拟信号的采集，采用AD7656+FPGA的硬件架构。

具体的，D板加密编码板负责对串行PCM数据流进行加密和编码，将加密编码后的数据送给E板数字调频板。

具体的，如图5所示，E板的调制过程为：单片机控制锁相环1输出一路信号f1，用于提供给调制器做频率基准，控制锁相环2输出一路本振信号f2，送入混频器。单片机控制调制器产生一路中频信号，经过放大器放大后，再通过声表面滤波器滤波，得到中频信号f3，输入混频器与本振信号f2混频，混频后通过滤波器选频得到载波信号f0，载波信号f0通过放大器进行放大，以满足谐杂波和输出功率的指标要求。

在一种可实施方式中，所述功率放大器包括射频放大链路和电源，所述射频放大链路包括前级放大器、末级放大器、腔体滤波器、微波耦合器，所述末级放大器分别通过一隔离器与所述前级放大器、腔体滤波器连接，所述腔体滤波器与所述微波耦合器连接，所述电源分别与所述前级放大器、末级放大器连接，用于为所述前级放大器和末级放大器的栅极和漏极提供时序工作电压。

具体的，如图6所示，功率放大器采用两级放大的设计方案。功放模块主要由射频放大链路和电源部分组成。射频放大链路的作用是将输入的射频信号放大到所需的信号强度，由腔体滤波器实现谐杂波抑制，最后功分两路从射频连接器输出，微波耦合器与信号检测电路实现对天线功放的工作状态检测。电源模块有两个方面的作用，一是为射频放大链路的正常工作提供电源，二是为前级放大器和末级放大器的栅极和漏极提供合理的时序工作电压，确保功放的正常工作。

参见图7，图7是本申请实施例提供的一种可配置的弹载模块化遥测方法的流程示意图。在本申请实施例中，所述方法包括：

S701、所述数据综合模块的DSP通过双CAN总线接收配置信息。

S702、将所述配置信息解析后存储至EEPROM中，并发送解析后的所述配置信息至所述数据综合模块的FPGA。

S703、所述FPGA通过板间总线通道将码率信息发送至加密编码模块，用以使所述加密编码模块接收到所述码率信息后对码率实时切换，同时所述FPGA通过所述板间总线通道将第一信息发送至数字调频模块，所述第一信息包括码率、频点、单双天线控制信息、功放开关信息。

S704、所述数字调频模块接收到所述第一信息后，对所述码率、频点进行切换，并发送第二信息至所述功率放大器，所述第二信息包括所述单双天线控制信息、功放开关信息。

S705、所述功率放大器接收到所述第二信息后，控制射频通道的单双输出切换，并控制功率放大功能的开启或关闭。

具体的，综合测量单元通过双CAN总线接收控制系统发送过来的码率、频点、功放开关、单双天线等配置信息，B板DSP接收到该CAN消息后，进行配置信息的解析和存储到EEPROM中，并发送给B板FPGA。B板FPGA一方面通过板间总线通道将码率信息发送给D板，D板完成码率的实时切换；另一方面通过板间总线其它通道将码率、频点、单双天线、功放开关等信息发送给E板，E板据此完成码率、频点的切换，并将单双天线、功放开关信息发送给功率放大器。功率放大器根据接收到的单双天线完成自身射频通道的单双输出切换，以及完成自身功率放大功能的开启和关闭。

在本申请实施例中，PCM码率和发射频点可以做到在线更改和记忆存储功能，能够通过控制总线(如CAN总线、1553总线等)进行指令接收，将码率、频点、单双天线、功放开关等信息通过MCU写入到FLASH中，存储完毕后读出，再分发给各模块。存储采用三模写入并附加CRC校验，读取时进行CRC核验，且具备错误信息自动修复功能；

采用功率放大可在线打开或关闭，从而避免测试过程中高功率电磁波对现场测试人员的辐射伤害；

功率放大器的功率输出具备单双状态切换的功能，即输出天线具备单双切换功能，可以进行全向360°辐射或180°辐射的切换；

功率放大部分独立设计的理念，将射频调制部分置于综合测量单元、与易产生高温的天线物理隔开，从而具备了较好的散热和防热设计。利于大功率、高速飞行模式下的散热；

综合测量单元的数据采集、加密编码、数字调频一体化设计，形成了模块化、小型化的设计。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本发明旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种可配置的弹载模块化遥测系统，其特征在于，所述系统包括：综合测量单元、功率放大器、至少两个遥测发射天线，所述综合测量单元与所述功率放大器连接，所述功率放大器还与所述遥测发射天线连接；所述功率放大器设计成独立单机，不与所述综合测量单元一体化设计，也不与所述遥测发射天线一体化设计；

所述综合测量单元用于对测量获得的各数据综合编帧后形成可变码率的PCM码流，对预设频率范围内的可变频点数字调频后，发射低功率射频信号；

所述功率放大器用于对射频信号进行放大输出，控制功放模块的开启与关闭以及所述遥测发射天线单路或双路输出的变更；

所述遥测发射天线用于将射频信号发射到地面，使地面遥测设备能够接收射频信号进行分析。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述综合测量单元包括：电源模块、数据综合模块、模拟量采集模块、加密编码模块、数字调频模块；

所述电源模块用于将输入的电源经过防浪涌电路和电源滤波器处理后，为传感器和所述综合测量单元中除所述电源模块外的其他各模块供电；

所述数据综合模块用于通过DSP处理器对CAN信息进行收发和解析，将配置信息写入EEPROM中，并通过FPGA进行各接口协议的处理、数据缓存以及发出执行指令；

所述模拟量采集模块用于对多路模拟信号的采集；

所述加密编码模块用于对串行PCM数据流进行加密和编码，并将加密编码后的数据发送至所述数字调频模块；

所述数字调频模块用于对所述数据进行调频，使所述数据满足谐杂波和输出功率的指标。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述电源模块、数据综合模块、模拟量采集模块、加密编码模块、数字调频模块之间均通过板间总线连接。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述功率放大器包括射频放大链路和电源，所述射频放大链路包括前级放大器、末级放大器、腔体滤波器、微波耦合器，所述末级放大器分别通过一隔离器与所述前级放大器、腔体滤波器连接，所述腔体滤波器与所述微波耦合器连接，所述电源分别与所述前级放大器、末级放大器连接，用于为所述前级放大器和末级放大器的栅极和漏极提供时序工作电压。

5.一种可配置的弹载模块化遥测方法，其特征在于，应用于权利要求2-4所述的一种可配置的弹载模块化遥测系统，所述方法包括：

所述数据综合模块的DSP通过双CAN总线接收配置信息；

将所述配置信息解析后存储至EEPROM中，并发送解析后的所述配置信息至所述数据综合模块的FPGA；

所述FPGA通过板间总线通道将码率信息发送至加密编码模块，用以使所述加密编码模块接收到所述码率信息后对码率实时切换，同时所述FPGA通过所述板间总线通道将第一信息发送至数字调频模块，所述第一信息包括码率、频点、单双天线控制信息、功放开关信息；

所述数字调频模块接收到所述第一信息后，对所述码率、频点进行切换，并发送第二信息至所述功率放大器，所述第二信息包括所述单双天线控制信息、功放开关信息；

所述功率放大器接收到所述第二信息后，控制射频通道的单双输出切换，并控制功率放大功能的开启或关闭。

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