CN114844514B - 一种宽频和宽带的信号监测评估系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了宽频和宽带的信号监测评估系统，包括天馈接收模块、侦查接收模块、监测主控模块和电磁评估模块，侦查接收模块连接天馈接收模块；监测主控模块连接侦查接收模块；电磁评估模块分别连接监测主控模块和侦查接收模块。天馈接收模块包括0.1GHz～2GHz频段的第一全向天线和2GHz～26.5GHz频段的第二全向天线。本发明公开了通过天馈接收模块对不同频段的射频信号进行实时侦察、截获，并通过侦查接收模块进行分选识别，根据不同频段，对高频段的射频信号进行下变频、滤波放大和低噪放处理，对低频段的射频信号只需进行滤波放大和低噪放处理，实现对0.1GHz～26.5GHz全频段频谱电磁信号的侦测、截获、分选识别。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理技术领域，尤其涉及一种宽频和宽带的信号监测评估系统。
背景技术
目前随着电子对抗技术的不断发展，在现有电磁对抗环境日益复杂的情况下，无论是在军用还是民用领域，无线电频谱监测的频段不断向微波段扩展，在军用领域面对日益复杂的电子对抗环境，为验证和提高战备资源的作战性能，实现对全频段电磁信号的侦测的技术途径，需要在0.1GHz～26.5GHz全频段内对机载雷达、敌我识别/二次雷达、电子战、通信、无线电导航设备等电磁信号进行实时监测和频谱显示，然而现有技术不能满足对0.1GHz～26.5GHz全频段频谱电磁信号的侦测、采集、分选、识别和存储回放。
发明内容
本发明的目的是提供一种宽频和宽带的信号监测评估系统，旨在解决现有技术中，不能实现对0.1GHz～26.5GHz全频段频谱电磁信号的侦测、截获、分选识别的问题。
本发明实施例提供了一种宽频和宽带的信号监测评估系统，用于接收射频信号并进行处理和评估，包括：
天馈接收模块，用于接收射频信号；
侦查接收模块，连接所述天馈接收模块，用于将所述射频信号调制为中频信号，并通过模数转化得到数字信号数据；
监测主控模块，连接所述侦查接收模块，用于接收和监测所述数字信号数据，并将频谱数据进行显示；
电磁评估模块，分别连接所述监测主控模块和侦查接收模块，用于根据所述数字信号数据的频谱数据和同相/正交数据，对所述射频信号所在电磁环境的复杂度和逼真度进行评估并图文显示。
其中，所述天馈接收模块包括0.1GHz～2GHz频段的第一全向天线和2GHz～26.5GHz频段的第二全向天线。
进一步的，所述侦查接收模块包括射频接收机和数字处理机，所述射频接收机连接所述第一全向天线和第二全向天线，所述射频接收机连接所述数字处理机；
所述数字处理机用于向所述射频接收机发出信号处理的控制指令，并将接收到的所述射频接收机处理后的模拟信号数据进行模数转换成数字信号数据；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第一全向天线接收频段的射频信号进行低噪放和滤波处理；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第二全向天线接收频段的射频信号进行下变频、低噪放和滤波处理。
进一步的，所述射频接收机包括下变频模块、时基模块、本振模块和逻辑控制单元，所述逻辑控制单元分别连接所述时基模块、本振模块、下变频模块和数字处理机，所述时基模块连接所述本振模块，所述本振模块连接所述下变频模块，所述下变频模块连接所述数字处理机；
所述逻辑控制单元用于响应所述数字处理机发出的控制指令，并根据所述控制指令完成对所述时基模块、本振模块、下变频模块的相应控制；
所述时基模块用于在所述逻辑控制单元的控制下对所述本振模块所需内置时基信号进行放大，并输出至所述本振模块，所述时基模块还用于在有外置时基信号输入时对内置时基信号和外置时基信号进行切换；
所述本振模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述时基模块的输出，向所述下变频模块输出下变频处理所需频率；
所述下变频模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述本振模块的输出对所述射频信号进行低噪放和滤波处理，同时对所述第二全向天线接收的射频信号进行下变频，并输出至所述数字处理机。
进一步的，所述本振模块包括跳频本振模块和点频本振模块，所述跳频本振模块用于向所述下变频模块输出第一次下变频处理所需频率，所述点频本振模块用于向所述下变频模块输出第二次下变频处理所需频率。
进一步的，监测主控模块包括任务规划模块、雷达辐射源识别模块、通信信号识别模块、全脉冲数据分析模块、数据事后处理模块、数据显示模块、系统状态显示模块、文件管理模块、数据库管理模块、数据存储与回放模块和通讯传输软件模块。
进一步的，所述电磁评估模块包括通用评估管理模块、处理分析与评估模块和评估结果输出模块。
本发明公开了通过天馈接收模块对不同频段的射频信号进行实时侦察、截获，并通过侦查接收模块进行分选识别，根据不同频段，对高频段(2GHz～26.5GHz)的射频信号进行下变频、滤波放大和低噪放处理，对低频段(0.1GHz～2GHz)的射频信号只需进行滤波放大和低噪放处理，实现对0.1GHz～26.5GHz全频段频谱电磁信号的侦测、截获、分选识别。
为了便于分析，通过侦查接收模块进行模数转换，并将数字信号数据输出至监测主控模块和电磁评估模块，通过监测主控模块和电磁评估模块对射频信号所在电磁环境的复杂度和逼真度进行评估并图文显示。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述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为本发明实施例提供的宽频和宽带的信号监测评估系统的结构框图；
图2为本发明实施例提供的侦查接收模块的结构框图。
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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1-2，一种宽频和宽带的信号监测评估系统，用于接收射频信号并进行处理和评估，包括：
天馈接收模块，用于接收射频信号；
侦查接收模块，连接所述天馈接收模块，用于将所述射频信号调制为中频信号，并通过模数转化得到数字信号数据；
监测主控模块，连接所述侦查接收模块，用于接收和监测所述数字信号数据，并将频谱数据进行显示；
电磁评估模块，分别连接所述监测主控模块和侦查接收模块，用于根据所述数字信号数据的频谱数据和同相/正交数据，对所述射频信号所在电磁环境的复杂度和逼真度进行评估并图文显示。
其中，所述天馈接收模块包括0.1GHz～2GHz频段的第一全向天线和2GHz～26.5GHz频段的第二全向天线。
在本实施例中，通过天馈接收模块对不同频段的射频信号进行实时侦察、截获，并通过侦查接收模块进行分选识别，根据不同频段，对高频段(2GHz～26.5GHz)的射频信号进行下变频、滤波放大和低噪放处理，对低频段(0.1GHz～2GHz)的射频信号只需进行滤波放大和低噪放处理，实现对0.1GHz～26.5GHz全频段频谱电磁信号的侦测、截获、分选识别。
为了便于分析，通过侦查接收模块进行模数转换，并将数字信号数据输出至监测主控模块和电磁评估模块，通过监测主控模块和电磁评估模块对射频信号所在电磁环境的复杂度和逼真度进行评估并图文显示。
具体的，主要是解决在0.1GHz～26.5GHz宽频带内针对内场和外场电磁信号监测，故天馈接收模块可接收0.1GHz～26.5GHz频段的射频信号，且为了方便对高频段信号进行分选识别处理，天馈接收模块分成高频段和低频段接收天线，以在接收到高频段的射频信号时，可以对高频段的射频信号进行下变频。
具体的，上述宽频和宽带的信号监测评估系统能够实时监测机载雷达、敌我识别/二次雷达、电子战、通信、无线电导航设备等电磁信号。
在一实施例中，所述侦查接收模块包括射频接收机和数字处理机，所述射频接收机连接所述第一全向天线和第二全向天线，所述射频接收机连接所述数字处理机；
所述数字处理机用于向所述射频接收机发出信号处理的控制指令，并将接收到的所述射频接收机处理后的模拟信号数据进行模数转换成数字信号数据；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第一全向天线接收频段的射频信号进行低噪放和滤波处理；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第二全向天线接收频段的射频信号进行下变频、低噪放和滤波处理。
在本实施例中，本系统工作频率范围为0.1GHz～26.5GHz，天馈接收模块包括0.1GHz～2GHz第一全向天线、2GHz～26.5GHz第二全向天线。
射频信号经天线接收后进入射频接收机；射频接收机主要实现低噪放、下变频、滤波放大等，将射频信号变为中频信号，随后进入数字处理机进行A/D变换；其中0.1GHz～2GHz射频通道信号不需下变频处理，只需经低噪放和滤波后直接进行A/D变换。
具体的，数字处理机主要实现数字信号信道化分析处理、门限检测和信号采集与输出等。
具体的，数字处理机依据扫描带宽和频率分辨率参数的要求，对采样的信号时域数据进行信道化频谱分析。
具体的，数字处理机作为电磁环境测量与评估系统的核心控制与计算单元，板卡上集成了ARM和FPGA等，可以实现高速ADC、信道化处理、数字滤波、快速傅里叶变换(FFT)、数字测频、数字测幅、信号检测等数字信号处理算法；接收上位机工作指令，设定射频接收机的本振工作频率，实现对接收信号的幅度增益控制等。根据数据存储设置要求的数据采集方式，连续地或满足触发条件时，通过光纤将信道化后的I/Q数据和脉冲描述字等传输给显控计算机(可以是监测主控模块和电磁评估模块所在主机)进行存储。
在一实施例中，所述射频接收机包括下变频模块、时基模块、本振模块和逻辑控制单元，所述逻辑控制单元分别连接所述时基模块、本振模块、下变频模块和数字处理机，所述时基模块连接所述本振模块，所述本振模块连接所述下变频模块，所述下变频模块连接所述数字处理机；
所述逻辑控制单元用于响应所述数字处理机发出的控制指令，并根据所述控制指令完成对所述时基模块、本振模块、下变频模块的相应控制；
所述时基模块用于在所述逻辑控制单元的控制下对所述本振模块所需内置时基信号进行放大，并输出至所述本振模块，所述时基模块还用于在有外置时基信号输入时对内置时基信号和外置时基信号进行切换；
所述本振模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述时基模块的输出，向所述下变频模块输出下变频处理所需频率；
所述下变频模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述本振模块的输出对所述射频信号进行低噪放和滤波处理，同时对所述第二全向天线接收的射频信号进行下变频，并输出至所述数字处理机。
在本实施例中，射频接收机主要由下变频接收通道(下变频模块)、时基模块、本振模块、逻辑控制单元等组成。
用户通过上位机设定扫描的中心频率、扫描带宽和频率分辨率，将该指令下发给数字处理机的ARM，ARM将接收到指令和参数解析后，形成指令和参数传输给FPGA作进一步控制。
FPGA根据上位机下发的频段扫描参数(中心频率和带宽等)，控制本振模块生成混频所需的跳频本振和点频本振信号，完成对射频信号中的高频段两次下变频；同时对射频信号按要求进行输出信号的幅度控制。
射频接收机输出的中频信号进入数字处理机进行数字信号处理，将采集的时域数字信号和处理后的频域数字信号打包后，传输给显控计算机上的监测主控模块(软件)。
下变频接收通道(下变频模块)主要完成射频到中频的信号搬移以及信号幅度的放大，和对输出功率幅度的控制功能。
其中，0.1GHz～2GHz射频通道通过限幅器、放大器及滤波器等，将射频信号进行放大并送至数字处理机进行A/D变换；
2GHz～26.5GHz频段经历两次变频后完成的中频信号输出。首先由射频与快速跳频本振混频的方式完成第一次下变频，然后再与点频本振混频完成二次下变频，输出中频信号给处理机。
时基模块完成本振部分所需的内置时基信号的放大、分配以及输出功能，和对外置时基信号输入时的内外时基信号切换功能。
本振模块完成下变频模块所需点频本振和跳频本振的频率输出以及本振信号幅度放大功能。
逻辑控制单元负责响应数字处理机发出的控制指令，并执行控制指令完成相应控制，例如调频本振频点切换、数控衰减器衰减控制、开关滤波器组选择、功放关断等功能。
在一实施例中，所述本振模块包括跳频本振模块和点频本振模块，所述跳频本振模块用于向所述下变频模块输出第一次下变频处理所需频率，所述点频本振模块用于向所述下变频模块输出第二次下变频处理所需频率。
在一实施例中，监测主控模块包括任务规划模块、雷达辐射源识别模块、通信信号识别模块、全脉冲数据分析模块、数据事后处理模块、数据显示模块、系统状态显示模块、文件管理模块、数据库管理模块、数据存储与回放模块和通讯传输软件模块。
在本实施例中，监测主控模块能够监测和接收0.1GHz～26.5GHz频率范围内的电磁信号，对工作频率范围内的信号进行良好的监测和频谱显示。
监测主控模块利用这些数据，可以进行带宽内的信号检测与参数测量，并将检测结果与重点信号表进行比对，对出现的重点信号进行告警。
对于选定的信号，可以进行信号识别，首先根据信号是否为连续波信号，判定是雷达信号还是通信信号；通过雷达信号脉冲描述字的测量，处理结果与信号特征库比对，识别雷达辐射源；在频谱分析基础上对通信信号进行信号体制识别，处理结果与信号特征库比对，识别通信信号。处理和比对结果在显控终端(上位机等)进行显示并存储到信号特征库中；
监测主控模块主要包括任务规划、雷达辐射源识别、通信信号识别、全脉冲数据分析、数据事后处理、数据显示、系统状态显示、文件管理、数据库管理、数据存储与回放、通讯传输等软件模块。
a)能够对电磁环境测量与评估分系统进行任务规划；
b)具有雷达辐射源识别功能；
c)具有通信信号频谱分析和调制样式识别功能；
d)具有全脉冲数据分析、数据事后处理功能；
e)数据显示功能：能够显示原始辐射源数据、合批后的辐射源数据、频谱数据、全脉冲数据；
f)系统状态显示功能：能够显示系统的工作状态，当状态异常时能够进行告警提示；
g)具有文件管理、数据库管理功能；
h)具有数据存储回放功能。
在一实施例中，所述电磁评估模块包括通用评估管理模块、处理分析与评估模块和评估结果输出模块。
在本实施例中，电磁评估模块主要用于内场和外场电磁环境构建复杂度和逼真度等评估。电磁环境评估软件利用环境监测频谱数据和I/Q(同相/正交)数据，根据评估规划中的指标体系和评估方案等，对电磁环境复杂度进行评估并图文显示；光纤网实时接收控制分系统中监测主控模块发出的控制指令、控制参数等，提取信号生成分系统(信号生成分系统为仿真生成复杂电磁场的系统，便于测试，可根据电磁评估模块评估的逼真度，在满足用户需求的基础上改变生成射频信号的配置参数)的配置参数，对构建的电磁环境进行逼真度评估并图文显示。
复杂度评估时在脉冲描述字和IQ数据基础上，根据算法进行复杂度评估。逼真度评估需要上位机在接收侦察接收机数据的同时，接收控制分系统发送的辐射源设置数据，在脉冲描述字、IQ数据和辐射源设置数据基础上，根据算法进行逼真度评估。
电磁评估模块主要由通用评估管理模块、处理分析与评估模块、评估结果输出模块等组成。电磁评估模块能完成数据处理分析、电磁环境复杂度评估、电磁环境逼真度评估、评估任务执行、评估结果输出显示等。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一种宽频和宽带的信号监测评估系统，用于接收射频信号并进行处理和评估，其特征在于，包括：
天馈接收模块，用于接收射频信号；
侦查接收模块，连接所述天馈接收模块，用于将所述射频信号调制为中频信号，并通过模数转化得到数字信号数据；
监测主控模块，连接所述侦查接收模块，用于接收和监测所述数字信号数据，并将频谱数据进行显示；
电磁评估模块，分别连接所述监测主控模块和侦查接收模块，用于根据所述数字信号数据的频谱数据和同相/正交数据，对所述射频信号所在电磁环境的复杂度和逼真度进行评估并图文显示；
其中，所述天馈接收模块包括0.1GHz～2GHz频段的第一全向天线和2GHz～26.5GHz频段的第二全向天线；
所述侦查接收模块包括射频接收机和数字处理机，所述射频接收机连接所述第一全向天线和第二全向天线，所述射频接收机连接所述数字处理机；
所述数字处理机用于向所述射频接收机发出信号处理的控制指令，并将接收到的所述射频接收机处理后的模拟信号数据进行模数转换成数字信号数据；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第一全向天线接收频段的射频信号进行低噪放和滤波处理；
所述射频接收机用于根据所述数字处理机发出的控制指令对所述第二全向天线接收频段的射频信号进行下变频、低噪放和滤波处理；
所述射频接收机包括下变频模块、时基模块、本振模块和逻辑控制单元，所述逻辑控制单元分别连接所述时基模块、本振模块、下变频模块和数字处理机，所述时基模块连接所述本振模块，所述本振模块连接所述下变频模块，所述下变频模块连接所述数字处理机；
所述逻辑控制单元用于响应所述数字处理机发出的控制指令，并根据所述控制指令完成对所述时基模块、本振模块、下变频模块的相应控制；
所述时基模块用于在所述逻辑控制单元的控制下对所述本振模块所需内置时基信号进行放大，并输出至所述本振模块，所述时基模块还用于在有外置时基信号输入时对内置时基信号和外置时基信号进行切换；
所述本振模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述时基模块的输出，向所述下变频模块输出下变频处理所需频率；
所述下变频模块用于在所述逻辑控制单元的控制下，根据所述本振模块的输出对所述射频信号进行低噪放和滤波处理，同时对所述第二全向天线接收的射频信号进行下变频，并输出至所述数字处理机。
2.根据权利要求1所述的宽频和宽带的信号监测评估系统，其特征在于：
所述本振模块包括跳频本振模块和点频本振模块，所述跳频本振模块用于向所述下变频模块输出第一次下变频处理所需频率，所述点频本振模块用于向所述下变频模块输出第二次下变频处理所需频率。
3.根据权利要求1所述的宽频和宽带的信号监测评估系统，其特征在于：
监测主控模块包括任务规划模块、雷达辐射源识别模块、通信信号识别模块、全脉冲数据分析模块、数据事后处理模块、数据显示模块、系统状态显示模块、文件管理模块、数据库管理模块、数据存储与回放模块和通讯传输软件模块。
4.根据权利要求1所述的宽频和宽带的信号监测评估系统，其特征在于：
所述电磁评估模块包括通用评估管理模块、处理分析与评估模块和评估结果输出模块。
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