CN114915354B - 一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统及方法 - Google Patents

Abstract

本方案公开了一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统及方法,包括采集回放模块，采集回放模块包括相互收发通道子模块S1和数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2连接于上位机M2，数字信号处理子模块S2包括PS处理系统和PL可编程逻辑，PS处理系统用于接收上位机指令并控制收发通道子模块S1和PL可编程逻辑，PL可编程逻辑用于控制启用或禁用无人值守功能，在无人值守功能启用或禁用状态下将来自收发通道子模块S1的数据2有选择性或无选择地发送给上位机M2。系统可配置为无人值守采集工作模式，降低人工成本，并且能够自动过滤无用数据，提高磁盘使用效率。

Description

一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统及方法

技术领域

本发明属于射频技术领域，尤其是涉及一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统及方法。

背景技术

通信、导航与雷达技术是我国国民经济发展、国防安全的重要保障，对产品可靠性要求极高，而测试完备性和有效性是产品可靠性的重要保证。射频信号采集回放系统能将外界突发的信号、复杂的电磁环境在实验室环境下重现，能够大大提高测试有效性、完备性。

但是目前的射频采集回放系统都不进行信号检测，按用户设定的采样率、信号中心频率、信号带宽、记录增益、记录文件大小、存放路径等参数直接采集。在采集外界信号时，存在采集时长短，数据有效性低，需要人工观察目标信号等问题，特别是对突发信号、未知信号的采集有很大困难。因此，亟需研制一种高效的射频采集回放系统。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统及方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，包括采集回放模块，所述的采集回放模块包括相互连接的收发通道子模块S1和数字信号处理子模块S2，所述的收发通道子模块S1连接于接收天线RXA和发射天线TXA，所述的数字信号处理子模块S2连接于上位机M2，所述的数字信号处理子模块S2包括PS处理系统和PL可编程逻辑，所述的PS处理系统用于接收上位机指令并控制收发通道子模块S1和PL可编程逻辑，所述的PL可编程逻辑用于根据PS处理系统的控制启用或禁用无人值守功能，以在无人值守功能启用或禁用状态下将来自收发通道子模块S1的数据2有选择性或无选择地发送给上位机M2，所述的收发通道子模块S1根据PS处理系统基于上位机指令发送的控制指令进入信号采集或信号回放工作。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，当启用无人值守功能时，启用对数据2进行信号检测的信号搜索检测功能，将满足条件的数据2发送给上位机M2，当禁用无人值守功能时，将数据2发送给上位机M2。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的收发通道子模块S1与数字信号处理子模块S2通过控制线和数据线分别连接。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的收发通道子模块S1用于在信号采集时将来自接收天线RXA的射频信号转换为数字信号数据2并提供给所述的数字信号处理子模块S2，在信号回放时将来自数字信号处理子模块S2的数字信号数据1转换为射频信号经发射天线TXA输出。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的PS处理系统包括网口和SPI控制接口，所述的网口与所述的上位机M2互连，所述的SPI控制接口通过控制线与所述收发通道子模块S1的控制端互连。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的PL可编程逻辑包括数据1端口和数据2端口，所述的数据1端口和数据2端口分别通过数据线与所述收发通道子模块S1的数据端互连，且数据1端口用于向收发通道子模块S1发送来自上位机M2回放的数据1，数据2端口用于接收来自收发通道子模块S1采集的数据2。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的PS处理系统包括功能指令接收S21、指令解析S22、AD9361控制S23和数据缓存S24，所述的PL可编程逻辑包括功能RAM控制器S25、参数RAM S26、采集回放配置S27、DMA控制器S28、选择器S29和信号搜索检测S30，所述的PS处理系统和PL可编程逻辑分别通过RAM控制器S25和DMA控制器S28进行指令和数据交互；

PL可编程逻辑将来自收发通道子模块S1的数据2通过选择器S29和DMA控制器S28发送给PS处理系统，当无人值守功能启用时，由信号搜索检测S30对来自收发通道子模块S1的数据2进行检测，检测到满足条件的信号时，打开选择器S29，否则关闭选择器S29，当无人值守功能禁用时，始终打开选择器S29。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统中，所述的上位机M2用于供用户选择采集或回放模式，用于供用户在采集模式下选择启用或关闭无人值守功能，用于供用户在回放模式下设置参数配置1，在采集模式下设置参数配置2或参数配置3，将相应的参数配置通过上位机指令的形式发送给PS处理系统以使PS处理系统、PL可编程逻辑和收发通道子模块S1以相应配置进行回放或采集工作。

一种可配置为无人值守的射频信号采集回放方法，包括：

S1.根据用户在上位机M2的选择确定回放模式或采集模式；

S2.当用户选择回放模式时进入回放流程；当用户选择采集模式时，提供无人值守功能选项，当用户选择启用无人值守功能时进入无人值守采集流程，当用户选择禁用无人值守功能时进入一般采集流程；

S3.当处于无人采集流程时，对收发通道子模块S1采集的数据2进行信号检测，未检测到满足条件的信号时关闭选择器S29，否则打开选择器S29，以将满足条件的数据2发送给上位机M2，当处于一般采集流程时，打开选择器S29以将数据2发送给上位机M2。

在上述的可配置为无人值守的射频信号采集回放方法中，包括：

A.回放流程包括，根据用户在上位机M2中的选择和设置确定需回放的数据文件以及包括采样率、信号中心频率、回放增益、是否循环回放的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令并依据解析结果产生SPI控制信号控制收发通道子模块S1，随后接收并缓存上位机下发的数据1，通过DMA控制器S28将数据1传递给收发通道子模块S1的数据端，产生射频信号；

B.无人采集流程包括，根据用户在上位机M2中的设置确定采样率、信号搜索起始频率、信号搜索终止频率、门限电平、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令，由信号搜索检测S30先对来自收发通道子模块S1的数据2进行信号搜索检测，检测到满足配置参数中信号搜索起始频率、信号搜索终止频率、门限电平的信号时，打开选择器S29，数据2通过DMA控制器S28与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机M2，没有检测到符合条件的信号时，关闭选择器S29，停止数据传输；

C.一般采集流程包括，根据用户在上位机M2中的设置确定包括采样率、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令并根据解析结果打开选择器S29，将来自收发通道子模块S1的数据2送入选择器S29，经DMA控制器S28，与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机M2。

本发明的优点在于：

采用AD9361和ZYNQ7020为核心器件研制采集回放模块，简化了射频收发通道和控制电路设计，实现了系统小型化，扩展了其使用场景；

系统可配置为无人值守采集工作模式，降低人工成本；

自动过滤无用数据，大大提高磁盘使用效率，支持系统长时间工作。

附图说明

图1为本发明一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统的示意图；

图2为本发明中ZYNQ7020数字信号处理子模块S2的示意图；

图3为本发明一种可配置为无人值守的射频信号采集回放方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，包括接收天线RXA、发射天线TXA、采集回放模块M1、上位机M2(可以为具有上位机软件的笔记本电脑M2)及相关附件(包括网线、鼠标、电源适配器、射频电缆等)，笔记本电脑M2包括大容量硬盘，用于支持数据存储，优选外置高速大容量磁盘阵列地存储设备。接收天线RXA通过射频电缆连接至采集回放模块M1的射频输入端口RX，发射天线TXA通过射频电缆连接至采集回放模块M1的射频输出端口TX，采集回放模块M1的网口通过网线连接至笔记本电脑M2的网口，采集回放模块M1包括AD9361收发通道子模块S1和ZYNQ7020数字信号处理子模块S2。可选的，本发明支持注入式信号采集回放，射频输入端口RX连接信号源，射频输出端口TX连接频谱仪或接收机等射频信号处理分析设备。

本实施例中，AD9361收发通道子模块S1和ZYNQ7020数字信号处理子模块S2的控制线和数据线分别相连，收发通道子模块S1在信号采集时将来自RX端口的射频信号转换为数字信号，提供给数字信号处理子模块S2，而在回放时，收发通道子模块S1将来自数字信号处理子模块S2的数字信号转换为射频信号经TX端口输出。

本实施例中ZYNQ7020数字信号处理子模块S2包括PS处理系统和PL可编程逻辑。采集回放模块M1运行嵌入式软件，所述笔记本电脑M2运行上位机软件，M1与M2通过网口，按TCP/IP协议通信。M1中运行的嵌入式软件包括PS运行的嵌入式软件1，负责接收上位机指令并控制收发通道子模块S1，完成数据在PL和M2之间的交互，PL运行的嵌入式软件2，实现信号搜索检测、信号采集等功能，嵌入式软件1、嵌入式软件2结合上位机软件，实现采集回放系统功能。

具体地，如图2所示，PS处理系统运行的嵌入式软件1用于提供指令接收S21、指令解析S22、AD9361控制S23、数据缓存S24等功能，网口与上位机互连，SPI控制与收发通道子模块S1控制端互连。PL可编程逻辑运行的嵌入式软件2包括RAM控制器S25、参数RAM S26、采集回放配置S27、DMA控制器S28、选择器S29、信号搜索检测S30，数据1和数据2与收发通道子模块S1的数据端相连，数据1为向外输出的回放数据，数据2为采集的数据，PS处理系统和PL可编程逻辑分别通过RAM控制器和DMA控制器进行指令和数据交互。

本发明中，系统工作模式和收发通道子模块S1的工作参数由上位机软件下发，可灵活配置。

实施例2

如图3所示，本实施例提供了一种可配置为无人值守的射频信号采集回放方法，由上述一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统执行，具体包括两个流程。

1、回放工作流程如下：按要求正确连接设备并上电，打开上位机软件，选择工作模式为回放。选择需要回放的数据文件，设置参数配置1，包括采样率、信号中心频率、回放增益、是否循环回放，点击“回放”按钮，上位机将获取上述参数，并下发到数字信号处理子模块S2，PS处理系统通过S21接收指令，再通过S22解析指令，并按照解析结果，由S23产生SPI控制信号，控制收发通道子模块S1，数据缓存S24接收上位机下发的数据文件，通过DMA控制器S28将数据1传递给收发通道子模块S1的数据端，产生射频信号输出到外部的频谱仪或接收机等射频信号处理分析设备，进入信号回放流程。

2、采集工作流程如下：按要求正确连接设备并上电，打开上位机软件，选择工作模式为采集。

选择启用无人值守功能时，设置参数配置2，包括采样率、信号搜索起始频率、信号搜索终止频率、门限电平、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称等。

选择禁用无人值守功能时，设置参数配置3，包括采样率、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称等。

点击“采集”按钮，上位机将获取上述参数，并下发到数字信号处理子模块S2，PS处理系统通过S21接收指令，再通过S22解析指令，并按照解析结果，由S23产生SPI控制信号控制收发通道子模块S1，同时通过RAM控制器S25将参数写入参数RAM S26，采集回放配置S27读取S26数据，去配置选择器S29和信号搜索检测S30。

根据是否启用无人值守功能，采集回放模块M1将执行不同的任务，启用无人值守时，信号搜索检测S30先对来自收发通道子模块S1的数据2进行信号搜索检测，根据检测结果和参数配置2确定是否进行信号采集、数据存储，检测到满足条件的信号时，打开选择器S29，数据2通过DMA控制器S28与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机，没有检测到符合条件的信号时，关闭选择器S29，切断进入DMA控制器S28的数据源，停止数据传输。信号搜索检测S30主要用于检测数据2是否满足参数配置2中的信号起始频率和门限电平，如果是，则该数据2为满足条件的信号，打开选择器S29，如果不是，则表示暂时不存在满足条件的信号，关闭选择器S29。禁用无人值守时，按参数配置3进行信号采集和数据存储，来自收发通道子模块S1的数据2不进行信号检测，直接经选择器S29，进入DMA控制器S28，与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机M2。

本发明公开的无人值守射频信号采集工作模式，使系统能够被配置为自动检测和采集信号，减少人工，降低采集成本；同时未检测到感兴趣的信号时，不会采集存储数据，提高了磁盘使用效率，能大大提高系统采集时长。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了接收天线RXA、发射天线TXA、收发通道子模块S1、PS处理系统、PL可编程逻辑、上位机M2等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，包括采集回放模块，所述的采集回放模块包括相互连接的收发通道子模块S1和数字信号处理子模块S2，所述的收发通道子模块S1连接于接收天线RXA和发射天线TXA，所述的数字信号处理子模块S2连接于上位机M2，所述的数字信号处理子模块S2包括PS处理系统和PL可编程逻辑，所述的PS处理系统用于接收上位机指令并控制收发通道子模块S1和PL可编程逻辑，所述的PL可编程逻辑用于根据PS处理系统的控制启用或禁用无人值守功能，以在无人值守功能启用或禁用状态下将来自收发通道子模块S1的数据2有选择性或无选择地发送给上位机M2，所述的收发通道子模块S1根据PS处理系统基于上位机指令发送的控制指令进入信号采集或信号回放工作；

当启用无人值守功能时，PL可编程逻辑启用对数据2进行信号检测的信号搜索检测功能，将满足条件的数据2发送给上位机M2，当禁用无人值守功能时，将数据2发送给上位机M2。

2.根据权利要求1所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，所述的收发通道子模块S1与数字信号处理子模块S2通过控制线和数据线分别连接。

3.根据权利要求2所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，

所述的收发通道子模块S1用于在信号采集时将来自接收天线RXA的射频信号转换为数字信号数据2并提供给所述的数字信号处理子模块S2，在信号回放时将来自数字信号处理子模块S2的数字信号数据1转换为射频信号经发射天线TXA输出。

4.根据权利要求3所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，所述的PS处理系统包括网口和SPI控制接口，所述的网口与所述的上位机M2互连，所述的SPI控制接口通过控制线与所述收发通道子模块S1的控制端互连。

5.根据权利要求4所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，所述的PL可编程逻辑包括数据1端口和数据2端口，所述的数据1端口和数据2端口分别通过数据线与所述收发通道子模块S1的数据端互连，且数据1端口用于向收发通道子模块S1发送来自上位机M2回放的数据1，数据2端口用于接收来自收发通道子模块S1采集的数据2。

6.根据权利要求5所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，所述的PS处理系统包括功能指令接收S21、指令解析S22、AD9361控制S23和数据缓存S24，所述的PL可编程逻辑包括功能RAM控制器S25、参数RAM S26、采集回放配置S27、DMA控制器S28、选择器S29和信号搜索检测S30，所述的PS处理系统和PL可编程逻辑分别通过RAM控制器S25和DMA控制器S28进行指令和数据交互；

PL可编程逻辑将来自收发通道子模块S1的数据2通过选择器S29和DMA控制器S28发送给PS处理系统，当无人值守功能启用时，由信号搜索检测S30对来自收发通道子模块S1的数据2进行检测，检测到满足条件的信号时，打开选择器S29，否则关闭选择器S29，当无人值守功能禁用时，始终打开选择器S29。

7.根据权利要求6所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放系统，其特征在于，所述的上位机M2用于供用户选择采集或回放模式，用于供用户在采集模式下选择启用或关闭无人值守功能，用于供用户在回放模式下设置参数配置1，在采集模式下设置参数配置2或参数配置3，将相应的参数配置通过上位机指令的形式发送给PS处理系统以使PS处理系统、PL可编程逻辑和收发通道子模块S1以相应配置进行回放或采集工作。

8.一种可配置为无人值守的射频信号采集回放方法，其特征在于，包括：

S1.根据用户在上位机M2的选择确定回放模式或采集模式；

S2.当用户选择回放模式时进入回放流程；当用户选择采集模式时，提供无人值守功能选项，当用户选择启用无人值守功能时进入无人值守采集流程，当用户选择禁用无人值守功能时进入一般采集流程；

S3.当处于无人采集流程时，对采集回放模块中收发通道子模块S1采集的数据2进行信号检测，未检测到满足条件的信号时关闭选择器S29，否则打开选择器S29，以将满足条件的数据2发送给上位机M2，当处于一般采集流程时，打开选择器S29以将数据2发送给上位机M2；

采集回放模块包括相互连接的收发通道子模块S1和数字信号处理子模块S2，所述的收发通道子模块S1连接于接收天线RXA和发射天线TXA，所述的数字信号处理子模块S2连接于上位机M2；

所述的数字信号处理子模块S2包括PS处理系统和PL可编程逻辑，所述的PS处理系统用于接收上位机指令并控制收发通道子模块S1和PL可编程逻辑，所述的PL可编程逻辑包括信号搜索检测S30和选择器S29，信号搜索检测S30用于对收发通道子模块S1采集的数据2进行信号检测。

9.根据权利要求8所述的可配置为无人值守的射频信号采集回放方法，其特征在于，包括：

A.回放流程包括，根据用户在上位机M2中的选择和设置确定需回放的数据文件以及包括采样率、信号中心频率、回放增益、是否循环回放的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令并依据解析结果产生SPI控制信号控制收发通道子模块S1，随后接收并缓存上位机下发的数据1，通过DMA控制器S28将数据1传递给收发通道子模块S1的数据端，产生射频信号；

B.无人采集流程包括，根据用户在上位机M2中的设置确定采样率、信号搜索起始频率、信号搜索终止频率、门限电平、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令，由信号搜索检测S30先对来自收发通道子模块S1的数据2进行信号搜索检测，检测到满足配置参数中信号搜索起始频率、信号搜索终止频率、门限电平的信号时，打开选择器S29，数据2通过DMA控制器S28与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机M2，没有检测到符合条件的信号时，关闭选择器S29，停止数据传输；

C.一般采集流程包括，根据用户在上位机M2中的设置确定包括采样率、信号中心频率、记录增益、记录文件大小、存放路径、文件名称的配置参数，上位机M2将配置参数以上位机指令的形式下发给数字信号处理子模块S2，数字信号处理子模块S2解析指令并根据解析结果打开选择器S29，将来自收发通道子模块S1的数据2送入选择器S29，经DMA控制器S28，与PS处理系统交互后，由网口传递到上位机M2。