CN115065424A - 一种车载通信信号综合模拟装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载通信信号综合模拟装置，包含：通信信号模拟器模块，所述通信信号模拟器模块包含若干种通信信号产生器、信号功率放大器以及与信号功率法大器对应的发射天线，所述通信信号模拟器模块用于产生不同的模拟信号；电源模块，所述电源模块为模拟装置的各部分提供电源；显控终端，所述显控终端包含主控终端设备和显示模块，用于监测各种发射信号频谱。本发明综合模拟装置涵盖了通信信号各类样本，从常规通信到特殊通信乃至保密通信、数据链通信均在本发明装置模拟范围，对侦察、试验、训练和电子对抗提供了必要的条件。

Description

一种车载通信信号综合模拟装置
技术领域
本发明属于无线电通信技术领域，具体涉及一种车载通信信号综合模拟装置。
背景技术
现有通信信号模拟设备在实际使用中因其手段的不完全性和运用场景的限制，对通信设备的验证、人员训练和具备电磁环境构建造成一定的困难，由于常规通信模拟信号的局限性、离散性，特别对高速高空运动目标的通信干扰、压制效果不够理想。
发明内容
为克服背景技术中的问题，本发明提出了一种车载通信信号综合模拟装置，克服了现有通信信号模拟设备的缺陷，为用户提供方便、实用的现代化电子对抗装备。
本发明提出了一种车载通信信号综合模拟装置，所述模拟装置包含：
通信信号模拟器模块，所述通信信号模拟器模块包含若干种通信信号产生器、信号功率放大器以及与信号功率法大器对应的发射天线，所述通信信号模拟器模块用于产生不同的模拟信号；
电源模块，所述电源模块为模拟装置的各部分提供电源；
显控终端，所述显控终端包含主控终端设备和显示模块，用于监测各种发射信号频谱。
进一步的，所述通信信号模拟器模块包含通信信号模拟组件、基带信号产生电路、射频信号频谱变换电路以及功率放大器组；其中，所述基带信号产生电路用于产生基带信号的波形，其与射频信号频谱变换电路连接，所述射频信号频谱变换电路把基带信号产生电路产生的基带信号经过频谱搬移，变换到30MHz～3GHz射频频段，并完成信号的滤波、放大、功率控制功能。
进一步的，所述通信信号模拟器组件包含超短波通信信号模拟器，船舶自动识别信号模拟器AIS、link4以及link11数据链信号产生器、link16数据链信号产生器、敌我识别信号产生器、塔康Tacan导航信号产生器中的一种或多种，所述通信信号模拟组件与主控设备连接，通信信号的选通由主控设备实时控制。
进一步的，所述基带信号产生电路包含数字信号产生器，所述数字信号产生器用于产生基准子带数字信号，包含4片DSP和1片FPGA芯片；其中DSP用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生，FPGA芯片用于接收和缓存所有8个基准子带数字信号，并将其通过CPCI总线送往数模转换板；所述数模转换板包括SDRAM、FPGA、DAC和LPF；SDRAM负责缓冲和暂存基准子带数据；FPGA将7个基准子带数字信号经过插值、抗混叠滤波、频谱搬移和滤波操作，拼接成一路采样速率为384MSaps的60MHz带宽中频数字信号；DAC完成数模转换输出相应的模拟量信号；模拟低通滤波器输出频带在1～500MHz的模拟数字信号。
进一步的，所述基带信号产生电路包含3块FPGA信号处理模块，其中两块FPGA信号处理模块用于数模转换板中的中频数字信号生成；另一块FPGA信号处理模块与DSP相连，用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生。
进一步的，所述主控终端设备产生通信模拟信号的类型、频率、输出功率参数，控制数字信号产生器。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、综合性。本发明涵盖了通信信号各类样本，从常规通信到特殊通信乃至保密通信、数据链通信均在本发明装置模拟范围，对侦察、试验、训练和电子对抗提供了必要的条件。
2、全频段无缝链接。本发明几乎覆盖了通信频段的所有工作频率，现有的扩展通信频段，亦可通过简单增补信号产生即可无缝覆盖。而且，在整个覆盖频段，主控计算机可根据需要对通信信号进行任意的频点跳跃、扫频、调制方式变换和输出功率调整等操作。
3、高机动性。本发明为越野车集成装置，设有自备电站、自主有线无线通信、北斗授时及定位、自动展开（自动调平、天线收放折叠）等，为野战用户提供方便。
4、远程控制、无人值守。本发明在单人执行任务时，自动展开后，可运用有线、无线通信进行远程操作，所有功能均可进行远动，真正做到无人值守。
附图说明
图1是本发明一种车载通信信号综合模拟装置的组成架构示意图；
图2 是实施例中的通信信号产生器组成示意图；
图3是实施例中的信号模拟的工作模块示意图；
图4 是实施例中的通信模拟信号产生链路示意图；
图5是实施例中的模拟信号产生器组成示意图；
图6是实施例中的数字上转频组成框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明提出了一种车载通信信号综合模拟装置，所述模拟装置包含：
通信信号模拟器模块，所述通信信号模拟器模块包含若干种通信信号产生器、信号功率放大器以及与信号功率法大器对应的发射天线，所述通信信号模拟器模块用于产生不同的模拟信号；
电源模块，所述电源模块为模拟装置的各部分提供电源；
显控终端，所述显控终端包含主控终端设备和显示模块，用于监测各种发射信号频谱。
进一步的，所述通信信号模拟器模块包含通信信号模拟组件、基带信号产生电路、射频信号频谱变换电路以及功率放大器组；其中，所述基带信号产生电路用于产生基带信号的波形，其与射频信号频谱变换电路连接，所述射频信号频谱变换电路把基带信号产生电路产生的基带信号经过频谱搬移，变换到30MHz～3GHz射频频段，并完成信号的滤波、放大、功率控制功能。
本发明为一种车载通信信号综合模拟装置主要由载车、电站、显控终端和通信信号模拟器组成。通信信号模拟器由8种通信信号产生器、5台信号功率放大器组合和5根对应发射天线组成；载车为越野型依维柯面包车；电站为6KW超静音柴油发电机组；显控设备包括一台工控计算机和一台嵌入式高清显示器，主控计算机采用国产麒麟操作系统，可有效实现保密和免受攻击。此外，装置还配备一台频谱监测设备，通过接收天线和解调设备可以随时监测各种发射信号频谱。本装置备有数传电台及其天线和光纤调制、解调设备，可运用有线、无线手段对本装置进行远程控制，达到无人值守的效果。
进一步的，所述通信信号模拟器组件包含超短波通信信号模拟器，船舶自动识别信号模拟器AIS、link4以及link11数据链信号产生器、link16数据链信号产生器、敌我识别信号产生器、塔康Tacan导航信号产生器中的一种或多种，所述通信信号模拟组件与主控设备连接，通信信号的选通由主控设备实时控制。
本申请的主要组成部分是通信信号模拟组件，如图1所述，包括超短波通信信号模拟器，船舶自动识别信号模拟器（AIS）,link4、link11数据链信号产生器，link16数据链信号产生器，敌我识别信号产生器、塔康（Tacan）导航信号产生器等，基本上涵盖了通信信号的各种类型。通信信号的选通由主控计算机实时控制，此外，数传通信电台和光纤接入设备可达成远程控制效能。通信模拟信号的输出级分别由5台功率放大器担任，不同频率的信号由对应带宽的功率放大器合成输出，塔康信号由1000W大功率放大器单独放大输出，组成框图如图2。
本实施例中，以塔康（Tacan）导航信号产生器以及船舶自动识别信号模拟器（AIS）为例，详细说明本申请方案如何实现涵盖通信信号的各种类型，通信信号的选通由主控计算机实时控制，数传通信电台和光纤接入设备可达成远程控制效能
从塔康地面信标台发射的信号是由完成不同功能的若干脉冲信号组成，主要包括用于方位测量的主基准脉冲及辅助基准脉冲，用于距离测量的应答脉冲以及用于区别不同地面台的台识别脉冲。这些脉冲信号被频率为 962MHz 至 1213MHz 的载波信号搬移到 L波段。此外，信号还被 15Hz 和 135Hz 叠加后的包络进行 AM 调制。本模拟器采用了数字信号处理的方式，首先由数字信号处理模块产生载波频率为 70MHz 的带有基准脉冲、测距应答脉冲、台识别脉冲以及 15 Hz、135 Hz 外包络的合成信号，再通过射频前端组件将该中频合成信号上变频到最终的波道上。
敌我识别系统从工作原理上一般分为协同式和非协同式两种。协同式敌我识别系统(Identification Friend or Foe, IFF)由询问机和应答机两部分构成，通过两者之间数据保密的询问/应答通信实现识别。
敌我识别系统常用的询问应答信号的工作模式主要有：1、2、3/A、4、S等，其中询问信号的载频为1030MHz，应答信号的载频为1090MHz，信号体制基本相同。根据国际民航组织的规定，MarKX模式主要包括模式1、模式2、模式3/A，模式1、模式2主要用于军用，模式3/A用于民用；MarKXII兼容MarKX，并在MarKX基础上增加了加密工作模式4，模式 S 是近期广泛使用的一种全新的工作模式。由于模式S包含特定地址代码，所以对于敌我目标可以进行唯一编码，点名询问，保证了询问应答的准确性和可靠性，同时也可以解决信号之间的混扰与窜扰的问题。
以船舶自动识别信号模拟器（AIS）为例，AIS协议是新一代的上海通信协议，是运行在VHF波段并采用TDMA技术交换数据的一种导航系统。AIS系统采用自组织时分多址通信技术（SO-TDMA），而TDMA技术则是当今通信技术的主流，该技术的频带利用率很高，抗干扰性强。它可将船舶的动态信息（精确的GPS船位和航行数据等）和静态信息（船名、船型、装载货物等）以规定的TDMA帧协议组织通过VHF波段的通信系统进行传输，并可利用船舶或VTS实时接收船舶发射的动态信息，从而对船舶的安全进行实时监控。
AIS系统一般采用VHF无线传输方式，VHF频道为161.975MHz（CH87）和162.025MHz（CH88），VHF收发机的带宽为25kHz或12.5kHz。调制采用高斯最小频移键控（GMSK/FM）方式，GMSK调制器的宽带时间乘以BT为0.3（窄带12.5kHz）和0.4（宽带25kHz），GMSK解调器BT值为0.3或0.5（窄带12.5kHz）、0.5（宽带25kHz）。数据传输速率为9600bit/s，并使用非归零反转码（NRZI）编码。AIS工作时，发射阻塞时间不能超过1ms，发射功率为2～12.5W。
进一步的，所述基带信号产生电路包含数字信号产生器，所述数字信号产生器用于产生基准子带数字信号，包含4片DSP和1片FPGA芯片；其中DSP用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生，FPGA芯片用于接收和缓存所有8个基准子带数字信号，并将其通过CPCI总线送往数模转换板；所述数模转换板包括SDRAM、FPGA、DAC和LPF；SDRAM负责缓冲和暂存基准子带数据；FPGA将7个基准子带数字信号经过插值、抗混叠滤波、频谱搬移和滤波操作，拼接成一路采样速率为384MSaps的60MHz带宽中频数字信号；DAC完成数模转换输出相应的模拟量信号；模拟低通滤波器输出频带在1～500MHz的模拟数字信号。
信号模拟的工作模块组成如图3所示，通信模拟信号产生器包括基带信号产生电路和射频信号频谱变换电路以及功率放大器组。基带信号产生电路产生基带信号的波形，射频信号频谱变换电路把基带信号产生电路产生的基带信号经过频谱搬移，变换到30MHz～3GHz射频频段，并完成信号的滤波、放大、功率控制等功能。功率放大器组把30MHz～3GHz频段的射频小信号分段放大到10W～1000W的大功率信号，再送给对应频段的天线系统。根据功率放大器的频率带宽和天线系统覆盖性能，通信信号模拟输出分别为30～100MHz、100～300MHz、300～960MHz、960～3000MHz以及960～1300MHz专用大功率频段等共五个辐射频段。
进一步的，所述基带信号产生电路包含3块FPGA信号处理模块，其中两块FPGA信号处理模块用于数模转换板中的中频数字信号生成；另一块FPGA信号处理模块与DSP相连，用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生。
进一步的，所述主控终端设备产生通信模拟信号的类型、频率、输出功率参数，控制数字信号产生器。
频谱监测组件用于对周围电磁环境频谱进行实时监测，可以完成对无线通讯信号、雷达信号以及电子对抗信号实时检测、存储、回放和分析，亦可对自身射频信号进行检测分析，以检验通信模拟信号的工作情况。
整个信号产生系统由3块FPGA信号处理模块、12个滤波混频放大射频通道、7个天线以及主控计算机及其显示器组成。
信道模拟器主要基于软件无线电构架，信道模拟器的核心技术即软件无线电技术进行设计。单一模拟信号的产生链路如图4所示。
DSP控制由软件产生通信模拟信号的类型、频率、输出功率等参数，去控制数字信号产生器。数字信号产生器的功能是产生基准子带数字信号，它由4片DSP和1片FPGA组成。其中DSP完成基带数字信号和基准子带数字信号的产生，FPGA芯片负责收集和缓存所有8个基准子带数字信号，并将其通过CPCI总线送往数模转换板。数模转换板由SDRAM、FPGA、DAC和LPF组成。SDRAM负责缓冲和暂存基准子带数据；FPGA负责将7个基准子带数字信号经过插值、抗混叠滤波、频谱搬移和滤波操作，拼接成一路采样速率为384MSaps的60MHz带宽中频数字信号；DAC完成数模转换输出相应的模拟量信号；模拟低通滤波器输出频带在1～500MHz的模拟数字信号。模拟信号产生器原理如图5所示。
通信模拟信号电路的射频数字信号由数字上转频电路完成。数字上变频是将基带信号调制到中高频，进一步可以通过DA转化为模拟信号。时软件无线电技术的核心技术之一。通过数字正交混频上变频的时序过程如图6所示。
按频段划分，上转频电路由30～100MHz、100～300MHz、300～960MHz、960～3000MHz以及960～1300MHz5段组成，分别送射频信号处理电路进行功率放大。
在通信模拟信号产生部分，分别有常规通信信号产生电路、敌我识别信号产生电路、AIS（船舶自动识别）信号产生电路、塔康（Tacan）信号产生电路、数据链（Link4、Lin11、Link16）信号产生电路。这些信号分别由FPGA、DSP编辑产生，经上转频电路变换为射频信号，供末级功率放大器放大输出。信号的形式、辐射频率由主控计算机选通控制。
根据通信信号的辐射特点，各频段的等效辐射功率（EIRP）分别为5W、10W、1000W，同频段不同频点的信号由宽带功率放大器合成放大输出。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述模拟装置包含：
通信信号模拟器模块，所述通信信号模拟器模块包含若干种通信信号产生器、信号功率放大器以及与信号功率法大器对应的发射天线，所述通信信号模拟器模块用于产生不同的模拟信号；
电源模块，所述电源模块为模拟装置的各部分提供电源；
显控终端，所述显控终端包含主控终端设备和显示模块，用于监测各种发射信号频谱。
2.根据权利要求1所述的一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述通信信号模拟器模块包含通信信号模拟组件、基带信号产生电路、射频信号频谱变换电路以及功率放大器组；其中，所述基带信号产生电路用于产生基带信号的波形，其与射频信号频谱变换电路连接，所述射频信号频谱变换电路把基带信号产生电路产生的基带信号经过频谱搬移，变换到30MHz～3GHz射频频段，并完成信号的滤波、放大、功率控制功能。
3.根据权利要求2所述的一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述通信信号模拟器组件包含超短波通信信号模拟器，船舶自动识别信号模拟器AIS、link4以及link11数据链信号产生器、link16数据链信号产生器、敌我识别信号产生器、塔康Tacan导航信号产生器中的一种或多种，所述通信信号模拟组件与主控设备连接，通信信号的选通由主控设备实时控制。
4.根据权利要求1所述的一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述基带信号产生电路包含数字信号产生器，所述数字信号产生器用于产生基准子带数字信号，包含4片DSP和1片FPGA芯片；其中DSP用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生，FPGA芯片用于接收和缓存所有8个基准子带数字信号，并将其通过CPCI总线送往数模转换板；所述数模转换板包括SDRAM、FPGA、DAC和LPF；SDRAM负责缓冲和暂存基准子带数据；FPGA将7个基准子带数字信号经过插值、抗混叠滤波、频谱搬移和滤波操作，拼接成一路采样速率为384MSaps的60MHz带宽中频数字信号；DAC完成数模转换输出相应的模拟量信号；模拟低通滤波器输出频带在1～500MHz的模拟数字信号。
5.根据权利要求1所述的一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述基带信号产生电路包含3块FPGA信号处理模块，其中两块FPGA信号处理模块用于数模转换板中的中频数字信号生成；另一块FPGA信号处理模块与DSP相连，用于基带数字信号和基准子带数字信号的产生。
6.根据权利要求1所述的一种车载通信信号综合模拟装置，其特征在于，所述主控终端设备产生通信模拟信号的类型、频率、输出功率参数，控制数字信号产生器。
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