CN211656151U - 一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，包括复杂电磁环境仿真服务器、信号采集处理及控制模块、下变频及自检源模块、上变频模块、频率源模块和电源模块，下变频及自检源模块的通道在工作状态下接收输入的射频信号，下变频至中频后送给信号采集处理及控制模块进行ADC及信号处理，信号采集处理及控制模块通过DAC与多通道的上变频模块连接，生成装置可对多个通道间的频率差、相位差和时间差进行校准，所述信号采集处理及控制模块通过网口将获取的数据发送至复杂电磁环境仿真服务器内，并通过光口接收复杂电磁环境仿真服务器的信号仿真样本数据，所述频率源模块上下变频提供本振信号，为信号采集处理及控制模块提供时钟信号，所述电源模块为装置提供电能。

Description

一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置

技术领域

本实用新型涉及一种信号生成装置，具体涉及一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置。

背景技术

现有的动态场景模拟，为保证信号生成时序的准确性，通常采用计算好一段时间的数据后，对数据进行回放生成，该方法受限于回放板卡的缓存容量，能够模拟的场景时长和复杂程度均有限，现有的雷达/通信信号模拟设备通常采用上位机下发信号参数，由数字板卡的FPGA+DAC生成信号的方式获取信号，然后再由上变频通道将信号搬移到设定的频段，该方法虽实时性较好但受限于FPGA的性能，能够实现的信号种类有限且FPGA程序开发难度较大，现有的宽带多通道系统，对于信号通道的误差校准多采用预先加载校准表的方式，该方式难以覆盖所有工作频点和工作环境，不利于信号的精确生成，现有的宽带多通道信号相位差产生多采用在射频输出端使用移相器的方式，相位变化的数值和精度均有限，如6bit的移相器提供64种相位变化，相位变化的步进为5.625°。

基于上述现有技术中出现的问题，目前市场上急需要一种能够支持宽带多通道的信号生成装置，能够在复杂环境下，对设定的工作频段完成信号生成全过程的校准，为相位差/时间差/幅度差的形成奠定基础。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是目前采用的射频输出端使用移相器的方式，相位变化的数值和精度均有限，并且很多都采用预先加载校准表的方式难以覆盖所有工作频点和工作环境，不利于信号的精确生成，目的在于提供一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，解决上述的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，包括复杂电磁环境仿真服务器、信号采集处理及控制模块、下变频及自检源模块、上变频模块、频率源模块和电源模块，下变频及自检源模块的通道在工作状态下接收输入的射频信号，下变频至中频后送给信号采集处理及控制模块进行ADC及信号处理，信号采集处理及控制模块通过DAC与多通道的上变频模块连接，生成装置可对多个通道间的频率差、相位差和时间差进行校准，所述信号采集处理及控制模块通过网口将获取的数据发送至复杂电磁环境仿真服务器内，并通过光口接收复杂电磁环境仿真服务器的信号仿真样本数据，所述频率源模块为上下变频提供本振信号，为信号采集处理及控制模块提供时钟信号，所述电源模块为装置提供电能。

在本申请文件中宽带多通道复杂电磁场景信号生成装置可灵活设置不同工作模式，完成单路接收多路发射、多路信号生成、单路信号接收、干扰信号生成等多种功能，为待测设备提供动态目标、干扰背景、多种类多数量辐射源信号等复杂电磁测试环境，其中：下变频及自检源通道在工作状态下接收输入的射频信号，下变频至中频后送给信号采集处理及控制模块进行ADC及信号处理；在校准工作状态下，下变频及自检源通道根据控制命令，选择自检源信号及5个上变频通道送来的校准信号进入下变频通道。上变频模块完成输入中频信号的上变频处理。频率源为上下变频提供本振信号，为信号采集处理及控制模块提供时钟信号。信号采集处理及控制模块对中频信号进行ADC、DAC变换，并根据工作模式和工作参数对信号进多普勒频率、功率、时延调制和相位调整，信号采集处理及控制模块还负责与上位机通信以及对内部模块进行控制。复杂电磁环境仿真服务器完成复杂电磁环境信号动态仿真，并通过网口和高速光纤接口下发控制命令和信号样本数据。

进一步地，所述信号采集处理及控制模块包括信号采集模块和信号产生模块，信号采集模块和信号产生模块采用VPX架构设计，所述信号采集模块通过ADC将模拟信号转化为数字信号输入至第一FPGA模块内进行数据处理，所述信号产生模块内的第二FPGA模块通过若干块DAC将处理的数字信号转化为不同的模拟信号进行输出。信号采集模块和信号产生模块的对外接口、ADC和DAC等部分电路采用FMC子卡的形式，两个模块的核心电路部分设计完全相同。

进一步地，所述下变频及自检源模块包括下变频模块和自检源模块，所述自检源模块通过选择自检源信号及5个上变频模块通道送来的校准信号进入下变频模块通道；所述下变频模块上设置有6路输入信号接口，分别为RF反馈in1～RF反馈in5以及天线RFin，其中RF反馈in1～RF反馈in5为发射通道校准输入信号，天线RFin为接收信号，选择6路信号中的1路进行下变频至中频后输入至信号采集处理及控制模块进行ADC转换。

进一步地，所述上变频模块接收输入为1.8GHz中频信号，通过选择360MHz和1000MHz中频带宽，第一变频将中频上变到高中频，二次变频与宽带频综本振信号混频，最终输出0.8GHz～18GHz的射频信号。在上变频的链路中，主要是集成各功能电路，包括滤波电路，放大电路，均衡电路、功率调整电路和数控衰减电路。

进一步地，所述频率源模块采用频综为核心，内部集成高稳定度100MHz恒温晶振，为上下变频通道提供可快速切换的本振信号。

进一步地，所述电源模块采用220V交流电向整个装置进行能源供给。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，可通过注入方式，为使用相位差/时差/幅度差技术体制的用于雷达/通信侦察的多通道测向定位设备提供动态的电磁辐射目标运动轨迹，使得上述设备的系统调试、测向算法验证、定位算法验证、跟踪算法验证、用户培训/训练等均可以在常规的实验室进行，无需使用大型的暗室或者采用携带辐射源的飞行器实际飞行的方式，可大幅提高研制效率，节约研制经费。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为本实用新型宽带多通道复杂电磁场景信号生成装置原理框图。

图2信号采集处理及控制模块组成框图

图3信号采集处理及控制模块框图

图4异步时统处理流程图

图5信号调制数据处理流程图

图6多普勒频偏调制处理流程图

图7功率调制处理流程图

图8延迟调制处理流程图

图9相位调整处理流程图

图10信号采集模块图

图11信号产生模块图

图12下变频组件功能框图

图13下变频链路框图

图14上变频组件功能框图

图15上变频链路框图

图16频率源模块功能框图

图17频综原理框图

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1～3所示，本实用新型一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，包括复杂电磁环境仿真服务器、信号采集处理及控制模块、下变频及自检源模块、上变频模块、频率源模块和电源模块，下变频及自检源模块的通道在工作状态下接收输入的射频信号，下变频至中频后送给信号采集处理及控制模块进行ADC及信号处理，信号采集处理及控制模块通过DAC与多通道的上变频模块连接，生成装置可对多个通道间的频率差、相位差和时间差进行校准，所述信号采集处理及控制模块通过网口将获取的数据发送至复杂电磁环境仿真服务器内，并通过光口接收复杂电磁环境仿真服务器的信号仿真样本数据，所述频率源模块上下变频提供本振信号，为信号采集处理及控制模块提供时钟信号，所述电源模块为装置提供电能。

如图4所示，具体的使用中，在生成装置需要进行异步时统时，上位机和硬件回放设备均按照固定的50ms时间步长进行工作，上位机在第n个50ms完成第n+1个50ms需要生成信号的数据计算，数据在第n个50ms的节拍通过光口下发给硬件回放设备，硬件回放设备按照第n个50ms收到的样本数据和时序要求，在第n+1个50ms进行信号回放，同上所述，第n+2个50ms回放第n+1个50ms的数据。上位机和硬件回放设备之间采用GPS/北斗卫星信号，或者其他设备送来的时码进行同步，硬件回放设备内部采用高精度恒温晶振提供自身的计时基准。

如图5所示，在数据进行信号输入输出时，多通道信号的多普勒/相位差/时间差/幅度差的调制功能在信号的数字中频数据中进行，射频信号通过下变频通道变至中频，中频信号由ADC采集后送至FPGA进行处理，FPGA内的数据处理流程是模拟中频信号数字化后的数字中频和光纤通道输入的数字中频，最终将调制之后的中频数据通过5路DAC回放出去。5路信号产生通道的相位调整独立进行，通过测量射频组件输出端相位差异，即可实现发射通道相位校准功能。

如图6所示，在具体进行多普勒频偏调制时，是在对原始数据的多普勒频偏调制是通过将中频信号下变频到基带信号之后进行的，DDS1产生下变频需要的数字载波数据，DDS2根据频偏调制参数产生多普勒频偏调制需要的数字载波数据，数字中频输入完成DDC之后，与多普勒频偏调制载波数据相乘，然后使用DDS1的载波数据进行上变频，得到多普勒频偏调制后的中频数据。中间处理流程在复数域进行，如果不需要多普勒频偏调制，可提供数字中频数据输入到输出的数字直通路径。

如图7所示的功率调制处理流程图，功率调制功能通过对数字中频输入数据进行幅度加权进行的，幅度加权系数由功率调制参数决定，如果不需要功率调制，可提供数字中频数据输入到输出的数字直通路径。

数字中频数据的时延调制通过将数据写入双端口存储器，根据不同的时延调制参数，由不同的存储位置顺序读出实现，实现流程如图8所示。如果不需要时延调制，可提供数字中频数据输入到输出的数字直通路径。

数字中频数据在DAC恢复之前，根据各个通道的相位调整参数，分别对5路数据进行相位调整，实现5个上变频发射通道的相位校准。相位调整流程如图9所示。

如图10、11所示，所述信号采集处理及控制模块包括信号采集模块和信号产生模块，信号采集模块和信号产生模块采用VPX架构设计，所述信号采集模块通过ADC将模拟信号转化为数字信号输入至第一FPGA模块内进行数据处理，所述信号产生模块内的第二FPGA模块通过若干块DAC将处理的数字信号转化为不同的模拟信号进行输出。信号采集模块和信号产生模块的对外接口、ADC和DAC等部分电路采用FMC子卡的形式，两个模块的核心电路部分设计完全相同。

如图12、13所示，所述下变频及自检源模块包括下变频模块和自检源模块，所所述自检源模块在自检工作模式下生成自检信号进入下变频模块通道；所述下变频模块上设置有6路输入信号接口，分别为RF反馈in1～RF反馈in5以及天线RFin，其中RF反馈in1～RF反馈in5为发射通道校准输入信号，天线RFin为接收信号，选择6路信号中的1路进行下变频至中频后输入至信号采集处理及控制模块进行ADC转换。

如图14、15所示，所述上变频模块接收输入为1.8GHz中频信号，通过选择360MHz和1000MHz中频带宽，第一变频将中频上变到高中频，二次变频与宽带频综本振信号混频，最终输出0.8GHz～18GHz的射频信号。在上变频的链路中，主要是集成各功能电路，包括滤波电路，放大电路，均衡电路、功率调整电路和数控衰减电路。

实时校准可在装置工作前进行，也可在工作中穿插进行，可以得到校准时刻相位、幅度的误差补偿表。实时校准可对每个完整的信号生成通道进行相位、幅度校准，具体的操作流程如下：a)控制下变频通道模块中的校准源生成需要的校准信号；b)控制下变频通道模块中该待校准信号通道的单刀双掷开关，将校准源输出信号引入下变频通道，将信号下变频后进行采集和处理，提取采集信号数据的相位、幅度数据，与校准源输出信号的相位和幅度进行对比，获得该频点下变频通道带来的相位、幅度误差；c)信号采集处理及控制模块待校准通道回放采集的校准信号，并通过上变频模块的对应通道搬移至校准信号原频点；d)控制下变频通道模块中该待校准信号通道的单刀双掷开关，将待校准通道输出信号引入下变频通道，将信号下变频后进行采集和处理，提取采集信号数据的相位、幅度数据，与校准源输出信号的相位和幅度进行对比，获得该频点上变频通道、下变频通道带来的相位、幅度误差，减去之前获取的下变频通道误差，得到该频点信号生成通道的相位、幅度误差；e)设置不同校准频点重复步骤a)～d)；f)设置不同信号生成通道重复步骤a)～e)；g)形成误差校准表。

如图16、17所示，所述频率源模块采用频综为核心，通过内部集成高稳定度恒温晶振，该高稳定度恒温晶振采用100MHz恒温晶振。频综内部集成高稳100MHz恒温晶振，功分1路做反馈信号，锁定到外部的100MHz参考信号。锁定后的100MHz信号功分9路分别做2.7GHz、3GHz、3.3GHz、13.5GHz、15GHz、16GHz、17.5GHz点频源的参考。3GHz点频源输出信号，功分1路做DDS的时钟信号。DDS输出频率400～600MHz，1kHz步进。此200MHz带宽的小步进信号分别与2.7GHz、3GHz、3.3GHz点频源信号混频，经开关滤波器组滤波放大后得到2-3.2GHz(1.2GHz带宽)的小步进中频信号。此小步进中频信号在分别与13.5GHz、15GHz、16GHz、17.5GHz点频源信号混频，经开关滤波器组滤波放大后得到10-20GHz(1个倍频程)的小步进信号，然后经过2倍频输出20GHz～40GHz信号。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，包括复杂电磁环境仿真服务器、信号采集处理及控制模块、下变频及自检源模块、上变频模块、频率源模块和电源模块，下变频及自检源模块的通道在工作状态下接收输入的射频信号，下变频至中频后送给信号采集处理及控制模块进行ADC及信号处理，信号采集处理及控制模块通过DAC与多个通道的上变频模块连接，生成装置可对多个通道间的频率差、相位差和时间差进行校准，所述信号采集处理及控制模块通过网口将获取的数据发送至复杂电磁环境仿真服务器内，并通过光口接收复杂电磁环境仿真服务器的信号仿真样本数据，所述频率源模块上下变频提供本振信号，为信号采集处理及控制模块提供时钟信号，所述电源模块为装置提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，所述信号采集处理及控制模块包括信号采集模块和信号产生模块，信号采集模块和信号产生模块采用VPX架构设计，所述信号采集模块通过ADC将模拟信号转化为数字信号输入至第一FPGA模块内进行数据处理，所述信号产生模块内的第二FPGA模块通过若干块DAC将处理的数字信号转化为不同的模拟信号进行输出。

3.根据权利要求1所述的一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，所述下变频及自检源模块包括下变频模块和自检源模块，所述自检源模块在自检工作模式下生成自检信号进入下变频模块通道；所述下变频模块上设置有6路输入信号接口，分别为RF反馈in1～RF反馈in5以及天线RFin，其中RF反馈in1～RF反馈in5为发射通道校准输入信号，天线RFin为接收信号，选择6路信号中的1路进行下变频至中频后输入至信号采集处理及控制模块进行ADC转换。

4.根据权利要求1所述的一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，所述上变频模块接收输入为1.8GHz中频信号，通过选择360MHz和1000MHz中频带宽，第一变频将中频上变到高中频，二次变频与宽带频综本振信号混频，最终输出0.8GHz～18GHz的射频信号。

5.根据权利要求1所述的一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，所述频率源模块采用频综为核心，内部集成高稳定度100MHz恒温晶振，为上下变频通道提供可快速切换的本振信号。

6.根据权利要求1所述的一种支持宽带多通道的复杂电磁环境信号生成装置，其特征在于，所述电源模块采用220V交流电向整个装置进行能源供给。

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