扩跳频信号产生器的研制

摘要：分析了机载扩跳频体制电台的测试需求，利用公共技术平台与开放式软件结构、高性能硬件系统与Matlab／Simulink组成一体的集成开发环境，采用高速DAC／ADc、DSP／FPGA、宽带多模式频率合成器、数字IF处理、总线等技术，实现扩跳频信号的产生，满足机载扩跳频体制电台接收机性能指标的测试需求。研制过程中，解决了DSP／FPGA及实时数字信号处理、宽带多模式频率合成、模块化体系结构设计等问题。
关键词：扩频通信；频率合成；检测系统

O 引言
    根据战术通信需要，机载通信电台普遍采用扩频和跳频技术，在完成常规通信的基础上，完成扩频和跳频的保密通信，随着数据链装备的配备，电台和通信端机将向宽带、数字调制、扩跳混合扩频、高速跳频、软件化、自组织网络方向发展。
    目前市场上提供的无线电综合测试设备、信号产生仪器仅完成机载通信电台常规性能的测试，例如测试AM和FM调制方式下的功率、调制度、灵敏度、静噪灵敏度、选择性、音频电压等，对扩跳频参数，如：直接序列扩频(DS)方式的载波调制方式、话音数码率、扩谱主瓣带宽、接收机灵敏度、发射机功率、DS抗干扰容限、直接序列扩频加跳频(DS+FH)方式的调制方式、跳频频段、跳频带宽、跳频最小间隔、跳频速率、系统组网数、电台入网要求、话音数码率、接收机灵敏度、发射机功率、DS+FH抗干扰容限等没有专用的测试仪器，特别是对DS、FH、
DS／FH工作模式下的接收机的性能指标的测试由于扩跳频电台的专用性的特殊要求，目前无货架产品，因此需要开发与扩跳频体制电台配套的扩跳频信号产生器。

1 设计思想
1．1 需求分析
    (1)UHF频段(超短波)。频率范围：1 08．000～399．975MHz；信道间隔、信道数：可以预置；频率准确度：1ppm；电平范围：-30～-110dBm；调频图案：内部产生、外部输入；DS扩频码型：m、M、Gold；话音数码率：32kb／s．
    (2)VHF频段(短波)。频率范围：2．0OO0～29．9999MHz；信道间隔、信道数：可以预置；频率准确度：1ppm；频率稳定度：0．5ppm／d；电平范围：-10～-110dBm；电平调整步进：1dB；调制方式／工作模式：CW、DSB-AM、LSB-AM、USB-AM、FH；
    (3)通信控制接口与协议。接口：DB25F；通信数据格式：RS-232。
1．2 设计思路
    综合化程度高：适应多种类型、型号的航空电子设备的接口信号环境，产生各型扩跳频电台接收机测试需要的扩跳频参数；结构灵活、开放性好：针对不同的运用需求，采用相应的硬件／软件组合，节约系统成本，使系统可重构、可移植；智能化程度高、控制灵活：硬件系统提供主机程序开发API，方便用户对平台处理器进行编程配置和与硬件平台进行数据交换、控制；使用方便、便携性好。
    扩跳频信号产生器实现以下功能：合成VHF／UHF各种制式发射信号；VHF、UHF可以同时工作；具备高速跳频功能；具备基带信号处理能力；标准的接口控制功能、数据处理功能；具有状态报告与自检功能；显示状态、参数功能；软件具备可重置、可移植功能。

2 检测系统设计
2．1 基本组成
    硬件平台选用CPCI作为系统内部总线，组成具有很大的灵活性，可根据不同的测试对象进行重构，系统组成如图1所示。

3 工作原理
    (1)宽带高速跳频频率合成器。其组成如图2所示。采用DDS+PLL、乒乓方案：DDS作为基准信号发生器，保证输出RF信号的间隔，PLL采用低噪声IC PE3236。两个宽带快速跳频频率合成环实现收发的快速跳频，提供960～1260MHz、信道问隔l／2MHz的L01；采用小信道间隔F-N环：提供第二个窄带L02，中心频率860MHz，频率变化范围±lMHz(2MHz)，信道间隔25kHz、12．5kHz、8．33kHz、6．25kHz、5kHz、100Hz可选；频率合成器同时提供3个救生频率源。

    (2)通用矢量调制器。其包括了波表合成、增益控制、DUC、限幅器、DAC、BPF等。为防止信号在内插滤波器或正交混频中出现溢出、饱和现象，在波表合成和DUC之间增加了增益控制环节。此外为了适应不同速率的基带信号，调制器中的内插滤波器(I1、I2)是编程可控的，输
出DAC I／Q信号直接送RF矢量调制电路完成IF调制，同时可以实现AM、FM、单边带、双边带等调制。
    (3)通用扩频器。扩频码采用m、M序列、Gold等码，也可由外部输入，方便系统联试。
    (4)短波数字中频DIF。传统的VHF短波发射信号合成一般将各种用户信息经变换后通过低速话音接口送入模拟SSB调制器，经过上变频(内部提供多段频率合成器)、滤波、放大发射。根据目前技术状态和频率较低(2～30MHz)，采用数字化的开放性结构，运用ADC／DAC、DSP／FP-GA、DDS等技术实现短波数字中频DIF，实现方案如图3所示。VHF频段的调制主要为AM、FM、BPSK、FSK，由DDS AD9852完成。

    (5)信号处理与控制。完成数据的输入输出处理，实现系统资源的分配与处理，达到协调控制各单元的目的；实现对RF电路的控制，包括对“宽带多模式合成器”跳频频率合成器控制、功率、图案、开关、及“DIF”模块的相应控制；完成各种数据的预处理，包括基带信号处理、编码、可能的加密、同步、跳频图案的产生、算法计算、参数优化等；完成本身资源的配置、下载、管理、状态检测。
    (6)设备控制模块。完成对外实现通信、命令的解释、分析；参数的初步处理与分配；协调控制各单元、模块间的数据交换；用户接口、键盘、显示控制，检测状态并上报；合成两路AF信号，提供给DIF部分和宽带多模式合成模块；完成对VHF、UHF频段的输出功率独立控制。

4 构建测试系统关键技术问题
4．1 DSP／FPGA及实时数字信号处理技术
    在系统中，信号的处理采用高速DSP／FPGA来完成。DSP实时处理技术可以完成各种控制流程、模式的转换与各种编码译码／调制解调算法。采用多DSP结构构成的并行处理，使多种实时信号处理与各单元工作同步协调进行。高速ADC／DAC是基带数字信号处理与模拟的信号处理的桥梁。矢量生成信号经ADC／DAC转换的模拟信号经中频处理模块作放大、滤波、频率变换，经射频处理成为各种无线接口信号，满足不同电子系统模拟信号的要求。
    模拟系统软件提供测试所需的环境设置，由CPU控制程序、DSP／FPGA程序部分组成，采用开放式、模块化的程序结构，便于用户使用、维护、扩充。其中DSP／FPGA软件功能组成如图4所示。

4．2 开放性、标准化、模块化体系结构设计
    系统采用“开放性、标准化、总线化”开放式体系结构，便于构造标准化、模块化的硬件平台及软件平台。实现硬件平台模块化，具有通用性、可扩充性、可维修性；软件具有可移植性、可重用性和可互操作性。数字信号处理／通信仿真、开发与验证集成开发环境是集Matl-ab／Simulink、System Generator For DSP、AccelDSP、C-t0-VHDL以及高性能硬件系统为一体的集成开发环境。

5 结束语
    扩跳频信号产生器运用数字通信系统理论、数字信号处理及DSP／FPGA技术，采用开放式体系架构，系统硬件具备通用性、可扩展性，软件系统具备可重配置性、可移置性，可以针对不同的系统进行增减，以满足不同类型、等级和测试系统的需要，设备操作界面友好，使用简单方便。