專利名稱：一種基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明具體涉及一種基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備。
背景技術(shù)：
電子偵探主要是利用電子設(shè)備對(duì)通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子干擾等設(shè)備所輻射的電磁 信號(hào)進(jìn)行偵收、識(shí)別、分析和定位，從中獲取其技術(shù)參數(shù)、通信內(nèi)容、所在位置等情報(bào)，或以 此為依據(jù)實(shí)施電子對(duì)抗和反對(duì)抗的措施。然而電磁信號(hào)空間環(huán)境存在著大量輻射源，它們 分布在寬廣的頻域和空域內(nèi)，而且工作體制繁多，波形復(fù)雜多變，各種電磁信號(hào)在頻域上擁 擠，在時(shí)域上密集交疊。因此，電子偵察從密集復(fù)雜的電磁信號(hào)環(huán)境中截獲和識(shí)別輻射源實(shí) 際上是相當(dāng)復(fù)雜的。為了查明輻射源的特性及其能力，電子偵察系統(tǒng)首先要正確地發(fā)現(xiàn)信 號(hào)的存在。這就要求被偵察的輻射源正在向電子偵察系統(tǒng)方向產(chǎn)生足夠時(shí)間的輻射，而電 子偵察系統(tǒng)必須在方向上、頻率上和極化上對(duì)準(zhǔn)被偵察的輻射源，并且要有足夠的靈敏度。 其次，電子偵察系統(tǒng)在發(fā)現(xiàn)信號(hào)的同時(shí)，需要利用各輻射源的不同特征，將各輻射源從密集 復(fù)雜的信號(hào)流中分離出來，把有用信號(hào)與其他信號(hào)分開，即進(jìn)行信號(hào)分選或分類，并精確地 測(cè)定和分析各輻射源的特征參數(shù)。同時(shí)，根據(jù)不同位置測(cè)定的到達(dá)方向或到達(dá)時(shí)差，可以確 定輻射源的地理位置。根據(jù)需要，對(duì)記錄的數(shù)據(jù)還可進(jìn)一步進(jìn)行綜合分析。因此，電子偵察 系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種對(duì)電磁信號(hào)環(huán)境進(jìn)行采樣、分析和處理的信息系統(tǒng)，一般都具有對(duì)電磁 輻射信號(hào)進(jìn)行探測(cè)、分選、分析、識(shí)別、定位和記錄等功能。為了能在密集復(fù)雜的電磁信號(hào)環(huán) 境中快速截獲和識(shí)別輻射源，通常要求電子偵察系統(tǒng)具有頻段寬和方位覆蓋寬、截獲概率 高、截獲時(shí)間少、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、測(cè)頻和測(cè)向精度高、響應(yīng)速度快、頻率和方向分辨 力高、信號(hào)分選和分析能力強(qiáng)、虛警率低、識(shí)別可靠性高、干擾信號(hào)抑制好及定位精度高等 特性。但是現(xiàn)有的電子偵察設(shè)備中，存在著測(cè)向信號(hào)分辨力差、精度差、頻帶范圍小的問 題，這些都影響了偵察性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電子偵探設(shè)備測(cè)向信號(hào)分辨力差的缺點(diǎn)，提供一種 分辨力高的基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè) 備，該設(shè)備包括HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元、一組數(shù)字中頻單元、主控單元、接 口單元、顯示單元；所述HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元接收各自頻段內(nèi)的信號(hào)， 并轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)傳輸給數(shù)字中頻單元；數(shù)字中頻單元通過CPCI總線將信號(hào)傳輸給主控 單元，并接收主控單元反饋的的控制信號(hào)；所述顯示單元和接口單元分別與主控單元相連。上述設(shè)備的進(jìn)一步改進(jìn)在于，HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元中均具有 對(duì)應(yīng)的濾波和屏蔽電路每個(gè)數(shù)字中頻單元均包括FPGA芯片和外圍電路。
數(shù)字中頻單元內(nèi)接SCA (軟件通信體系框架)組件；所述SCA組件包括數(shù)據(jù)采集模 塊、算法選擇與加載模塊、波達(dá)方向估計(jì)算法模塊、管理與控制模塊；管理與控制模塊控制 數(shù)據(jù)采集模塊、算法選擇與加載模塊與波達(dá)方向估計(jì)算法模塊工作，數(shù)據(jù)采集模塊采集接 收HF、UHF、VHF射頻單元發(fā)出的射頻信號(hào)，算法選擇與加載模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn) 行選擇和加載，最后由波達(dá)方向估計(jì)算法模塊進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)處理。主控單元包括Freescale公司的MPC8641處理器及外圍電路。
所述接口單元包括以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)和光電轉(zhuǎn)換電路。所述顯示單元包括顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路等。該寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備還包括電源單元。本發(fā)明寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明識(shí)別設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)化的軟件 架構(gòu)，運(yùn)用C0RBA(公共對(duì)象請(qǐng)求代理體系)、面向?qū)ο筌浖婕暗燃夹g(shù)，有效提高了無線通 信系統(tǒng)的軟件復(fù)用程度，節(jié)省了設(shè)計(jì)開發(fā)成本，縮短了實(shí)現(xiàn)周期，有可重構(gòu)性、可編程性以 及模塊化等優(yōu)勢(shì)；可外接各個(gè)頻段的天線陣，充分利用各陣元信號(hào)的綜合信息，通過統(tǒng)計(jì)處 理方法來估計(jì)信號(hào)DOA(波達(dá)方向)，具有測(cè)向頻率范圍廣、分辨力高、精度高和靈敏度高等 優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖；圖2為圖1中數(shù)字中頻單元原理示意圖；圖3為圖1中主控單元原理示意圖；圖4為本發(fā)明寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備中波形組件結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明寬頻段波達(dá)方向(DOA)識(shí)別設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明寬頻段DOA識(shí)別設(shè)備由HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元、一組數(shù) 字中頻單元、主控單元、接口單元、顯示單元等組成。設(shè)備原結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該設(shè)備 可外接各個(gè)頻段的天線陣，實(shí)現(xiàn)陣列信號(hào)處理，天線陣可以為線性或圓形陣列。其中HF、VHF 和UHF射頻單元分別將各自頻段內(nèi)的射頻接收信號(hào)轉(zhuǎn)換為中頻信號(hào)，射頻單元中均有對(duì)應(yīng) 的濾波和屏蔽電路。每個(gè)射頻單元可以實(shí)現(xiàn)8路射頻信號(hào)的頻率變換，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后，產(chǎn) 生中頻數(shù)字信號(hào)送給數(shù)字中頻單元處理。射頻單元實(shí)現(xiàn)變頻、模數(shù)轉(zhuǎn)換，不需要使用可運(yùn)行 OS和ORB的嵌入式處理器。每個(gè)數(shù)字中頻單元均可實(shí)現(xiàn)8路信號(hào)的DOA估計(jì)處理。它主要由FPGA芯片 XC5VSX35-12和外圍電路組成，通過FPGA重載程序進(jìn)行更新配置，每個(gè)FPGA有自己的邏 輯設(shè)備，以便其它SCA單元和應(yīng)用程序訪問本單元。該數(shù)字中頻單元原理示意圖參見圖 2。該數(shù)字中頻單元采用CPCI總線技術(shù)，由XC5VSX35-12芯片控制閃存進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控 制雙倍速率靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DDR SRAM) 2代產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。VirteX-5LX30T作為 XC5VSX35-12的CPCI總線驅(qū)動(dòng)芯片，實(shí)現(xiàn)XC5VSX35-12與CPCI總線的通信。主控單元作為設(shè)備的控制核心，由Freescale公司MPC8641處理器及外圍電路組 成，通過MPC8641重載程序進(jìn)行更新配置，主控單元原理示意圖參見圖3。該主控單元采用CPCI總線技術(shù)，由MPC8641控制閃存進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，控制DDR SRAMl和DDR SRAM2進(jìn)行數(shù)據(jù) 存儲(chǔ)。PCI網(wǎng)橋可以擴(kuò)展設(shè)備中更多的CPCI插槽，從而支持更多的CPCI單元接口單元由以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)和光電轉(zhuǎn)換電路組成。通過與外接設(shè)備(如電 腦等)相連，進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳送。顯示單元由顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路組成。軟件框架采用SCA(軟件通信體系框架)標(biāo)準(zhǔn)，主要由操作環(huán)境、核心框架CORBA 接口等組成。操作環(huán)境包括實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)、中間件和核心框架(CF)等。設(shè)備管理器和設(shè)備 驅(qū)動(dòng)以及支持軟件必須運(yùn)行在各個(gè)單元中的嵌入式處理器上。通過CORBA軟總線，每個(gè)處 理器可以運(yùn)行任何CF組件。參見圖4，按照SCA規(guī)范，并結(jié)合DOA波形的實(shí)際情況，在波形 組件劃分時(shí)，分為以下4個(gè)波形應(yīng)用模塊數(shù)據(jù)采集模塊、算法選擇與加載模塊、DOA估計(jì)算 法模塊、管理與控制模塊。管理與控制模塊控制數(shù)據(jù)采集模塊、算法選擇與加載模塊與DOA 估計(jì)算法模塊工作，數(shù)據(jù)采集模塊采集接收HF、UHF、VHF射頻單元發(fā)出的射頻信號(hào)，算法選 擇與加載模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行選擇和加載，最后由DOA估計(jì)算法模塊進(jìn)行DOA 估計(jì)處理。根據(jù)不同頻段、信號(hào)和天線陣，可從DOA估計(jì)算法模塊選擇相應(yīng)環(huán)境中MUSIC、 ESPRIT、Cyclic Music等高分辨率DOA估計(jì)算法。主控單元通過CORBA軟總線和CPCI總 線訪問數(shù)字中頻單元，實(shí)時(shí)加載XC5VSX35-12各種DOA估計(jì)算法。
權(quán)利要求
一種基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于該設(shè)備包括HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元、一組數(shù)字中頻單元、主控單元、接口單元、顯示單元；所述HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元接收各自頻段內(nèi)的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)傳輸給數(shù)字中頻單元；數(shù)字中頻單元通過CPCI總線將信號(hào)傳輸給主控單元，并接收主控單元反饋的控制信號(hào)；所述顯示單元和接口單元分別與主控單元相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述HF射頻單元、 VHF射頻單元、UHF射頻單元中均具有對(duì)應(yīng)的濾波和屏蔽電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述一組數(shù)字中頻 單元單個(gè)均包括FPGA芯片和外圍電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述數(shù)字中頻 單元內(nèi)接SCA組件；所述SCA組件包括數(shù)據(jù)采集模塊、算法選擇與加載模塊、波達(dá)方向估計(jì) 算法模塊、管理與控制模塊；管理與控制模塊控制數(shù)據(jù)采集模塊、算法選擇與加載模塊與波 達(dá)方向估計(jì)算法模塊工作，數(shù)據(jù)采集模塊采集接收HF、UHF、VHF射頻單元發(fā)出的射頻信號(hào)， 算法選擇與加載模塊根據(jù)采集的數(shù)據(jù)對(duì)算法進(jìn)行選擇和加載，最后由波達(dá)方向估計(jì)算法模 塊進(jìn)行波達(dá)方向估計(jì)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述主控單元包括 MPC8641處理器及外圍電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述接口單元包括 以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)、串口驅(qū)動(dòng)和光電轉(zhuǎn)換電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，其特征在于所述顯示單元包括 顯示屏及其驅(qū)動(dòng)電路。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于軟件無線電的寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備，該設(shè)備包括HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元、一組數(shù)字中頻單元、主控單元、接口單元、顯示單元；所述HF射頻單元、VHF射頻單元、UHF射頻單元接收各自頻段內(nèi)的信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)傳輸給數(shù)字中頻單元；數(shù)字中頻單元通過CPCI總線將信號(hào)傳輸給主控單元，并接收主控單元反饋的控制信號(hào)；所述顯示單元和接口單元分別與主控單元相連。本發(fā)明識(shí)別寬頻段波達(dá)方向識(shí)別設(shè)備具有測(cè)向頻率范圍廣、精確度高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04B7/08GK101969330SQ20101051048
公開日2011年2月9日 申請(qǐng)日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者俞春華, 周誼珉, 唐嵐, 張興敢, 張穎, 柏業(yè)超, 高艷寧 申請(qǐng)人:南京大學(xué)