可遙控信號(hào)源在無(wú)線電測(cè)向演練中的應(yīng)用

國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心成都監(jiān)測(cè)站 陳 良 唐若蜜

一、引言

為提高無(wú)線電工作者的技術(shù)水平和管理水平，無(wú)線電管理部門每年都要組織各種規(guī)模的無(wú)線電技術(shù)演練。其中，信號(hào)源測(cè)向查找是重要的一個(gè)演練科目，通過(guò)測(cè)向查找信號(hào)源可以提高工作人員的技術(shù)水平，對(duì)實(shí)際工作有很大幫助。測(cè)向演練中通常使用固定頻率ASK調(diào)制方式發(fā)射的小信號(hào)源或單邊帶語(yǔ)音調(diào)制發(fā)射的車載電臺(tái)信號(hào)源，裁判根據(jù)演練人員查找到信號(hào)源的時(shí)間進(jìn)行評(píng)分，信號(hào)源性能的好壞在演練中起著至關(guān)重要的作用。

二、現(xiàn)狀與功能分析

1. 現(xiàn)狀分析

目前，無(wú)線電演練中普遍使用小信號(hào)源和車載電臺(tái)信號(hào)源，可以滿足演練基本需要，但隨著無(wú)線電干擾形式逐漸多樣化、復(fù)雜化，要求演練更加貼近實(shí)際工作，目前使用的信號(hào)源在日常演練中逐漸暴露出了一些不足，主要體現(xiàn)在：

（1）信號(hào)源在演練過(guò)程中功率發(fā)射狀態(tài)未知。演練中使用的信號(hào)源由于并非高可靠性設(shè)備，個(gè)別信號(hào)源會(huì)出現(xiàn)供電不足、電源開關(guān)誤關(guān)閉和發(fā)射不正常等問(wèn)題，導(dǎo)致信號(hào)源發(fā)射功率降低甚至停止發(fā)射，裁判人員無(wú)法實(shí)時(shí)獲知信號(hào)源發(fā)射狀態(tài)是否正常，造成演練人員不能正常的查找信號(hào)源，影響演練進(jìn)度。

（2）信號(hào)源演練過(guò)程中無(wú)法改變信號(hào)發(fā)射時(shí)間（發(fā)射周期）。目前，小信號(hào)源查找時(shí)一般將信號(hào)源放置于隱蔽地點(diǎn)后工作人員隨即離開，信號(hào)源長(zhǎng)時(shí)間發(fā)射信號(hào)（無(wú)發(fā)射時(shí)候存在載波），而在實(shí)際工作中，我們查找的干擾源很多都是間歇性（周期性）發(fā)射，要求我們?cè)谛盘?hào)發(fā)射時(shí)才進(jìn)行測(cè)向判斷。

（3）信號(hào)源發(fā)射頻率難以隨時(shí)更改。目前，演練過(guò)程中信號(hào)源一般發(fā)射頻率固定，難以隨時(shí)更改，而在實(shí)際工作中，例如考試無(wú)線電安全保障中，發(fā)現(xiàn)作弊數(shù)傳發(fā)射設(shè)備的發(fā)射頻率已從單一頻點(diǎn)到多頻點(diǎn)可選，甚至發(fā)展到同頻段內(nèi)幾兆至十兆赫茲范圍內(nèi)調(diào)諧，作弊設(shè)備可隨時(shí)改變發(fā)射頻率。

（4）信號(hào)源在演練過(guò)程中無(wú)法改變信號(hào)調(diào)制方式。目前，信號(hào)源的調(diào)制方式一般為ASK或者車載電臺(tái)單邊帶語(yǔ)音發(fā)射，而在實(shí)際考試保障中發(fā)現(xiàn)作弊信號(hào)一般為FM調(diào)制、2FSK調(diào)制、GMSK調(diào)制、QAM調(diào)制和QPSK調(diào)制。

（5）信號(hào)源在演練過(guò)程中無(wú)觸發(fā)計(jì)時(shí)功能。在目前演練中找到信號(hào)源后需要演練人員回到裁判處報(bào)告或信號(hào)源處安排專人進(jìn)行計(jì)時(shí)，造成演練計(jì)時(shí)不準(zhǔn)確和人力成本增加。

2. 功能分析

通過(guò)對(duì)目前演練中信號(hào)源使用的現(xiàn)狀分析，可見為使無(wú)線電演練更加貼近實(shí)際工作、進(jìn)一步提高演練的預(yù)期效果，迫切的需要一種可遙控信號(hào)源，該信號(hào)源應(yīng)具有以下功能：發(fā)射功率狀態(tài)可實(shí)時(shí)查詢；信號(hào)發(fā)射時(shí)間（周期）可控；信號(hào)源發(fā)射頻率可隨時(shí)更改；發(fā)射信號(hào)調(diào)制方式多樣化；具有觸發(fā)計(jì)時(shí)功能。

三、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

經(jīng)過(guò)對(duì)可遙控信號(hào)源的功能分析，筆者提出可遙控信號(hào)源系統(tǒng)（如圖1所示），由監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)、Internet和GPRS通信網(wǎng)絡(luò)、信號(hào)源（1-n）組成。

圖1 可遙控信號(hào)源系統(tǒng)組成

1. 監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)主要是監(jiān)測(cè)和控制各信號(hào)源的工作狀態(tài)，包括發(fā)射頻率、信號(hào)發(fā)射時(shí)間間隔、信號(hào)調(diào)制方式和觸發(fā)計(jì)時(shí)。主站系統(tǒng)可對(duì)各信號(hào)源歷史記錄進(jìn)行查詢，從而達(dá)到對(duì)信號(hào)源運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行科學(xué)管理，軟件采用C/S結(jié)構(gòu)分布式管理。

2. Internet/GPRS通信網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)GPRS服務(wù)，設(shè)備可采用互聯(lián)網(wǎng)Internet的標(biāo)準(zhǔn)方式與在互聯(lián)網(wǎng)上的服務(wù)器交換數(shù)據(jù)。GPRS的基礎(chǔ)是以IP包的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，GPRS無(wú)線終端接入GPRS網(wǎng)絡(luò)的方法與普通有線MODEM類似，都采用建立PPP連接方式。PPP協(xié)議是一種被廣泛采用的串行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈路上傳輸數(shù)據(jù)包的方法。GPRS MODEM通過(guò)PPP協(xié)議獲得動(dòng)態(tài)分配的IP地址。連接建立后，在PPP協(xié)議的基礎(chǔ)上通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，如TCP,UDP等實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)上其他計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)通信。在終端數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集數(shù)據(jù)通過(guò)UART串行接口送入GSM/GPRS無(wú)線通信控制終端，GSM/GPRS無(wú)線通信控制終端首先將數(shù)據(jù)打包成TCP/IP數(shù)據(jù)包，再轉(zhuǎn)換成GPRS數(shù)據(jù)包，通過(guò)無(wú)線鏈路傳送到無(wú)線數(shù)據(jù)交換中心（MDEC），MDEC再剝離GPRS數(shù)據(jù)包并通過(guò)GGSN網(wǎng)關(guān)將TCP/IP數(shù)據(jù)包傳送到Internet，再由Internet傳送到通信控制計(jì)算機(jī)，通信控制計(jì)算機(jī)通過(guò)Scoket套接字接收TCP/IP數(shù)據(jù)包，并把它還原成原始數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)在主站和終端信號(hào)源間雙向傳輸。

三要以學(xué)生為中心，完善各項(xiàng)管理制度，推進(jìn)規(guī)范化、科學(xué)化、精細(xì)化管理，把安全放在改善辦學(xué)條件的重要位置。

3. 信號(hào)源

信號(hào)源由GRPS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、計(jì)算控制模塊、信號(hào)發(fā)生器、濾波模塊、功放模塊、計(jì)時(shí)觸發(fā)模塊、發(fā)射天線和電源模塊組成。

（1）GRPS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊

GRPS數(shù)據(jù)收發(fā)模塊可以使用Motorola G20，G20外表尺寸小巧，能提供先進(jìn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和很高的話音質(zhì)量，非常容易使用，可將它連接到MAX232串口通信芯片，然后通過(guò)相關(guān)的AT（Attention Command）指令就可以控制G20的各種操作，如撥號(hào)上網(wǎng)、建立連接、發(fā)送數(shù)據(jù)等。G20有UART和USB兩個(gè)通信接口，這個(gè)特性擴(kuò)大了主控制器的選擇范圍。并且G20自身已經(jīng)集成了TCP/IP協(xié)議棧，可直接使用其內(nèi)置的TCP/IP有關(guān)指令，用戶使用時(shí)不需要提供專門的協(xié)議棧，大大減少了用戶的代碼量，減輕了用戶的開發(fā)難度。G20在初始化向網(wǎng)絡(luò)提供其基本狀態(tài)信息，以保證其正常工作，緊接著使用SIM卡，并向網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)該SIM卡，以確保能無(wú)線通信。當(dāng)完成了這幾個(gè)過(guò)程之后，G20就可以接/打電話、發(fā)送/接收CSD數(shù)據(jù)（circuit switched data，電路交換數(shù)據(jù)）和GPRS數(shù)據(jù)。

（2）計(jì)算控制模塊

計(jì)算控制模塊可以使用AT89C51等成熟穩(wěn)定價(jià)格低廉的單片機(jī)作為核心控制芯片，加入EEPROM存儲(chǔ)固定信息，如信號(hào)源標(biāo)識(shí)和調(diào)制內(nèi)容等信息。

（3）信號(hào)發(fā)生器

信號(hào)發(fā)生器是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，可使用直接數(shù)字合成器（DDS），直接數(shù)字合成器是第三代頻率合成器，具有頻率分辨率極高、頻率捷變很快、輸出相對(duì)帶寬很寬易于控制、集成和實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展的特點(diǎn)。通過(guò)改變ROM中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)任意波形輸出；若在PA前添加頻率寄存器，可以方便實(shí)現(xiàn)Chirp功能和LFM信號(hào)的產(chǎn)生；由于可以方便地對(duì)輸出信號(hào)的幅度、頻率、相位進(jìn)行控制，故可實(shí)現(xiàn)任意調(diào)制功能，這個(gè)功能可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制形式的多樣化，用于模擬多種形式的數(shù)傳信號(hào)。AD9851是AD公司的一款優(yōu)秀的DDS，該芯片除了可以程控輸出頻率外，還可以實(shí)現(xiàn)FSK,BPSK,PSK,Chirp,AM調(diào)制，滿足日常的演練信號(hào)源調(diào)制需求。

AD9851芯片D/A轉(zhuǎn)換器輸出端和內(nèi)部比較器輸入之間，需要一個(gè)低通濾波器，用于抑制諧波干擾，考慮到橢圓濾波器能做到對(duì)理想低通的最佳近似，且同等技術(shù)指標(biāo)下所需階數(shù)最低，電路實(shí)現(xiàn)相對(duì)容易，故采用橢圓函數(shù)濾波器，可以用軟件進(jìn)行仿真，在實(shí)際中適當(dāng)調(diào)節(jié)分離元件參數(shù)，提高設(shè)計(jì)效率。

（5）功放模塊

為滿足功率輸出需求，采用某公司高性能功率放大器ERA-3（最高增益22dB），工作頻率DC-3GHz，ERA-3內(nèi)部匹配到50Ω，無(wú)需做外部匹配電路，通過(guò)調(diào)整偏置電阻可以得到合適的功率輸出，典型應(yīng)用如圖2所示。

圖2 ERA-3典型應(yīng)用

（6）計(jì)時(shí)觸發(fā)模塊

計(jì)時(shí)觸發(fā)模塊可以在信號(hào)源外部設(shè)置一個(gè)按鈕開關(guān)，演練人員查找到該信號(hào)源后按下觸發(fā)開關(guān)，產(chǎn)生脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)觸發(fā)單片機(jī)中斷，進(jìn)入中斷程序通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)通知監(jiān)測(cè)主站該信號(hào)源被發(fā)現(xiàn)，主站根據(jù)觸發(fā)的時(shí)間進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)。

（7）發(fā)射天線

發(fā)射天線建議使用軟線作為材料，根據(jù)發(fā)射頻率設(shè)計(jì)不同長(zhǎng)度的軟線，并進(jìn)行阻抗匹配，天線末端加懸掛鉤，這樣的好處是方便攜帶、安裝，并且成本低廉，容易獲得。

（8）電源模塊

電源模塊選用鋰電池可以進(jìn)行市電充電，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4小時(shí)，滿足演練時(shí)間需要?？紤]到我們使用的核心芯片均為+3.3V電壓，電源模塊輸出電壓為+3.3V。

四、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

（1）模擬電路和數(shù)字電路盡量分開，數(shù)字地和模擬地也要分開處理；加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬；電源上要加鉭電容進(jìn)行濾波。

（2）高頻信號(hào)可采用50Ω微帶線進(jìn)行設(shè)計(jì)，減小傳輸損耗。

（3）高頻線周圍采用接地敷銅進(jìn)行屏蔽，減小高頻信號(hào)線與其他元件之間的相互電磁干擾；盡量用大面積銅層作地線用，在印制板上把沒被用上的地方都與地相連接作為地線用；盡量實(shí)用表貼器件減少分離效應(yīng)。

（4）系統(tǒng)預(yù)留擴(kuò)展功能，例如調(diào)制信號(hào)內(nèi)容可選、GPS位置可主站地圖顯示、極化方式可選。

（5）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)盡量小，便于攜帶，使用金屬綠色涂漆外殼，便于防腐銹、增加EMC性能和便于野外偽裝。

五、結(jié)束語(yǔ)

目前市場(chǎng)上還沒有成熟可用的可遙控信號(hào)源產(chǎn)品，隨著3G/GPRS通信技術(shù)和DDS技術(shù)的成熟，使得可遙控信號(hào)源實(shí)現(xiàn)成為可能。本文對(duì)可遙控信號(hào)源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)和在無(wú)線電干擾查找演練中的應(yīng)用給予了建設(shè)性的意見，供同行參考?？深A(yù)見可遙控信號(hào)源應(yīng)用于無(wú)線電演練后會(huì)大大提高無(wú)線電演練組織效率、演練者的技術(shù)水平和促進(jìn)無(wú)線電人才隊(duì)伍建設(shè)發(fā)展，具有廣泛的應(yīng)用前景和重要的實(shí)用價(jià)值。

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