基于AD8346的簡易GPS干擾源設計

羅超++李振華++郜兩利

摘要：基于ADI公司的AD8346芯片，本文提出了一種GPS干擾源的簡易設計方法，介紹了以正交調(diào)制為核心的整體設計方案，簡述了基帶信號模塊的功能組成，并重點分析了上變頻模塊的實現(xiàn)方法，最后進行了樣機測試。測試結(jié)果表明該設計方法正確、可行。

關(guān)鍵詞：AD8346；干擾源；上變頻；樣機

中圖分類號：TN97 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）03-0186-02

1 引言

GPS是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的兩大支柱-C4ISR和精確打擊的核心，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。但是，GPS信號微弱，應用環(huán)境又日益復雜，因而容易受到干擾[2]。可以考慮壓制式干擾，使得接收機定位精度降低甚至不能正常工作，從而削弱敵方GPS制導武器作戰(zhàn)效能[3]。由于偽高斯白噪聲干擾產(chǎn)生設備簡單，干擾效果良好，是一種性價比高的壓制干擾方式，因此本文采用偽高斯白噪聲壓制干擾方式。文中提出GPS干擾源的整體設計方案，利用基帶信號模塊產(chǎn)生偽高斯白噪聲基帶信號，并通過上變頻模塊得到GPS L1（1575.42MHz）、L2（1227.6MHz）頻點干擾信號。文中著重分析干擾源的上變頻模塊，其利用正交調(diào)制芯片AD8346實現(xiàn)基帶信號的直接上變頻，并具備輸出信號通斷和輸出功率可調(diào)功能。

2 整體設計方案

GPS干擾源的輸入信號為上位機指令和24V電源，輸出信號有GPS L1、L2干擾信號或兩者的合路信號，由電源模塊、基帶信號模塊、上變頻模塊、功放模塊以及合路模塊五部分組成。其中電源模塊提供10.5V信號給功放模塊，提供5V信號給基帶信號模塊和上變頻模塊；基帶信號模塊利用單片機和CPLD根據(jù)上位機指令產(chǎn)生L1、L2基帶信號以及上變頻模塊所需控制信號；根據(jù)基帶信號模塊提供的控制信號，上變頻模塊將L1、L2基帶信號調(diào)制為功率可調(diào)的射頻信號；功放模塊則將L1、L2射頻信號放大到所需功率，最后通過合路模塊輸出。GPS干擾源的總體框圖如圖1所示。

基帶信號模塊包括控制模塊和L1、L2基帶信號產(chǎn)生模塊，控制模塊由串口轉(zhuǎn)換芯片MAX3221EEUE和單片機MSP430F149組成，L1、L2基帶信號產(chǎn)生模塊則在CPLD-XC2C256-7VQ100芯片中實現(xiàn)。MAX3221EEUE芯片將上位機RS232協(xié)議指令轉(zhuǎn)化為本地RS232控制指令，傳輸給單片機。L1、L2基帶信號產(chǎn)生模塊利用GPS C/A碼產(chǎn)生方式構(gòu)造偽高斯白噪聲信號，作為L1、L2基帶信號輸出。單片機在接收到本地RS232控制指令后，一方面采用自定義接口啟動或關(guān)閉L1、L2基帶信號產(chǎn)生模塊（即CPLD），輸出或關(guān)斷L1、L2基帶信號，另一方面還通過CPLD產(chǎn)生上變頻模塊所需的控制信號，包括L1、L2頻綜電路控制信號，L1、L2功率控制信號，其通過在CPLD內(nèi)部構(gòu)建SPI信號通道以傳輸L1、L2頻綜電路所需的配置信號，還通過CPLD的普通IO管腳產(chǎn)生L1、L2功率控制信號。

3 上變頻模塊分析

上變頻模塊主要包括L1頻綜電路、L2頻綜電路、L1調(diào)制電路、L2調(diào)制電路、L1功率控制電路和L2功率控制電路。L1、L2頻綜電路都采用Si4133-D-GT芯片，該芯片輸出900MHz～1800MHz頻率段，覆蓋GPS L1（1575.42MHz）、L2（1227.6MHz）頻點。

L1、L2調(diào)制電路都采用ADI公司的AD8346芯片，該芯片為ADI公司的正交調(diào)制器，工作頻率為：0.8GHz～2.5GHz，包含GPS的L1、L2頻點；調(diào)制帶寬為：DC～70MHz，而GPS的L1、L2信號帶寬一般為20MHz，AD8346可以輸出此帶寬干擾信號；可產(chǎn)生BPSK、QPSK、SSB等多種調(diào)制信號。AD8346芯片的I、Q兩路通道既可輸入模擬信號，也可輸入數(shù)字信號，當I、Q兩路同時輸入正交信號，輸出信號即為正交調(diào)制信號，而當輸入數(shù)字信號只在I路或Q路上進行調(diào)制，另一路無信號時，輸出信號即為BPSK調(diào)制信號。本干擾源使用CPLD產(chǎn)生單路L1、L2基帶數(shù)字信號，分別輸入到兩片AD8346的I路上，然后分別與兩片Si4133-D-GT產(chǎn)生的本振信號進行混頻，從而得到BPSK調(diào)制的L1和L2射頻信號。利用正交調(diào)制芯片AD8346將基帶干擾信號直接上變頻到GPS的L1、L2頻點，省去常規(guī)的中頻放大、濾波、變頻等電路，同時放寬對變頻器后端濾波器的性能要求，甚至可以不需要濾波器，從而減少發(fā)射機的體積、重量等，結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)。

L1、L2功率控制電路都采用HMC273MS10G芯片，工作頻率范圍是0.7GHz～3.8GHz，包含GPS的L1、L2頻點，5bit衰減控制位，衰減范圍是0dB～31dB，最小衰減步進為1dB。本設計利用基帶信號模塊的單片機通過CPLD的普通IO管腳控制HMC273MS10G芯片的5bit衰減控制位，實現(xiàn)最小1dB衰減步進、0dB～31dB衰減范圍的可變輸出功率。

在上變頻模塊中，L1、L2頻綜電路根據(jù)基帶信號模塊提供的控制信號分別將20MHz晶振倍頻到1575.42MHz、1227.6MHz，而L1調(diào)制電路利用AD8346將L1基帶信號調(diào)制到1575.42MHz頻點，形成的L1調(diào)制信號通過L1功率控制電路得到L1信號；L2調(diào)制電路也利用AD8346將L2基帶信號調(diào)制到1227.6MHz頻點，形成的L2調(diào)制信號通過L2功率控制電路得到L2信號，這兩路信號再送往功放模塊進行放大，得到所需功率，最后通過合路模塊輸出。

4 測試結(jié)果

依據(jù)前文的設計方案已經(jīng)制造出GPS干擾源樣機。在實際測試中，考慮到GPS所用的L1信號帶寬為2MHz，L2信號帶寬為20MHz，則在GPS干擾源的基帶信號模塊中使用1MHz C/A碼速率產(chǎn)生L1基帶干擾信號，使用10MHz C/A碼速率產(chǎn)生L2基帶干擾信號，從而覆蓋GPS所用的L1和L2信號帶寬。GPS干擾源的輸出信號在頻譜儀上顯示如圖2，圖3。

從圖2可以看出，L1干擾信號的中心頻點在1575.42MHz，主瓣帶寬為2MHz。從圖3可以看出，L2干擾信號的中心頻點在1227.6MHz，主瓣帶寬為20MHz?？梢?，本文設計的GPS干擾源能夠產(chǎn)生偽高斯白噪聲干擾信號。

5 結(jié)語

基于AD8346芯片，本文提出了一種GPS干擾源的設計方法，介紹了整體設計方案，簡述了基帶信號模塊的功能組成，并重點分析了上變頻模塊的實現(xiàn)方法，最后進行了樣機測試。測試結(jié)果表明，本文設計的GPS干擾源能夠產(chǎn)生偽高斯白噪聲干擾信號，可在GPS對抗中發(fā)揮作用。

參考文獻

[1]謝鋼.GPS原理與接收機設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012.

[2]馬忠志，寇艷紅.一種GPS信號干擾源的設計與實現(xiàn)[J].微機算計信息，2009，25（3-1）：151-153.

[3]周穎，鄒斌，郝冰，等.一種簡易GPS壓制式高斯白噪聲窄帶干擾機設計[J].航天電子對抗，2005，21（6）：15-18.