某遙碼通信系統(tǒng)音頻通信設(shè)備的國產(chǎn)化研究

摘要：針對(duì)某型引進(jìn)裝備中遙碼通信系統(tǒng)音頻通信設(shè)備的故障率高、備件消耗量大、對(duì)外采購困難等問題，采用逆向工程方法，在缺少設(shè)計(jì)資料的情況下.通過系統(tǒng)反設(shè)計(jì)，分析不同工作狀態(tài)下的激勵(lì)響應(yīng)信息，反推解算出被測(cè)仿對(duì)象的設(shè)計(jì)輸入，實(shí)現(xiàn)了該音頻通信設(shè)備的國產(chǎn)化，能夠滿足引進(jìn)裝備的正常使用要求。

關(guān)鍵詞：音頻通信設(shè)備;遙碼通信系統(tǒng);逆向工程方法;國產(chǎn)化

0 引言

某遙碼通信系統(tǒng)由引進(jìn)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)作戰(zhàn)指揮車設(shè)備艙中的主站以及火力單元制導(dǎo)雷達(dá)指控艙中的從站兩部分組成，作戰(zhàn)指揮車同時(shí)與6部制導(dǎo)雷達(dá)進(jìn)行信息交換。音頻通信是遙碼通信系統(tǒng)的重要通信方式，音頻通信設(shè)備通過四線專用音頻通道，實(shí)現(xiàn)遙碼通信系統(tǒng)主從站之間數(shù)字信息的雙向交換。隨著裝備服役期的增加，音頻通信設(shè)備的故障率不斷上升，備件消耗量逐漸加大，已嚴(yán)重影響引進(jìn)武器系統(tǒng)協(xié)同作戰(zhàn)能力的充分發(fā)揮。

由于武器裝備生產(chǎn)國微電子技術(shù)水平不高，一些電子設(shè)備不得不采用模擬電路甚至使用分立元件，配合小規(guī)模數(shù)字集成電路來實(shí)現(xiàn)很多復(fù)雜的功能，導(dǎo)致系統(tǒng)集成度低，備件故障隔離、定位困難，修復(fù)率低。加之備件對(duì)外采購困難，供貨周期長，甚至部分常耗易損備件已經(jīng)停產(chǎn)，無處可買。為保證引進(jìn)裝備的正常使用要求，充分發(fā)揮其作戰(zhàn)效能，必須開展備件的國產(chǎn)化研究[1]。本文基于逆向工程方法，在剖析音頻通信設(shè)備組成和工作原理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)其國產(chǎn)化。

1 原音頻通信設(shè)備的組成及工作原理

在“發(fā)送”狀態(tài)，來自遙碼通信系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)換設(shè)備的音頻發(fā)送信息碼進(jìn)入音頻通信適配器的匹配和信息轉(zhuǎn)換器，先對(duì)地址進(jìn)行判讀，形成93位的同步碼，對(duì)發(fā)送信息進(jìn)行（38，25）的循環(huán)編碼，信息速率由19200bps降低到2400bps，并將信號(hào)分配到6個(gè)調(diào)制/解調(diào)器。調(diào)制/解調(diào)器對(duì)匹配和信息轉(zhuǎn)換器來的信號(hào)進(jìn)行電平變換、雙重相對(duì)相位調(diào)制（四相移相鍵控）、限制信號(hào)的頻譜/傾斜校正以及信號(hào)放大后，將發(fā)送信號(hào)輸送給緩沖寄存器，然后經(jīng)音頻通信線路發(fā)送出去。

在“接收”狀態(tài)，經(jīng)音頻通信線路傳送來的音頻接收信息進(jìn)入緩沖寄存器，然后輸送給調(diào)制/解調(diào)器，先由放大器對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行放大，然后進(jìn)行相位校正、相位檢波和相位解調(diào)，經(jīng)接收信息控制裝置送往匹配和信息轉(zhuǎn)換器。匹配和信息轉(zhuǎn)換器在接收音頻信息時(shí)，先對(duì)音頻信息同步碼的前3 1位進(jìn)行檢查，若不超過5個(gè)錯(cuò)誤，再對(duì)同步碼的后63位進(jìn)行檢查。若同步碼錯(cuò)誤總數(shù)不超過15個(gè)，匹配和信息轉(zhuǎn)換器的解碼裝置對(duì)音頻通信字信息進(jìn)行解碼，發(fā)現(xiàn)傳輸信息錯(cuò)誤、消除信息冗余，并將信息速率由2400bps提高到l9200bpS[2]。經(jīng)匹配和信息轉(zhuǎn)換器處理得到的音頻接收信息傳送給遙碼通信系統(tǒng)信息轉(zhuǎn)換設(shè)備。

原音頻通信設(shè)備由匹配和信息轉(zhuǎn)換器、發(fā)送控制裝置、接收控制裝置、相位調(diào)制/相位解調(diào)電路、放大器和緩沖寄存器等組成，功能框圖見圖1。

2 國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備硬件設(shè)計(jì)

2.1 國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備硬件組成

國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備由接口處理模塊、工作狀態(tài)控制模塊、檢查模塊、調(diào)制/解調(diào)模塊以及通道處理模塊等組成，設(shè)備組成結(jié)構(gòu)框圖見圖2。

1）接口處理模塊

用于對(duì)數(shù)據(jù)接口出入信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，同時(shí)保護(hù)音頻通信設(shè)備及數(shù)字信息處理設(shè)備。

2）工作狀態(tài)控制模塊

根據(jù)輸入的控制信號(hào)設(shè)置設(shè)備的工作狀態(tài)，并對(duì)輸入的控制信號(hào)做出響應(yīng)，完成對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)序控制。

3）檢查模塊

根據(jù)工作狀態(tài)控制模塊發(fā)出的控制信號(hào)進(jìn)行各種檢查，包括自檢和環(huán)路檢查。

4）調(diào)制懈調(diào)模塊

主要完成信號(hào)的四相移相鍵控（QPSK）調(diào)制和解調(diào)。發(fā)送碼和接收碼速率為2400bps，載波頻率為1.8kHz。

5）通道處理模塊

發(fā)送通道對(duì)調(diào)制/解調(diào)模塊輸出的調(diào)相信號(hào)進(jìn)行D/A變換、信號(hào)放大、低通濾波等操作，將發(fā)送信號(hào)的頻譜限制在0～3.4kHz范圍內(nèi)，經(jīng)過發(fā)送變壓器信號(hào)變?yōu)椴罘中盘?hào)，將信號(hào)送至音頻線路。輸出電平最大不超過OdBm。

接收通道對(duì)發(fā)送的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)放大、低通濾波、自動(dòng)增益控制、A/D變換等操作，然后將信號(hào)送入解調(diào)器。接收通道的接收電平值不小于26dBm。

此外，在環(huán)回控制信號(hào)作用下，發(fā)送信號(hào)經(jīng)過開關(guān)環(huán)回至接收通道。通過信號(hào)環(huán)回可以檢查音頻通信設(shè)備發(fā)送接收通道的完好性。

2.2 國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備設(shè)計(jì)中解決的主要問題

保持編（解）碼方式、調(diào)制/解調(diào)方式一致，是實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備與原設(shè)備兼容互換的前提和必要條件。

1）破解編碼方式

引進(jìn)裝備隨機(jī)資料顯示，原音頻通信設(shè)備采用循環(huán)編碼的通信方式，但沒有闡述詳細(xì)內(nèi)容。項(xiàng)目研發(fā)過程中，通過反設(shè)計(jì)，在錄取裝備不同工作狀態(tài)下數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，查找數(shù)據(jù)流向，確定編碼器的輸入、輸出，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析和理論計(jì)算，獲取了系統(tǒng)的編（解）碼方案。經(jīng)過樣機(jī)的對(duì)接試驗(yàn)，驗(yàn)證了編碼方案的正確性。音頻通信方式進(jìn)行（38，25）系統(tǒng)循環(huán)編碼，生成多項(xiàng)式g（x）=x13+x12+xll+x1O+x9+x8+x6+x3+x+l。利用這種編碼方式，能夠檢測(cè)不大于5個(gè)的錯(cuò)誤;當(dāng)檢測(cè)到錯(cuò)誤時(shí)，輸出錯(cuò)誤指示信號(hào)。

2）掌握調(diào)制、解調(diào)方式

原音頻通信設(shè)備使用QPSK調(diào)制方式，國產(chǎn)化設(shè)備在調(diào)制方式上要與原設(shè)備保持一致。通過大量測(cè)試，分析原設(shè)備構(gòu)成原理、設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，并通過樣機(jī)進(jìn)行接收解調(diào)、驗(yàn)證。QPSK采用相干解調(diào)，需要快速恢復(fù)時(shí)鐘，這就對(duì)載波的提取提出了更高要求，國產(chǎn)化設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)充分利用原幀結(jié)構(gòu)中的訓(xùn)練序列，有效地解決了這一問題。QPSK調(diào)制和解調(diào)框圖見圖3、圖4。

發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，調(diào)制器將從信息轉(zhuǎn)換設(shè)備傳來的串行數(shù)據(jù)，經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換，輸出兩路并行數(shù)據(jù)（I路和Q路），為了避免絕對(duì)QPSK調(diào)制方式帶來的相位模糊問題，系統(tǒng)中對(duì)I、Q兩條支路經(jīng)差分編碼單元將絕對(duì)碼變換成相對(duì)碼，以形成相對(duì)移相QPSK調(diào)制方式。差分編碼后的兩路信號(hào)，分別與來自數(shù)控振蕩器輸出的兩路正交載波相乘。兩路信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后再合并相加，就得到四相移相鍵控信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后送入發(fā)送通道進(jìn)行濾波和放大處理。

接收數(shù)據(jù)時(shí)，接收通道處理后的模擬調(diào)制信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)入解調(diào)器，解調(diào)器從接收的信號(hào)中恢復(fù)出兩路未判決的原始信號(hào)，然后根據(jù)恢復(fù)的數(shù)據(jù)時(shí)鐘，經(jīng)過數(shù)字自動(dòng)增益控制、自適應(yīng)判決反饋均衡器、差分解碼、并串轉(zhuǎn)換后，完成整個(gè)解調(diào)過程?；謴?fù)出來的解調(diào)數(shù)據(jù)即為接收碼，它將與恢復(fù)出來的接收時(shí)鐘一同送到信息轉(zhuǎn)換設(shè)備。接收時(shí)鐘的下降沿應(yīng)處于接收碼元的正中央[3]。

3 性能測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，對(duì)一組國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備進(jìn)行了性能測(cè)試：調(diào)制、編碼方式，調(diào)制速率，載波頻率，發(fā)送功率，接收靈敏度等主要性能均達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表1。

4 結(jié)束語

設(shè)備級(jí)備件的研制成功，對(duì)如何在缺少技術(shù)資料的情況下，通過系統(tǒng)反設(shè)計(jì)和不同工作狀態(tài)下的激勵(lì)響應(yīng)信息反推解算出被測(cè)仿對(duì)象的設(shè)計(jì)輸入，進(jìn)行了有益的嘗試[4]。國產(chǎn)化音頻通信設(shè)備通過環(huán)境鑒定試驗(yàn)、可靠性考核試驗(yàn)和實(shí)裝對(duì)接試用，驗(yàn)證了產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性以及與武器系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、匹配性。而且，國產(chǎn)化設(shè)備使用維護(hù)簡(jiǎn)單、方便，可靠性高，能夠滿足引進(jìn)裝備的正常使用要求。

參考文獻(xiàn)

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