基于CPCI總線可重組中頻調(diào)制器設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：為實(shí)現(xiàn)某基帶中頻調(diào)制設(shè)備的全數(shù)字、低故障率、小型化和可重組目標(biāo)，采用基于CPCI總線技術(shù)和軟件重組等設(shè)計(jì)方法完成了數(shù)字化中頻調(diào)制器的設(shè)計(jì)。測(cè)試和應(yīng)用結(jié)果表明，該調(diào)制器各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求、各項(xiàng)功能正常，工作穩(wěn)定。通過(guò)軟件重組，可滿足現(xiàn)有通用雷達(dá)設(shè)備的不同調(diào)制信號(hào)需求。
關(guān)鍵詞：CPCI總線；中頻調(diào)制器；FPGA；軟件無(wú)線電

    隨著測(cè)控領(lǐng)域各項(xiàng)技術(shù)的不斷推進(jìn)，目前，通用的測(cè)控裝備基帶分系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入了全數(shù)字化的第四代模式。
    較傳統(tǒng)意義上的基帶設(shè)備，第四代基帶設(shè)備由于采用了CPCI總線硬件平臺(tái)、千萬(wàn)門(mén)級(jí)FPGA和高性能DSP芯片以及軟件可重組設(shè)計(jì)技術(shù)，因此其具有可靠性高、通用性強(qiáng)、功能可重組等優(yōu)勢(shì)。中頻調(diào)制器是基帶分系統(tǒng)的核心器件，主要完成基帶中頻發(fā)射信號(hào)的產(chǎn)生、提供基帶接收機(jī)接收解調(diào)參考基準(zhǔn)信號(hào)、接收解調(diào)時(shí)統(tǒng)信號(hào)等功能。按照軟件無(wú)線電的思想設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)調(diào)制器，在同一個(gè)硬件平臺(tái)上，通過(guò)配置不同的軟件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的調(diào)制信號(hào)，縮短研制周期，避免因調(diào)制體制的變化而產(chǎn)生諸多問(wèn)題；同時(shí)，由于數(shù)字器件的一致性較好，使得基于軟件無(wú)線電的通用調(diào)制器的制造和測(cè)試成本大幅降低；此外，還能應(yīng)用先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)提高信號(hào)的調(diào)制特性，增強(qiáng)調(diào)制器的靈活性和擴(kuò)展性。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
1．1 系統(tǒng)組成
    基于CPCI總線的中頻調(diào)制器將模擬與數(shù)字電路分離，以前后板方式安裝于工控機(jī)內(nèi)，硬件構(gòu)成上主要包括調(diào)制器信號(hào)處理板、淵制器信道盒。
1．1．1 調(diào)制器信號(hào)處理板
    調(diào)制器信號(hào)處理板為CPCI標(biāo)準(zhǔn)板卡(前板)結(jié)構(gòu)，電路框圖如圖1所示，硬件電路主要由以下幾部分構(gòu)成：

    (1)主控FPGA、PCI接口、雙口RAM，主要完成對(duì)板卡的功能重組控制、PCI總線數(shù)據(jù)接收、發(fā)送功能。
    (2)功能可重組FPGA1及其外圍器件、DSP及其外圍器件。FPGA1加載中頻調(diào)制器測(cè)距信號(hào)產(chǎn)生、噪聲源模塊。DSP用于調(diào)制器單元的控制等功能。
    (3)D／A變換器1，2。D／A變換器工作頻率可以到1 GHz，可以直接產(chǎn)生70 MHz的中頻信號(hào)；板卡配備2片高速D／A，具備雙通道中頻調(diào)制輸出能力。在本基帶中D／A變換器1輸出上行中頻調(diào)制信號(hào)。D／A變換器2在中頻閉環(huán)測(cè)試時(shí)用，輸出高斯白噪聲，模擬信道噪聲。
1. 1．2 調(diào)制器信道盒
    調(diào)制器信道盒安裝于CPCI標(biāo)準(zhǔn)板卡(后板)。上行中頻信道框圖見(jiàn)圖2。信號(hào)支路采用(68±1．7)MHz和(70±16．2)MHz兩種濾波器。在工作狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的(68±1．625)MHz(68 MHz載波，1 MHz高側(cè)音，125 Kb／s的PN碼，上行掃描范圍±500 kHz)上行信號(hào)通過(guò)(68±1．7)MHz濾波器輸出。在設(shè)備自檢狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的(70．08±16．105)MHz或(69．92±16．105)MHz(70．08 MHz或69．92 MHz載波，最大14．5 MHz副載波，1 MHz高側(cè)音，125 Kb／s的PN碼，下行多普勒范圍±400 kHz)模擬下行信號(hào)通過(guò)(70±16．2)MHz濾波器輸出。噪聲支路采用(70±16．2)MHz的濾波器，輸出模擬下行通道噪聲。

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1．2 工作原理
    中頻調(diào)制器功能組成框圖如圖3所示，中頻調(diào)制器為前、后板結(jié)構(gòu)，以系統(tǒng)頻標(biāo)為參考相干地產(chǎn)生各種信號(hào)。綜合基帶工作狀態(tài)時(shí)，中頻調(diào)制器產(chǎn)生上行測(cè)距信號(hào)。PN碼與巴克碼模二加，再對(duì)主音BPSK調(diào)制，調(diào)制后的主音對(duì)載波進(jìn)行PM調(diào)制。主站、副站1、副站2產(chǎn)生的上行信號(hào)測(cè)距PN碼型不同，可以由監(jiān)控選擇。

    調(diào)制中頻信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、放大后輸出(信號(hào)帶寬：(68±1．5)MHz)，經(jīng)上變頻、功率放大后由天線發(fā)送到應(yīng)答設(shè)備。基帶設(shè)備可以接收系統(tǒng)監(jiān)控臺(tái)的控制，對(duì)上行頻率進(jìn)行調(diào)整或控制上行頻率掃描，可控制掃描回零?；鶐гO(shè)備在自檢狀態(tài)時(shí)，中頻調(diào)制器產(chǎn)生下行模擬信號(hào)，該信號(hào)與圖4所示的應(yīng)答設(shè)備下發(fā)信號(hào)形式相同，即副站1測(cè)距信號(hào)對(duì)9 MHz副載波PM調(diào)制，副站2測(cè)距信號(hào)對(duì)14．5MHz副載波PM調(diào)制，然后2個(gè)已調(diào)副載波信號(hào)與主站測(cè)距信號(hào)一起對(duì)載波進(jìn)行PM凋制；由監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制，可以關(guān)掉任意一路副載波信號(hào)或主站測(cè)距信號(hào)。調(diào)制器產(chǎn)牛的下行模擬信號(hào)帶寬為(70±16．2)MHz。

2 主要技術(shù)指標(biāo)
    (1)測(cè)距信號(hào)形式：PN碼⊕巴克碼對(duì)高側(cè)音BPSK調(diào)制；
    (2)載波調(diào)制方式：測(cè)距信號(hào)對(duì)載波PM調(diào)制；
    (3)高側(cè)音頻率：1 MHz；
    (4)輸出載頻：68 MHz；
    (5)工作方式：固定點(diǎn)頻、預(yù)置、掃描方式；
    (6)掃頻帶寬：±500kHz；
    (7)調(diào)制度：0～1．5 rad；
    (8)輸出信噪比(自檢模式)：128 dBHz。

3 測(cè)試結(jié)果及應(yīng)用[!--empirenews.page--]
3．1 常溫測(cè)試
    常溫條件下的測(cè)試結(jié)果表明，中頻調(diào)制器滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求(見(jiàn)表1)。

3．2 應(yīng)用情況
    該調(diào)制器已在我部新研基帶設(shè)備上得到了應(yīng)用。在近兩年的應(yīng)用過(guò)程中，該調(diào)制器工作穩(wěn)定，操作方便。同時(shí)利用自檢信噪比可調(diào)的特點(diǎn)，極大地方便了系統(tǒng)測(cè)試工作。調(diào)制器軟件操作界面如圖5所示。

4 結(jié)論
    隨著數(shù)字技術(shù)、軟件無(wú)線電技術(shù)的快速發(fā)展，基帶調(diào)制技術(shù)正朝多模式、多目標(biāo)、多調(diào)制體制、多編碼方式、軟件化、高數(shù)據(jù)速率及高載波頻率的方向發(fā)展，同時(shí)必須具備優(yōu)異的抗干擾、保密及可擴(kuò)展性能。本文所述中頻調(diào)制器為典型的自主外測(cè)型調(diào)制模塊化基帶設(shè)備，通過(guò)DSP、FPGA軟件模塊的重組即可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)TT&C調(diào)制器。長(zhǎng)期的應(yīng)用表明，該調(diào)制設(shè)備性能穩(wěn)定、操作靈活，通過(guò)軟件的簡(jiǎn)單配置即可以實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制模式功能，可以作為第四代標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制設(shè)備推廣應(yīng)用。