一種便攜式監測測向設備數字處理平臺方案設計

尹安安

（作者單位：安徽廣播電視臺）

一種便攜式監測測向設備數字處理平臺方案設計

尹安安

（作者單位：安徽廣播電視臺）

本文分析了現代監測測向設備的發展趨勢，結合便攜式監測測向設備的應用和數字處理平臺的設計需求，給出了一種便攜式高性能監測測向設備數字處理平臺的設計方案。

便攜式監測；測向設備；數字處理平臺

1　監測測向設備發展趨勢分析

當前，信息化社會復雜電磁環境下，各種無線電系統共存，諸多體制標準交錯，呈現民用和軍用互相交織，協議和標準日益復雜的態勢。隨著無線電技術的不斷發展與應用，民用無線電標準層出不窮，電磁環境變得日益復雜。傳統的監測測向設備采用常規的監測測向體制已無法保證在復雜電磁環境下發揮有效的無線電監測測向功能和輔助無線電管理與決策。

這類新的具備一體化監測測向能力的監測測向設備將在以下幾個方面體現先進性，以期滿足當前信息化社會無線電管理的需求；同時，也代表了監測測向設備的發展趨勢。

第一，加速系統一體化；第二，建立實時快速的監測測向體制；第三，通用化、系列化、模塊化；第四，網絡化。

2　便攜式監測測向設備數字處理平臺設計要求

2.1嚴格控制體積和功耗

便攜式監測測向一體化設備是一種集計算機、顯示器、射頻前端、數字處理平臺、天饋系統于一體的緊耦合設備，要滿足背負式/便攜式系統的設計要求，整個設備必需簡化模塊間的互連關系并對體積和功耗進行嚴格控制。

2.2頻段擴展

通信標準的不斷翻新要求監測測向設備必須能夠保障全頻段（30～3000MHz）監測測向功能的實現。

2.3提高掃頻速度和大帶寬頻譜分析能力

抗截獲技術可以采用多址（頻分多址、時分多址、碼分多址）、跳頻（慢跳、快跳）、擴頻、猝發等手段，使信號呈現出低截獲概率的特性。這就要求監測測向設備必需具備快速信號掃頻和大帶寬頻譜分析能力。

2.4提高頻率分辨率

通信頻段內的信號日益密集且相互交錯，無線電頻譜管理壓力空前，從技術上解決在密集信號環境下對嚴重重疊信號或密集信號的快速截獲、識別、分析、測向定位是監測測向設備研制過程中面臨的難題，這需要監測測向設備具備極高的頻率分辨率和領導抑制能力。

3　便攜式監測測向設備數字處理平臺方案設計

3.1設計方法

基于軟件無線電技術的設計方案對于監測測向設備開發而言，可以以最少的基礎研發成本，以支持比平常更寬的頻帶，提供超過窄頻帶應用所需的動態范圍，并保證設備能夠在多載波環境中，處理調制方式、帶寬、通信標準和協議皆不同的信號。

從系統設計的角度看，則主要分為三部分內容：體系結構、高速數據采集，高速實時數字處理。

3.1.1體系結構

一個合理的體系結構可以保證各功能模塊通過一定的連接方式進行互聯而組成一個開放的、可擴展的、標準的、具有較高數據吞吐率的硬件平臺。其一般采取的方案分為：流水式結構、總線式結構、交換式結構、基于計算機和網絡式結構。

3.1.2數據采集模塊

數據采集模塊的設計與實現，一方面由需求牽引，另一方面也要求對系統各個環節有一個整體地把握。精心設計模擬信號調理電路，高速ADC模數混合電路，低抖動時鐘電路，時序及控制邏輯電路等，是設計一個高性能數據采集模塊的前提。

3.2便攜性考慮

本論文研究的數字處理平臺主要面向便攜式應用，其目標是克服固定監測站性能高但機動性差、便攜式設備機動性好但難以做到高性能的矛盾。因而，終端處理硬件結構應充分考慮體積、功耗、成本等因素。目前，常用的數字處理終端（平臺）與不同類型CPU接口的結構關系有如下幾種。

3.2.1嵌入式CPU

難以做到高性能、無法整合計算機體系結構和Windows操作系統在可編程性、結構開放性和靈活性、人機界面、聯網等方面的優勢。

3.2.2臺式PC機

穩定性、可靠性差。

3.2.3基于PC/104體系的CPU

堆棧式結構穩定性好、體積小方便定制。

3.2.4基于CPCI體系的CPU

體系完善、結構穩定、成機柜系統體積龐大、成本高、定制便攜式設備較難。

3.3具體方案設計

論文在進行數字處理平臺方案設計時，主要從以下兩個方面體現軟件無線電思想。

3.3.1硬件方面

突破在應用可編程技術在工程實現中的各種難點，設計基于DSP和FPGA的具有可重置特性的平臺，以期達到軟件更新方便、處理算法可隨時增加或更替不同工作模式等目標。

3.3.2軟件方面

為了以盡可能少的資源實現各種算法，將各種工作模式采用統一的實現結構，加電啟動時硬件初始化電路首先把系統資源管理程序調入DSP內存并運行；然后，資源管理程序把默認處理模式的DSP軟件以及FPGA配置分別加載到DSP和FPGA上，完成默認功能的加載。當收到功能切換指令時，系統資源控制程序釋放當前工作模式所占用的資源，加載相應工作模式的配置數據，實現功能切換。

4　結語

監測測向設備應用過程中，固定監測站性能高但機動性差，可搬移設備機動性好但難以做到高性能，在實際方案設計時實現系統硬件組成的簡單化以及低造價。為了盡量滿足上述設計要求，論文設計的平臺方案在注重整體性、客觀性、發展性的同時，將技術實現的可行性與功能需求的客觀性相結合進行設計。對監測測向設備的發展具有一定的工程指導意義。

［1］屈斌.無線電頻譜監測管理系統研究［D］.西安：西安電子科技大學，2007（1）.

［2］劉蘇.高速軟件無線電平臺的開發研究［D］.南京：東南大學，2007（11）.

［3］彭安金，李鳳保，古天祥.軟件無線電的直接射頻采樣ADC系統研究［J］.儀器儀表學報，2003（4）.