基于通用軟件無線電平臺的信號級航空電子原理演示系統

羅明超 蔣曉松 劉笑

摘 要： 利用軟件無線電技術、虛擬儀器技術、信號處理技術、虛擬測試技術，開發以無線電信號產生模塊、調制解調模塊、數字信號處理模塊、電磁傳播環境仿真模塊、電子干擾產生模塊、電子偵察仿真模塊在內的航空電子原理演示系統，用于課程實驗教學，使學員通過參與電子對抗的主要過程，感知電子對抗的主要內容，建立對電子對抗的直觀認知，提高對電子對抗技術的掌握水平。

關鍵詞： 軟件無線電 信號航空及電子原理 演示系統

一、背景

軟件無線電這一概念自上世紀末提出以來至2010年前，尚未有真正的、實用的軟件無線電平臺問世。直到最近幾年USRP的問世，才使得軟件無線電技術趨于成熟，并逐步得到各領域的關注。

本系統以新興的通用軟件無線電平臺為依托，開發信號級的電子對抗原理仿真系統，在國內屬于尚屬首創，該平臺可以開展以雷達、通信、導航、電子對抗為主的軍事無線電技術研究，因此本課題對于開展軍用無線電技術的研究具有重要意義。

通過本項目的研制，構建的信號級航空電子原理演示系統，可滿足航電專業裝備維修及運用專業的培訓需要，提高培訓對象的專業基礎知識水平。

另外，以軟件無線電平臺為依托，既可以作為接收機接收各種頻段、樣式的射頻信號，又可以作為信號發生器產生各種頻段和樣式的射頻信號。因此，軟件無線電平臺可以用于電子設備的功能和性能測試。

二、系統方案

1.硬件設計

信號級航空電子原理演示系統采用積木式設計思想，最小功能模塊為可配置單元，通過配置不同功能單元形成不同的電子場景，以適應復雜多變的電子對抗環境需求。信號級航空電子原理演示系統的最小單元（以下簡稱實驗單元）在邏輯上由硬件層、驅動層和軟件層組成，如圖1所示。

圖1 USRP實驗單元構成圖

通過配置主機上的軟件，可以利用圖2中所給出的試驗單元實現接收空中電磁信號，或者向空中發射電磁信號的功能。因此，軟件無線電技術的優點就是利用通用的硬件平臺，通過開發靈活多變的軟件，實現對系統功能的配置。

信號級電子對抗原理仿真軟件實現本課程中各種實驗科目的功能仿真和配置。軟件功能包含信號處理、無線電調幅（AM）、調頻（FM）、PSK收發機，無線視頻實時傳輸，無線擴頻/跳頻收發，通信信號偵收、通信信號干擾、雷達信號偵收、雷達信號干擾等功能。

從實體角度看，實驗單元也可以看做是由一個帶有收發天線的USRP和一臺能驅動USRP且裝有信號級電子對抗原理仿真軟件的電腦組成。通過配置不同的實驗單元，就能模擬不同電子對抗環境，構建所需要的實驗科目條件。

圖2 實驗單元硬件組成圖

本系統中由于每個實驗單元均可以發射或者接收。在航空電子裝備原理實驗中，1發1收構成最基本的樣式，如圖3所示。因此，利用10套實驗單元通過不同的組合實現5發5收、1發9收、1收9發等多個模式的實驗環境。

圖3 由兩組實驗單元構成的基本實驗樣式

2.軟件設計

軟件包含的內容如圖4所示。

圖4 軟件開發內容

軟件的仿真采用C++和MATLAB進行開發。為了提高軟件運行速度，在仿真時采用中頻和基帶仿真結合的方法，降低算法的運算量。

三、系統演示

下面結合AM調制信號的產生說明系統的工作過程。首先設置USRP的IP地址，也就是主機向哪個USRP發送控制命令。然后設置IQ的速率、載波頻率、增益、發射天線和樣點數。調制類型這里選擇AM_DSB，調制系數取0.5。設置完參數后，產生的波形如圖5所示。

圖5 AM調制演示

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