一體化UHF/VHF/HF頻段數(shù)據(jù)鏈測試儀的硬件設(shè)計

張丙飛 張剛

摘要：針對一體化UHF/VHF/HF頻段一線數(shù)據(jù)鏈測試儀的硬件設(shè)計及工程實現(xiàn)進行了研究，在梳理一線數(shù)據(jù)鏈測試儀使用需求的基礎(chǔ)上，立足現(xiàn)有成熟技術(shù)，采用模塊化和組合化的設(shè)計方法，通過合理劃分和共用模塊，克服了由于短波和超短波的頻率特性差異造成的硬件共用程度相對較低等問題，既滿足了小型化和便攜式的要求，又提高了設(shè)備的維護性、降低了研制風(fēng)險。為降低數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)測試時對人員數(shù)量的要求，提高易用性，采用了無線遙控測試功能，經(jīng)工程實踐證明，可滿足實際使用需要。

關(guān)鍵詞：短波；超短波；數(shù)據(jù)鏈；測試儀；遙控

中圖分類號：TN98文獻標(biāo)志碼：A文章編號：1008-1739（2019）23-62-3

0引言

數(shù)據(jù)鏈從誕生至今，發(fā)展迅猛，目前已經(jīng)成為現(xiàn)代軍事的核心技術(shù)之一。各國均在努力發(fā)展數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，典型的數(shù)據(jù)鏈有Link4，Link11，Link16等[1-2]。由于通信本身的固有特性，超短波通信穩(wěn)定，但不能進行超視距通信，短波雖然具有超視距的通信功能，但是易受環(huán)境影響，通信不穩(wěn)定、效果不佳。為保證不同環(huán)境下的通信需要，一般采用了超短波和短波2種通信體制來實現(xiàn)，兼顧了視距和超視距通信，Link11數(shù)據(jù)鏈就是典型代表[3]。

本文主要針對上述情況的一線測試儀的硬件設(shè)計開展研究工作。一線測試設(shè)備以功能檢測為主要目的，一般外場使用，每次任務(wù)前均需開展，使用頻次較高，對設(shè)備的便攜性要求較高。張茜開展了超短波數(shù)據(jù)鏈測試儀的設(shè)計工作[4]，未對綜合短波和超短波數(shù)據(jù)鏈檢測功能及滿足一線使用具有便攜性要求的數(shù)據(jù)鏈測試儀進行研究。謝家鼎和錢柄利開展了基于軟件無線電的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的研究工作[5-6]。向國菊提出了采用軟件無線電的設(shè)計方法設(shè)計便攜式數(shù)據(jù)鏈測試儀[7]，但是不能利用現(xiàn)有的成熟技術(shù)，工程實施時需要的工作量較大，技術(shù)風(fēng)險不可控。

綜上所述，能夠利用現(xiàn)有成熟技術(shù)，設(shè)計一種綜合短波和超短波數(shù)據(jù)鏈檢測功能的一線數(shù)據(jù)鏈檢測儀，具有實際應(yīng)用價值。本文采用模塊化和組合化的設(shè)計方法，通過合理劃分和共用模塊，克服了由于短波和超短波的頻率特性差異造成的硬件共用程度相對較低等問題，具有小型化和便攜式的特點。方案中還增加了無線遙控測試功能，降低了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)測試對人員數(shù)量的要求，提高了易用性。

1工作方式與系統(tǒng)原理

1.1工作方式

在進行數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)測試時，受檢數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈測試儀一般位于2個不同的物理位置，同時操控十分不便。因此，本系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈測試儀中增加了遙控終端，由遙控終端遙控數(shù)據(jù)鏈測試儀主機。使用時，檢測人員使用遙控終端在位于受檢數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)一側(cè)，通過操作受檢數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)和使用遙控終端操作數(shù)據(jù)鏈測試儀主機完成數(shù)據(jù)鏈測試工作。

數(shù)據(jù)鏈測試儀主機、遙控終端和受檢數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)之間的信息關(guān)系如圖1所示。數(shù)據(jù)鏈測試儀主機與受檢的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)按照現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈模式進行通信，支持各種通信方式的聯(lián)通及測試。數(shù)據(jù)鏈測試儀主機與數(shù)據(jù)鏈測試儀遙控終端通過獨立的射頻線路聯(lián)通，實現(xiàn)測試參數(shù)的設(shè)置、測試命令的下發(fā)和測試結(jié)果的回傳。

1.2系統(tǒng)原理

數(shù)據(jù)鏈測試儀主機由主機和遙控終端組成。數(shù)據(jù)鏈測試儀主機由數(shù)據(jù)鏈模塊、超短波通信模塊、短波通信模塊、檢測顯控模塊、終端通信及接口轉(zhuǎn)換模塊、功放單元和電源模塊等組成，原理框圖如圖2所示。

電源模塊為系統(tǒng)提供所需的各種電源；數(shù)據(jù)鏈模塊、超短波通信模塊和短波通信模塊構(gòu)成核心數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，與受檢的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用相同的技術(shù)體制；功放模塊使用波段開關(guān)控制技術(shù)，實現(xiàn)超短波通信模塊和短波通信模塊分時共用。

2設(shè)計與實現(xiàn)

2.1模塊設(shè)計

在實物上數(shù)據(jù)鏈測試儀分為主機和遙控終端2部分，主機由數(shù)據(jù)鏈模塊、超短波通信模塊、短波通信模塊、檢測顯控模塊、終端通信及接口轉(zhuǎn)換模塊、功放單元和電源模塊組成端組成。各個功能模塊由相應(yīng)的板卡組合實現(xiàn)功能，具體由圖3所示。

2.1.1檢測顯控模塊

檢測顯控模塊用于實現(xiàn)檢測流程的實施控制及結(jié)果顯示，內(nèi)置檢測處理軟件主要由CPU板、鍵盤板和顯示器等部分組成，與短波通信模塊、超短波通信模塊、數(shù)據(jù)鏈模塊和終端通信模塊交聯(lián)，完成控制及信息的傳遞。檢測顯控模塊的實物形式為1個顯控蓋板，通過自定位連接插座與上述機箱內(nèi)其他模塊交聯(lián)，便于安裝和拆卸。

2.1.2數(shù)據(jù)鏈模塊

數(shù)據(jù)鏈模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈核心功能，與受檢數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的技術(shù)體制一致，由1個板卡組成。

2.1.3超短波通信模塊

超短波通信模塊實現(xiàn)超短波信道小信號級的處理功能，由主控板、調(diào)制解調(diào)板、發(fā)信道板、收信道板和超短波頻合板5個板卡組成，原理框圖如圖4所示。

2.1.4短波通信模塊

短波通信模塊實現(xiàn)短波信道小信號級的處理功能，采用接收與發(fā)射部分電路共用的方案，由收發(fā)信道板和短波頻合板組成，主要完成短波信道的收發(fā)，其原理框圖如圖5所示。

2.1.5終端通信及接口轉(zhuǎn)換模塊

終端通信及接口轉(zhuǎn)換模塊完成各模塊之間信號轉(zhuǎn)接、交聯(lián)及遙控終端通信信道的處理，由1個板卡組成。

2.1.6功放模塊

功放模塊設(shè)計為寬帶功放，超短波和短波共用，分時切換工作。功放模塊主要由放大調(diào)幅模塊、功率放大模塊、收發(fā)開關(guān)、波段開關(guān)、濾波器及匹配電路和定向耦合器組成，其原理框圖如圖6所示。

為了與短波天線匹配，在功放模塊的短波LC濾波器后端增加天線阻抗匹配電路，以達到在該波段內(nèi)與天線的匹配，實現(xiàn)短波天線調(diào)諧功能，減小了整機體積。

2.1.7電源模塊

電源模塊將輸入的單一供電電源轉(zhuǎn)換為各個模塊所需電源。

2.1.8遙控終端

遙控終端采用手持式方式設(shè)計，通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使整機小型化；采用內(nèi)置鋰電池組供電，提高便攜性；采用OLED顯示屏，提高低溫及高亮環(huán)境的適應(yīng)性。遙控終端主要由CPU核心模塊、顯控模塊、無線收發(fā)模塊、電源模塊、內(nèi)置鋰電池組和電源適配器組成。

2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)據(jù)鏈測試儀主機采用箱式結(jié)構(gòu)，前面和左右兩側(cè)面各裝一個把手，左側(cè)板上部兩側(cè)分別安裝有超短波和終端通信天線插座；右側(cè)板右上部安裝短波天線插座；后部安裝交、直流電源插座。

內(nèi)部采用模塊化接口設(shè)計，底部安裝母板，各模塊直接插在母板上，并采用楔條鎖緊裝置，能夠快速拆卸，底部母板提供各個板卡的供電及板卡間線路的交聯(lián)。外形及內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

3結(jié)束語

采用模塊化和組合化的方法設(shè)計，通過共用電源模塊和功放模塊，有效降低了整機的尺寸和重量。通過合理的模塊劃分，采用快卸模塊安裝和母板連接的實現(xiàn)方式，使系統(tǒng)布局緊湊，提高了空間利用率，縮小了尺寸，同時提高了系統(tǒng)的維修性。通過增加遙控功能，降低檢測時對人員的需求，提高了效率。工程實現(xiàn)的數(shù)據(jù)鏈測試儀具有小型化、便攜式和易用性等特點，可滿足實際使用需要。相較于傳統(tǒng)以簡單方式綜合短波設(shè)備、超短波設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈設(shè)備和檢測顯控設(shè)備的實現(xiàn)方法和采用軟件無線電的實現(xiàn)方法，本文設(shè)計的一線測試儀，兼具了技術(shù)成熟和便攜性的優(yōu)點，可用于工程實現(xiàn)。

參考文獻

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