車隊無線通信設備的國產化改造

姜廣順 王亞雷 余碩 王韋/ 軍藍科技集團總公司 北京中捷時代航空科技有限公司

0 引言

某引進裝備的無線通信設備主要用于以火力單元為單位的車隊在行軍途中和停駐地的車與車之間的通信[1]。隨著裝備服役年限的增加，無線通信設備的故障率不斷上升，備件消耗量越來越大，且對外采購困難，已嚴重影響了該型裝備機動作戰能力的充分發揮。受國際政治、經濟和軍事因素的影響，引進裝備器材備件特別是后續備件的訂貨渠道往往不暢，當對外采購備件的供應保障模式難以維持武器系統的正常使用要求時，開展設備的國產化改造成為解決引進裝備維修保障問題的有效途徑。

1 原無線通信設備的組成及工作原理

原無線通信設備主要由接收/發射機、天線裝置、散熱裝置、外部控制臺、送/受話放大器等構成，原理框圖見圖1。

1）發射通道：從終端設備、內部通信和交換設備、送/受話器或其他無線電設備來的調制信號，經過相應的插頭來到控制、轉換和聯接部件，在這里根據工作模式進行轉換，并送至超短波接收激勵器的調制輸入端，之后加到頻率合成器中。調制的高頻信號從接收激勵器輸出端送到壓控振蕩器，經過濾波和放大后進入功率放大器，放大至要求的電平。接下來，高頻信號通過接收/發射繼電器觸點送到輔助選擇濾波器，進行頻譜的附加濾波，然后經過自動匹配裝置進入天線裝置，并向空間發射。

2）接收通道：從天線裝置來的高頻信號沿同軸電纜，通過無線通信設備的高頻插頭，經自動匹配裝置、輔助選擇濾波器，并經過接收/發射繼電器閉合觸點加入到超短波接收激勵器，在這里進行放大、2 倍頻變換和檢波。經過放大的低頻信號由此送到控制、轉換和聯接部件，經過電平整形后轉接到內部通信和交換設備、數字通道設備或輔助無線電設備等的插頭電路，提供給不同類型的終端設備——內部通信和交換設備、送/受話器或者其他無線電設備。

2 無線通信設備的國產化改造

圖1 原無線通信設備原理框圖

采用逆向工程方法，通過系統反設計，實現原無線通信設備的原位功能替換。同時，根據用戶需求，利用全球定位系統（GPS）和北斗定位系統（BD）組合導航模式，增加車輛實時定位導航、車輛動態監控以及輔助指揮調度等功能，提高火力單元的應急機動作戰能力。

2.1 硬件設計

國產化無線通信設備主要由車載通信天線、通信顯示模塊、GPS/BD 衛星接收模塊、手持式送/受話器等組成，組成結構如圖2 所示。

圖2 國產化無線通信設備組成結構框圖

1）通信顯示模塊

通信顯示模塊采用單元化設計。單元的劃分原則是：每個單元功能相對獨立，采用統一的接口標準，便于系統集成和檢測維護。通信顯示模塊包括15個單元：面板控制單元、跳頻單元、頻率合成器單元、音頻單元、收/發電源、正交調制單元、收信號處理單元、調諧單元、同車濾波器單元、功放單元、低通濾波器單元、PC 電源、PC 主板和顯示單元、基帶I/Q 單元等。通信顯示模塊原理框圖如圖3 所示。

發送信號狀態：從音頻單元送來的信號，若為模擬話音信號，則直接送入頻率合成器環路，形成已調信號；若為數字信號（導航定位信號），則經跳頻單元處理，形成基帶信號和伴隨時鐘信號，之后再送到正交調制器單元。小功率狀態時，已調信號經同車濾波器單元濾除雜波，通過低電壓供電的功放單元功率放大，再經低通濾波器濾除諧波后得到頻率為f0～f1、不小于4W 的信號，經天線發射出去。大功率狀態下，只需將低電壓供電的功放級恢復正常供電進行功率放大，經低通濾波器濾除諧波后得到頻率為f0～f1、功率不小于40W的信號，經天線發射出去。

接收信號狀態：天線收到的射頻信號經低通濾波器單元送到接收機前端調諧單元。為獲得良好的選擇性，提高信噪比，調諧單元由結型場效應管構成的共源共柵級聯低噪聲、寬動態范圍的射頻放大器組成，并由可控二進制電容器組進行調諧。調諧單元輸出的頻率為f0～f1的射頻信號，與頻率合成器單元提供的本振信號混頻后得到中頻信號。該信號經晶體濾波器處理，以滿足接收機選擇性要求，再經放大限幅推動后送到鑒頻解調器。解調信號經靜噪控制電路檢出單音信號后送給跳頻單元，再經音頻放大器和帶通濾波器到達耳機或話筒。導航定位信號送至PC 主板單元，經過處理送到6.4in 顯示屏顯示。

2）衛星接收模塊

GPS/BD衛星接收模塊由天饋單元、DC/DC 轉換單元、低壓差單元、電源管理單元、射頻單元、信號調制/解調單元、氣壓計傳感器、接收機處理單元以及用戶接口等組成。衛星接收模塊原理框圖如圖4 所示。

圖3 通信顯示模塊原理框圖

圖4 GPS/BD衛星接收模塊原理框圖

GPS/BD 天饋單元接收衛星信號，經低噪聲放大器濾波、放大；射頻單元完成接收信號的放大、變頻和自動增益控制，二次混頻得到中頻信號。信號調制/解調單元包括12 個獨立的GPS 接收通道和6 個獨立的BD 接收通道，能夠同時跟蹤GPS 和BD 衛星信號，每一個通道均可完成GPS 或BD 的捕獲、碼跟蹤、載波跟蹤及解擴、解調等功能；接收機處理單元完成環路鑒別器和濾波器、數據解調、信噪比測量、鎖相指示器等功能，完成GPS/BD 數據解算，輸出定位信息及系統信息等。根據GPS/BD 定位數據切換狀態，通過RS-422 接口向通信顯示模塊傳送信息。

2.2 軟件設計

導航軟件主要由串口通信模塊、衛星數據處理模塊、通信數據處理模塊、人機交互模塊和數據庫處理模塊組成。模塊之間通過調用模塊提供的接口函數實現交互。模塊之間的交互關系如圖5所示。

1）串口通信模塊：完成對串口的操作，包括串口的配置、打開、關閉、狀態取得及數據發送、接收等功能。

2）衛星數據處理模塊：通過串口通信模塊獲取衛星數據，并將解析后的數據通過人機交互模塊顯示；把經緯度、速度、高程、角度數據信息傳遞給通信數據處理模塊，生成新的上報數據。

3）通信數據處理模塊：負責通信數據的接收、解析及數據的生成、發送；根據衛星數據處理模塊解析的定位數據，生成并發送上報數據，數據內容包括本設備的經緯度、速度、高程、角度、車輛ID 等信息；通過串口通信模塊取得并解析通信數據，通過人機交互界面在地圖上顯示其他設備信息。

4）人機交互模塊：完成用戶對行軍導航軟件的操作及行軍導航軟件對用戶操作結果的顯示，同時顯示當前設備的狀態信息等，實時檢測接收和發送數據線程及通信數據發送線程的運行狀態。

5）數據庫處理模塊：對由人機交互模塊編輯的諸如車輛信息數據、用戶信息數據、用戶組信息數據、U 盤數據、軟件功能信息等進行存儲、刪除、修改、讀取等操作。數據庫采用MS SQL 2000作為數據的關系存儲。使用配置文件方式進行地圖以及樣式顯示等的配置。

2.3 解決的主要問題

1）頻率合成器的研制：頻率合成器是國產化無線通信設備的核心部件之一，系統的工作頻率為f0～f1，信道帶寬為25kHz。采用小數分頻技術，借助輔助捕獲電路改善環路捕獲時間，用變帶寬法加速鎖定，直接從晶體振蕩器上進行調制，使頻率合成器的輸出頻譜、換頻時間達到了要求的設計指標。

2）電磁兼容性設計：通信顯示單元的接收機前端采用高性能選頻濾波器，在25kHz 帶外對其他干擾信號具有很強的衰減能力，使接收機具有良好的雙音選擇性。無線通信單元采用前端共址濾波器濾除帶外雜散波和底部噪聲，采用大功率諧波濾波器濾除諧波，降低了發射信號底部噪聲和諧波分量，使發射時連接電纜上的信號輻射滿足CE102、RE103、RS103 的要求，不影響其他設備的正常工作。

3）無中心自組網：開發的無中心自組網網絡結構可使車輛編隊在行進過程中和在駐扎地不借助其他設備快速自組織成無中心集群通信網絡，通信網絡中任何一個或多個終端被破壞都不會影響整個網絡的正常工作，提高了抗摧毀能力。

3 性能測試

在實驗室及野外環境下對國產化無線通信設備進行了性能測試，測試結果表明，發送功率、模擬靈敏度、數字靈敏度、通信距離、功耗等主要性能指標均優于原設備；擴展的車輛實時定位導航、車輛動態監控和輔助指揮調度功能達到了設計要求。國產化無線通信設備與原設備性能指標對比測試結果見表1。

圖5 模塊交互關系圖

4 結束語

引進裝備（設備）的備件國產化是一個反設計過程，只有全面掌握原備件的功能、性能指標要求，輸入、輸出信號及與其他部分的電氣接口關系，才有可能設計出滿足要求的國產化產品。在此基礎上，應通過相關試驗和裝機試用，檢驗國產化產品的環境適應性、可靠性和與系統的適配性問題[1]。

目前，設計的國產化無線通信設備已通過設計鑒定，并在部隊和工廠裝備修理中得到推廣使用。該設備能夠滿足引進裝備的正常使用要求，使用維護簡便，可靠性高[2]。

表1 性能指標測試對比表