多通道衛星導航射頻信號採集回放系統的製作方法

2023-05-01 22:55:31 3

本發明涉及電子通信技術領域，具體涉及一種多通道衛星導航射頻信號採集回放系統。

背景技術：

射頻信號採集回放系統已成為生產、科研中的重要工具，並廣泛應用於導航、雷達、氣象、航空航天、通信等領域。導航射頻信號具有實時性強，數據率高，數據量大，處理複雜等特點，利用射頻信號採集回放系統可以將這樣的空中信號實時採集記錄下來，進行分析和算法研究。同時在實際的工作需求中為了驗證新開發的各種接收機的性能指標，加速新產品的開發速度，經常要為新設計的接收機提供可編程的測試信號。即通過應用程式的控制，按照一定的要求將儲存在硬碟中的實際採集的射頻信號實現快速回放(硬體回放)，以模擬真實的工作環境，從而為各類接收機開發、調試提供穩定、可靠、可重複使用的信號源，減少現場測試的時間和開發成本。可以靈活運用於生產線測試、野外可攜式測試、高性能實驗室測試、車載測試等多種不同環境。

隨著衛星導航技術的發展，能夠同時接收多種GLONASS、GPS、BD(北鬥衛星)等導航系統的多通道衛星導航接收機成為了當前研究的熱點。然而，由於現有的射頻信號採集回放儀中，同時只能處理一個衛星導航系統的信號，中心頻率不可選，同時可測頻段帶寬有限。因而無法實現多通道衛星導航系統的射頻信號的採集回放。

技術實現要素：

本發明所要解決的是現有射頻信號採集回放儀可測頻段帶寬有限，無法適用於多通道衛星導航系統的射頻信號採集與回放的問題，提供一種多通道衛星導航射頻信號採集回放系統。

為解決上述問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

多通道衛星導航射頻信號採集回放系統，由射頻模塊、信號採集回放模塊和存儲控制模塊組成；射頻信號接入射頻模塊的採集輸入端，射頻模塊的採集輸出端連接信號採集回放模塊的採集輸入端；信號採集回放模塊的回放輸出端連接射頻模塊的回放輸入端，射頻模塊的回放輸出端輸出射頻信號；信號採集回放模塊與存儲控制模塊相連；所述射頻模塊包括4個放大器、6個射頻濾波器、4個混頻器、本地振蕩器和衰減器；第一放大器的輸入端形成射頻模塊的採集輸入端，第一放大器的輸出端經第一射頻濾波器連接第二放大器的輸入端，第二放大器的輸出端經第二射頻濾波器連接第一混頻器的一個輸入端，混頻器的輸出端經第三射頻濾波器連接第三放大器的輸入端，第三放大器的輸出端連接第二混頻器的一個輸入端，第二混頻器的輸出端經第四射頻濾波器與第四放大器的輸入端連接，第四放大器的輸出端形成射頻模塊的採集輸出端；第五射頻濾波器的輸入端形成射頻模塊的回放輸入端，第五射頻濾波器的輸出端連接第三混頻器的一個輸入端，第三混頻器的輸出端經第六射頻濾波器連接第四混頻器的一個輸入端，第四混頻器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端形成射頻模塊的回放輸出端；本地振蕩器的輸入端接入射頻參考信號，本地振蕩器的4個輸出端分別連接4個混頻器的另一個輸入端。

上述方案中，6個射頻濾波器均為SAW濾波器。

上述方案中，射頻信號接入射頻模塊的採集輸入端、採集輸出端、回放輸入端和回放輸出端均為SMA接口。

上述方案中，信號採集回放模塊包括採集濾波器、採集變壓器、模數轉換器、回放濾波器、回放變壓器、數模轉換器、時鐘分配器、FPGA和MCU組成；採集濾波器的輸入端形成信號採集回放模塊的採集輸入端，採集濾波器的輸出端經由採集變壓器連接模數轉換器的輸入端，模數轉換器的輸出端連接FPGA的輸入端；FPGA的輸出端連接數模轉換器的輸入端，數模轉換器的輸出端經由回放變壓器連接回放濾波器的輸入端，回放濾波器的輸出端形成信號採集回放模塊的回放輸出端；時鐘分配器的輸入端連接參考時鐘信號，時鐘分配器的輸出端連接模數轉換器和數模轉換器的時鐘控制端；MCU的輸出端連接模數轉換器、數模轉換器和時鐘分配器的控制端；FPGA和MCU與存儲控制模塊連接。

與現有技術相比，本發明針對衛星導航系統信號分析及測試環境，研發以我國北鬥衛星導航系統為主，GPS/GLONASS系統為輔的3個導航模式的採集回放通道的導航射頻信號採集回放系統，能同時對1.1GHz-1.7GHz頻段中任意多個頻點的衛星導航信號進行採集或者回放，每個通道支持8MHz帶寬，能夠充分滿足當前民航導航信號採集回放的需求，用戶可以對採集和回放的通道數以及每個通道的頻點進行設定。

附圖說明

圖1為多通道衛星導航射頻信號採集回放系統的原理框圖。

圖2為數據信號採集回放模塊的原理框圖。

圖3為射頻模塊的原理框圖。

具體實施方式

一種多通道衛星導航射頻信號採集回放系統，參見圖1，採用模塊化設計，將系統分為以下三個主要模塊：射頻模塊、信號採集回放模塊和存儲控制模塊。射頻信號接入射頻模塊的採集輸入端，射頻模塊的採集輸出端連接信號採集回放模塊的採集輸入端。信號採集回放模塊的回放輸出端連接射頻模塊的回放輸入端，射頻模塊的回放輸出端輸出射頻信號。信號採集回放模塊與存儲控制模塊相連。

所述射頻模塊包括4個放大器、6個射頻濾波器、4個混頻器、本地振蕩器和衰減器。第一放大器的輸入端形成射頻模塊的採集輸入端，第一放大器的輸出端經第一射頻濾波器連接第二放大器的輸入端，第二放大器的輸出端經第二射頻濾波器連接第一混頻器的一個輸入端，混頻器的輸出端經第三射頻濾波器連接第三放大器的輸入端，第三放大器的輸出端連接第二混頻器的一個輸入端，第二混頻器的輸出端經第四射頻濾波器與第四放大器的輸入端連接，第四放大器的輸出端形成射頻模塊的採集輸出端。第五射頻濾波器的輸入端形成射頻模塊的回放輸入端，第五射頻濾波器的輸出端連接第三混頻器的一個輸入端，第三混頻器的輸出端經第六射頻濾波器連接第四混頻器的一個輸入端，第四混頻器的輸出端連接衰減器的輸入端，衰減器的輸出端形成射頻模塊的回放輸出端。本地振蕩器的輸入端接入射頻參考信號，本地振蕩器的4個輸出端分別連接4個混頻器的另一個輸入端。上述6個射頻濾波器均為SAW濾波器。射頻信號接入射頻模塊的採集輸入端、採集輸出端、回放輸入端和回放輸出端均為SMA接口。參見圖3。

射頻模塊實現射頻信號與中頻信號的轉換，包括上下變頻、濾波、放大和衰減等。低噪放部分總增益39dB，噪聲係數0.78dB，射頻通道部分總增益92dB，噪聲係數13dB，衰減部分分兩路將信號衰減20dB和70dB後輸出。系統的4通道獨立採集在射頻通道部分得以實現，功分器輸出的四路信號為1.1GHz-1.7GHz的全帶寬信號，在射頻通道通過兩級變頻統一將四路信號下變頻到288MHz、46MHz，這個過程中，四路射頻通道通過調節各自的本振頻率實現將不同中心頻點的信號搬到中頻。

所述信號採集回放模塊包括採集濾波器、採集變壓器、模數轉換器、回放濾波器、回放變壓器、數模轉換器、時鐘分配器、FPGA和MCU組成。採集濾波器的輸入端形成信號採集回放模塊的採集輸入端，採集濾波器的輸出端經由採集變壓器連接模數轉換器的輸入端，模數轉換器的輸出端連接FPGA的輸入端。FPGA的輸出端連接數模轉換器的輸入端，數模轉換器的輸出端經由回放變壓器連接回放濾波器的輸入端，回放濾波器的輸出端形成信號採集回放模塊的回放輸出端。時鐘分配器的輸入端連接參考時鐘信號，時鐘分配器的輸出端連接模數轉換器和數模轉換器的時鐘控制端。MCU的輸出端連接模數轉換器、數模轉換器和時鐘分配器的控制端。FPGA和MCU與存儲控制模塊連接。參見圖2。

信號採集回放模塊主要包括前端濾波網絡、AD/DA轉換，以及FPGA內部信號的變頻，實現中頻信號數位化或模擬化。作為採集輸入時，中頻信號先經過濾波，在通過變壓器把單端信號變成差分信號，滿足ADC晶片的差分輸入驅動要求。作為回放輸出時，數據經過DAC晶片輸出差分信號，經過變壓器變成單端信號，通過濾波器輸出。ADC和DAC晶片的時鐘使用差分時鐘，由時鐘分配器統一提供。每個採集/回放通道單獨配置了一片單片機處理器，通過SPI總線實現對時鐘分配器、ADC和DAC進行編程配置，包括時鐘頻率、通道使能、中心頻率設置、採樣率變換等。

存儲控制模塊主要實現數據存儲、以及整個射頻信號採集/回放系統的控制。基於嵌入式高性能處理器88F6282和PCI Express總線技術實現，CPU上運行Linux作業系統，主要負責磁碟高速存儲，PC機端互聯(USB，Gigabit Eth)，人機界面控制等。關鍵技術是利用CPU內DMA實現快速的PCIE總線數據與SATA硬碟數據的交換。