施曉穎

摘 ?要：文章研究在射頻綜合系統下傳統L波段功能應用由單一應用轉向射頻系統綜合化的設計方法。首先分析了傳統典型L波段塔康、ATC的工作原理，然后根據傳統超外差式的波形信號處理方法，提取了三種波形的共性并進行小顆粒度組件化分析。同時，針對特定波形的特定功能模塊，進行了特定波形組件分析。最后，根據軟件通信體系架構（以下簡稱SCA）設計約束對波形應用進行組件化設計。根據設計完成入波形組件庫的波形應用組件，通過對組件管理與波形生成，得到了新的波形應用。采用組件化后的設計，在未來的新波形體制生成、波形應用管理等領域具有廣闊的前景，符合未來軟件無線電技術的發(fā)展。

關鍵詞：射頻綜合;SCA;波形組件化

中圖分類號：TN851 ? ? ? ? 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）01-0056-02

Abstract： This paper studies the design method of changing the traditional L-band function application from single application to RF system integration in RF integrated system. Firstly， the working principle of traditional typical L-band Takang and ATC is analyzed， and then according to the traditional superheterodyne waveform signal processing method， the commonness of the three waveforms is extracted and analyzed by small granularity components. At the same time， the specific waveform components are analyzed for the specific functional modules of specific waveforms. Finally， according to the software communication architecture （hereinafter referred to as SCA） design constraints of the waveform application component-based design. According to the design and completion of the waveform application component into the waveform component library， a new waveform application is obtained through component management and waveform generation. The use of component-based design has a broad prospect in the future new waveform system generation， waveform application management and other fields， which is in line with the development of software radio technology in the future.

Keywords： RF synthesis; SCA; waveform componentization

引言

軟件無線電的核心部分是指導軟件無線電系統開發(fā)的一套獨立于具體實現的方法集合。JTRS發(fā)布的SCA規(guī)范是對軟件無線電系統的硬件體系結構、軟件體系結構、安全體系結構以及應用程序接口（API）等四個方面進行了規(guī)范。傳統的機載L波段波形設計都是采用單一模塊單獨設計的方法，波形之間采用獨立式開發(fā)。但通過分析可知，L波段波形的工作頻點相近，甚至有混疊的現象，在接收時，可以同時接收到其他功能波形的數據。因此，在軟件無線電體制下，可以通過統一、通用的模塊，對功能波形進行SCA標準的組件化、綜合化設計。本文分析了L波段典型波形信號信息處理原理，并對其通用的部分進行了分析，最后采用基于SCA的軟件通信體系架構對波形進行了組件化設計。

1 L波段波形分析

1.1 塔康波形分析

塔康接收機信號主要是通過包絡檢測，對信號進行低噪放，將信號幅度放大后進入下變頻模塊。在收發(fā)端口，信號需要通過內部混頻器，得到70M中頻信號以及其鏡像信號。進入70M后的中頻信號，由40Mhz ADC進行信號采樣后，得到離散信號。根據帶通采樣原理，信號可以得到。經過數字下變頻器DDC得到中心頻率在零點的數字基帶信號，其中NCO本地載波頻率為10MHz。塔康信號采用ASK調制，用正交解調具有較強的抗載頻失配能力，不要求本地載波和信號載波之間嚴格的同頻同相。為了減輕后續(xù)信號處理的負擔，對信號采用一定的抽取系數進行抽取。對同相、正交支路求平方和，再求平方根，得到TACAN高斯脈沖的幅度值，在下變頻處理和塔康系統中頻信號的解調以及15Hz和135Hz包絡提取過程中要用到數字濾波技術，濾波器性能的好壞直接影響到后續(xù)環(huán)節(jié)的工作效果。常用的數字濾波器含有限和無限脈沖響應數字濾波器，恢復出的脈沖采樣頻率為對中頻采樣頻率40MHz20倍抽取后得到的2MHz采樣頻率。進入基帶的塔康信號為兩種信號，即15Hz和135Hz的疊加信號以及輔助基準信號。通過低通濾波，可以得到數字信號相應的包絡以及相位點。通過與輔助基準信號進行調制解算得到相應的方位信息。

1.2 ATC波形原理分析

對于二次雷達的發(fā)射和接受，相較于塔康的發(fā)射和接收，相對簡單。ATC二次雷達的發(fā)射和接受分別工作在1030M和1090M兩點，因此采用點頻率信號進行混頻濾波，下變頻到70M，然后通過數字ADC，低通濾波，得到中心頻率在10Mhz的數字信號。最后通過數字DDS，將信號變頻到基帶，恢復出包絡信號。最后通過對包絡信號脈沖的解算，從而得到詢問信號，對端飛機應答信號等。對于二次雷達的發(fā)射，則和塔康一樣，通過生成脈沖，在中頻端控制中頻發(fā)射的時間間隔，從而得到脈沖發(fā)射信號。

2 L波段波形組件化分析

2.1 射頻端波形組件分析

通過對塔康、ATC波形原理的分析，可以發(fā)現在接收端，采用超外差信號的流向都為通過天線接口單元接收到信號進行低噪放，進行放大后經過兩次變頻到70M信號。因此，可以綜合三種波形的接收體制，在射頻端對各個功能模塊進行組件功能劃分，即分別為射頻通道接收發(fā)射組件、模擬一次變頻組件、模擬二次變頻組件、混頻器控制組件、混頻器生成組件，上變頻組件等。其中，混頻器控制組件主要用于頻點的控制，根據塔康頻點切換工作方式，混頻器控制組件具有提前接收頻點控制和頻率合成。接收收發(fā)組件主要完成對天線的工作模式的選擇，即控制天線的輸入和輸出。混頻器控制組件完成對天線接口前端的提前與混頻頻率選取，主要配合混頻器生成組件的協同工作?；祛l器生成組件完成對混頻器頻率的生成，頻率時延的控制，頻率偏移的控制。變頻組件主要完成對頻點的下變頻處理。上變頻組件主要完成變頻控制器的上變頻處理。濾波器組件完成在混頻后，對帶通內的信號進行信號的濾除與解決。上變頻觸發(fā)組件由對上變頻信號進行調制，對于ASK調制信號，即可以在此進行信號的調制。

2.2 信息處理組件分析

塔康測距主要通過檢測出的詢問脈沖和應答脈沖之間的時延，通過脈沖對的匹配，從而對距離解算。測向通過解算出包絡后以及輔助脈沖后，通過相位差的計算，可以計算出飛機相對于塔臺的方位角。然而，單點的解算很難達到位置和方位的精確解，因此采用有限時間推演法，通過采用一定的時間內樣本數據的采集，進行濾波處理，通過卡爾曼濾波對位置和方位進行跟蹤處理，從而可以得到相應的位置和方位的精確解。ATC波形即根據標準進行波形的數據位進行解算，詢問和應答的解析方式相同，即通過制定的脈沖位，高電平為1，低電平為0，通過高低電平的組織，實現數據位的發(fā)送和接受。但是ATC波形不同模式下，具有相應的組包方式，在不同的詢問方式下，具有相應不同的詢問信號的解算方式。

3 基于SCA的波形組件設計

3.1 基于SCA的波形組件化技術

研究軟件無線電基本應用接口及其功能與行為是進行波形設計的首要前提?；緫媒涌谠谲浖o線電核心框架（CF）中具體定義，CF是軟件無線電體系結構的核心內容，是實現對硬軟件資源的管理、波形應用的加卸載以及一系列基礎服務而定義的一套標準的API接口。SCA規(guī)范要求波形開發(fā)采用模型驅動架構（MDA）的開發(fā)模式，MDA是對象管理組織提出的軟件開發(fā)框架，使得波形應用的開發(fā)過程通過對軟件系統的建模行為驅動。在基于MDA的波形開發(fā)中，核心的概念是平臺無關模型（PIM）和平臺相關模型（PSM）。通過對象描述語言IDL，用來抽象出接口，以IDL語言定義的文件具有強通用性、可移植性和高度抽樣性，在具體使用時，需要將其按照PSM映射規(guī)則以某種程序語言進行映射，將IDL接口模型轉換為與軟件運行平臺相關的軟件代碼。在對L波段波形進行組件化設計時，應按照高內聚松耦合的原則，對波形組件的通信接口組件明確定義，保證平臺的可移植性和通用性，組件對外暴露的應是外部接口（包括接口和端口），而封裝的是具體的功能實現，其中組件接口繼承自基本應用接口，實現組件初始化與釋放、啟動與停止、查詢與配置、連接與斷開等用于核心框架管理與控制的操作;輸入輸出端口實現組件與其他組件或者設備、服務等的數據交互。

3.2 L波段波形組件的設計實現

通過對各個波形組件的分析，可以對波形組件的對外部關系、組件所完成的功能進行統一設計。其中，混頻器控制組件主要完成射頻前端接收過來信號的混頻控制，主要由一塊硬件電路實現，混頻器的輸入。數字低通濾波器組件主要完成數字下采樣后低通濾波功能，主要由FPGA的IP和來實現，通過Matlab，可以仿真出一條有效的濾波器參數。由于每個應用波形使用的低通濾波器參數不盡相同，因此，對于每個波形都有一套相應的濾波參數對濾波器進行配置。參數配置后可以通過IP核的生成來實現濾波器的。

3.3 L波段波形組件化下波形裝配

經過波形組件化設計后的波形應用組件需要經過SCA符合性驗證，從而進入到波形組件應用庫。在波形組件庫中找到相應的波形功能應用組件，根據事先開發(fā)好的波形組件裝配環(huán)境，以鼠標拖拽的方式拖至波形編輯透視圖，將波形組件下發(fā)至各個功能硬件器件，通過調用結構進行總線連接，從而進行功能驗證。根據塔康和ATC在信號處理過程中的流程，通過波形組件化設計，實現波形組件應用裝配功能。如圖1所示：

4 結束語

本文研究了在射頻綜合條件下基于SCA的L波段波形組件化設計與應用。通過對L波段典型波形的原理分析，在超外差典型波形應用產品設計下，提出了一種基于波形組件的設計方法。在波形組件設計上，提取L波段波形組件的通用部分，采用SCA的波形組件設計方法，將L波段的波形組件劃分為射頻前端波形組件、信號處理波形組件、波形解算波形組件。設計的基于SCA的波形應用組件，通過SCA波形部署軟件，部署在各自的功能應用平臺上，實現無特定關系波形組件之間的有效結合，達到波形應用的生成。采用基于SCA的波形組件化設計方法，適用于未來軟件無線電系統的波形之間的協同開發(fā)、功能共用以及新波形生成。

參考文獻：

[1]黃子鴻.基于SCA的波形組件化技術研究與實現[D].湖南師范大學，2014.

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