可遥控信号源在无线电测向演练中的应用

国家无线电监测中心成都监测站 陈 良 唐若蜜

一、引言

为提高无线电工作者的技术水平和管理水平，无线电管理部门每年都要组织各种规模的无线电技术演练。其中，信号源测向查找是重要的一个演练科目，通过测向查找信号源可以提高工作人员的技术水平，对实际工作有很大帮助。测向演练中通常使用固定频率ASK调制方式发射的小信号源或单边带语音调制发射的车载电台信号源，裁判根据演练人员查找到信号源的时间进行评分，信号源性能的好坏在演练中起着至关重要的作用。

二、现状与功能分析

1. 现状分析

目前，无线电演练中普遍使用小信号源和车载电台信号源，可以满足演练基本需要，但随着无线电干扰形式逐渐多样化、复杂化，要求演练更加贴近实际工作，目前使用的信号源在日常演练中逐渐暴露出了一些不足，主要体现在：

（1）信号源在演练过程中功率发射状态未知。演练中使用的信号源由于并非高可靠性设备，个别信号源会出现供电不足、电源开关误关闭和发射不正常等问题，导致信号源发射功率降低甚至停止发射，裁判人员无法实时获知信号源发射状态是否正常，造成演练人员不能正常的查找信号源，影响演练进度。

（2）信号源演练过程中无法改变信号发射时间（发射周期）。目前，小信号源查找时一般将信号源放置于隐蔽地点后工作人员随即离开，信号源长时间发射信号（无发射时候存在载波），而在实际工作中，我们查找的干扰源很多都是间歇性（周期性）发射，要求我们在信号发射时才进行测向判断。

（3）信号源发射频率难以随时更改。目前，演练过程中信号源一般发射频率固定，难以随时更改，而在实际工作中，例如考试无线电安全保障中，发现作弊数传发射设备的发射频率已从单一频点到多频点可选，甚至发展到同频段内几兆至十兆赫兹范围内调谐，作弊设备可随时改变发射频率。

（4）信号源在演练过程中无法改变信号调制方式。目前，信号源的调制方式一般为ASK或者车载电台单边带语音发射，而在实际考试保障中发现作弊信号一般为FM调制、2FSK调制、GMSK调制、QAM调制和QPSK调制。

（5）信号源在演练过程中无触发计时功能。在目前演练中找到信号源后需要演练人员回到裁判处报告或信号源处安排专人进行计时，造成演练计时不准确和人力成本增加。

2. 功能分析

通过对目前演练中信号源使用的现状分析，可见为使无线电演练更加贴近实际工作、进一步提高演练的预期效果，迫切的需要一种可遥控信号源，该信号源应具有以下功能：发射功率状态可实时查询；信号发射时间（周期）可控；信号源发射频率可随时更改；发射信号调制方式多样化；具有触发计时功能。

三、系统实现

经过对可遥控信号源的功能分析，笔者提出可遥控信号源系统（如图1所示），由监测主站系统、Internet和GPRS通信网络、信号源（1-n）组成。

图1 可遥控信号源系统组成

1. 监测主站系统

监测主站系统主要是监测和控制各信号源的工作状态，包括发射频率、信号发射时间间隔、信号调制方式和触发计时。主站系统可对各信号源历史记录进行查询，从而达到对信号源运行过程进行科学管理，软件采用C/S结构分布式管理。

2. Internet/GPRS通信网络

通过GPRS服务，设备可采用互联网Internet的标准方式与在互联网上的服务器交换数据。GPRS的基础是以IP包的形式进行数据的传输，GPRS无线终端接入GPRS网络的方法与普通有线MODEM类似，都采用建立PPP连接方式。PPP协议是一种被广泛采用的串行点对点链路上传输数据包的方法。GPRS MODEM通过PPP协议获得动态分配的IP地址。连接建立后，在PPP协议的基础上通过数据传输协议，如TCP,UDP等实现与互联网上其他计算机的数据通信。在终端数据采集点，采集数据通过UART串行接口送入GSM/GPRS无线通信控制终端，GSM/GPRS无线通信控制终端首先将数据打包成TCP/IP数据包，再转换成GPRS数据包，通过无线链路传送到无线数据交换中心（MDEC），MDEC再剥离GPRS数据包并通过GGSN网关将TCP/IP数据包传送到Internet，再由Internet传送到通信控制计算机，通信控制计算机通过Scoket套接字接收TCP/IP数据包，并把它还原成原始数据。数据在主站和终端信号源间双向传输。

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3. 信号源

信号源由GRPS数据收发模块、计算控制模块、信号发生器、滤波模块、功放模块、计时触发模块、发射天线和电源模块组成。

（1）GRPS数据收发模块

GRPS数据收发模块可以使用Motorola G20，G20外表尺寸小巧，能提供先进的无线数据传输服务和很高的话音质量，非常容易使用，可将它连接到MAX232串口通信芯片，然后通过相关的AT（Attention Command）指令就可以控制G20的各种操作，如拨号上网、建立连接、发送数据等。G20有UART和USB两个通信接口，这个特性扩大了主控制器的选择范围。并且G20自身已经集成了TCP/IP协议栈，可直接使用其内置的TCP/IP有关指令，用户使用时不需要提供专门的协议栈，大大减少了用户的代码量，减轻了用户的开发难度。G20在初始化向网络提供其基本状态信息，以保证其正常工作，紧接着使用SIM卡，并向网络注册该SIM卡，以确保能无线通信。当完成了这几个过程之后，G20就可以接/打电话、发送/接收CSD数据（circuit switched data，电路交换数据）和GPRS数据。

（2）计算控制模块

计算控制模块可以使用AT89C51等成熟稳定价格低廉的单片机作为核心控制芯片，加入EEPROM存储固定信息，如信号源标识和调制内容等信息。

（3）信号发生器

信号发生器是实现设计重点，可使用直接数字合成器（DDS），直接数字合成器是第三代频率合成器，具有频率分辨率极高、频率捷变很快、输出相对带宽很宽易于控制、集成和实现功能扩展的特点。通过改变ROM中存储的数据，可以实现任意波形输出；若在PA前添加频率寄存器，可以方便实现Chirp功能和LFM信号的产生；由于可以方便地对输出信号的幅度、频率、相位进行控制，故可实现任意调制功能，这个功能可以实现信号调制形式的多样化，用于模拟多种形式的数传信号。AD9851是AD公司的一款优秀的DDS，该芯片除了可以程控输出频率外，还可以实现FSK,BPSK,PSK,Chirp,AM调制，满足日常的演练信号源调制需求。

AD9851芯片D/A转换器输出端和内部比较器输入之间，需要一个低通滤波器，用于抑制谐波干扰，考虑到椭圆滤波器能做到对理想低通的最佳近似，且同等技术指标下所需阶数最低，电路实现相对容易，故采用椭圆函数滤波器，可以用软件进行仿真，在实际中适当调节分离元件参数，提高设计效率。

（5）功放模块

为满足功率输出需求，采用某公司高性能功率放大器ERA-3（最高增益22dB），工作频率DC-3GHz，ERA-3内部匹配到50Ω，无需做外部匹配电路，通过调整偏置电阻可以得到合适的功率输出，典型应用如图2所示。

图2 ERA-3典型应用

（6）计时触发模块

计时触发模块可以在信号源外部设置一个按钮开关，演练人员查找到该信号源后按下触发开关，产生脉冲信号，该脉冲信号触发单片机中断，进入中断程序通过通信网络通知监测主站该信号源被发现，主站根据触发的时间进行准确计时。

（7）发射天线

发射天线建议使用软线作为材料，根据发射频率设计不同长度的软线，并进行阻抗匹配，天线末端加悬挂钩，这样的好处是方便携带、安装，并且成本低廉，容易获得。

（8）电源模块

电源模块选用锂电池可以进行市电充电，连续工作时间长达4小时，满足演练时间需要。考虑到我们使用的核心芯片均为+3.3V电压，电源模块输出电压为+3.3V。

四、设计注意事项

（1）模拟电路和数字电路尽量分开，数字地和模拟地也要分开处理；加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽；电源上要加钽电容进行滤波。

（2）高频信号可采用50Ω微带线进行设计，减小传输损耗。

（3）高频线周围采用接地敷铜进行屏蔽，减小高频信号线与其他元件之间的相互电磁干扰；尽量用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用；尽量实用表贴器件减少分离效应。

（4）系统预留扩展功能，例如调制信号内容可选、GPS位置可主站地图显示、极化方式可选。

（5）产品结构尽量小，便于携带，使用金属绿色涂漆外壳，便于防腐锈、增加EMC性能和便于野外伪装。

五、结束语

目前市场上还没有成熟可用的可遥控信号源产品，随着3G/GPRS通信技术和DDS技术的成熟，使得可遥控信号源实现成为可能。本文对可遥控信号源系统设计方案、设计注意事项和在无线电干扰查找演练中的应用给予了建设性的意见，供同行参考。可预见可遥控信号源应用于无线电演练后会大大提高无线电演练组织效率、演练者的技术水平和促进无线电人才队伍建设发展，具有广泛的应用前景和重要的实用价值。

见www.dcw.org.cn