一种便携式监测测向设备数字处理平台方案设计

尹安安

（作者单位：安徽广播电视台）

一种便携式监测测向设备数字处理平台方案设计

尹安安

（作者单位：安徽广播电视台）

本文分析了现代监测测向设备的发展趋势，结合便携式监测测向设备的应用和数字处理平台的设计需求，给出了一种便携式高性能监测测向设备数字处理平台的设计方案。

便携式监测；测向设备；数字处理平台

1　监测测向设备发展趋势分析

当前，信息化社会复杂电磁环境下，各种无线电系统共存，诸多体制标准交错，呈现民用和军用互相交织，协议和标准日益复杂的态势。随着无线电技术的不断发展与应用，民用无线电标准层出不穷，电磁环境变得日益复杂。传统的监测测向设备采用常规的监测测向体制已无法保证在复杂电磁环境下发挥有效的无线电监测测向功能和辅助无线电管理与决策。

这类新的具备一体化监测测向能力的监测测向设备将在以下几个方面体现先进性，以期满足当前信息化社会无线电管理的需求；同时，也代表了监测测向设备的发展趋势。

第一，加速系统一体化；第二，建立实时快速的监测测向体制；第三，通用化、系列化、模块化；第四，网络化。

2　便携式监测测向设备数字处理平台设计要求

2.1严格控制体积和功耗

便携式监测测向一体化设备是一种集计算机、显示器、射频前端、数字处理平台、天馈系统于一体的紧耦合设备，要满足背负式/便携式系统的设计要求，整个设备必需简化模块间的互连关系并对体积和功耗进行严格控制。

2.2频段扩展

通信标准的不断翻新要求监测测向设备必须能够保障全频段（30～3000MHz）监测测向功能的实现。

2.3提高扫频速度和大带宽频谱分析能力

抗截获技术可以采用多址（频分多址、时分多址、码分多址）、跳频（慢跳、快跳）、扩频、猝发等手段，使信号呈现出低截获概率的特性。这就要求监测测向设备必需具备快速信号扫频和大带宽频谱分析能力。

2.4提高频率分辨率

通信频段内的信号日益密集且相互交错，无线电频谱管理压力空前，从技术上解决在密集信号环境下对严重重叠信号或密集信号的快速截获、识别、分析、测向定位是监测测向设备研制过程中面临的难题，这需要监测测向设备具备极高的频率分辨率和领导抑制能力。

3　便携式监测测向设备数字处理平台方案设计

3.1设计方法

基于软件无线电技术的设计方案对于监测测向设备开发而言，可以以最少的基础研发成本，以支持比平常更宽的频带，提供超过窄频带应用所需的动态范围，并保证设备能够在多载波环境中，处理调制方式、带宽、通信标准和协议皆不同的信号。

从系统设计的角度看，则主要分为三部分内容：体系结构、高速数据采集，高速实时数字处理。

3.1.1体系结构

一个合理的体系结构可以保证各功能模块通过一定的连接方式进行互联而组成一个开放的、可扩展的、标准的、具有较高数据吞吐率的硬件平台。其一般采取的方案分为：流水式结构、总线式结构、交换式结构、基于计算机和网络式结构。

3.1.2数据采集模块

数据采集模块的设计与实现，一方面由需求牵引，另一方面也要求对系统各个环节有一个整体地把握。精心设计模拟信号调理电路，高速ADC模数混合电路，低抖动时钟电路，时序及控制逻辑电路等，是设计一个高性能数据采集模块的前提。

3.2便携性考虑

本论文研究的数字处理平台主要面向便携式应用，其目标是克服固定监测站性能高但机动性差、便携式设备机动性好但难以做到高性能的矛盾。因而，终端处理硬件结构应充分考虑体积、功耗、成本等因素。目前，常用的数字处理终端（平台）与不同类型CPU接口的结构关系有如下几种。

3.2.1嵌入式CPU

难以做到高性能、无法整合计算机体系结构和Windows操作系统在可编程性、结构开放性和灵活性、人机界面、联网等方面的优势。

3.2.2台式PC机

稳定性、可靠性差。

3.2.3基于PC/104体系的CPU

堆栈式结构稳定性好、体积小方便定制。

3.2.4基于CPCI体系的CPU

体系完善、结构稳定、成机柜系统体积庞大、成本高、定制便携式设备较难。

3.3具体方案设计

论文在进行数字处理平台方案设计时，主要从以下两个方面体现软件无线电思想。

3.3.1硬件方面

突破在应用可编程技术在工程实现中的各种难点，设计基于DSP和FPGA的具有可重置特性的平台，以期达到软件更新方便、处理算法可随时增加或更替不同工作模式等目标。

3.3.2软件方面

为了以尽可能少的资源实现各种算法，将各种工作模式采用统一的实现结构，加电启动时硬件初始化电路首先把系统资源管理程序调入DSP内存并运行；然后，资源管理程序把默认处理模式的DSP软件以及FPGA配置分别加载到DSP和FPGA上，完成默认功能的加载。当收到功能切换指令时，系统资源控制程序释放当前工作模式所占用的资源，加载相应工作模式的配置数据，实现功能切换。

4　结语

监测测向设备应用过程中，固定监测站性能高但机动性差，可搬移设备机动性好但难以做到高性能，在实际方案设计时实现系统硬件组成的简单化以及低造价。为了尽量满足上述设计要求，论文设计的平台方案在注重整体性、客观性、发展性的同时，将技术实现的可行性与功能需求的客观性相结合进行设计。对监测测向设备的发展具有一定的工程指导意义。

［1］屈斌.无线电频谱监测管理系统研究［D］.西安：西安电子科技大学，2007（1）.

［2］刘苏.高速软件无线电平台的开发研究［D］.南京：东南大学，2007（11）.

［3］彭安金，李凤保，古天祥.软件无线电的直接射频采样ADC系统研究［J］.仪器仪表学报，2003（4）.