某遥码通信系统音频通信设备的国产化研究

摘要：针对某型引进装备中遥码通信系统音频通信设备的故障率高、备件消耗量大、对外采购困难等问题，采用逆向工程方法，在缺少设计资料的情况下.通过系统反设计，分析不同工作状态下的激励响应信息，反推解算出被测仿对象的设计输入，实现了该音频通信设备的国产化，能够满足引进装备的正常使用要求。

关键词：音频通信设备;遥码通信系统;逆向工程方法;国产化

0 引言

某遥码通信系统由引进指挥自动化系统作战指挥车设备舱中的主站以及火力单元制导雷达指控舱中的从站两部分组成，作战指挥车同时与6部制导雷达进行信息交换。音频通信是遥码通信系统的重要通信方式，音频通信设备通过四线专用音频通道，实现遥码通信系统主从站之间数字信息的双向交换。随着装备服役期的增加，音频通信设备的故障率不断上升，备件消耗量逐渐加大，已严重影响引进武器系统协同作战能力的充分发挥。

由于武器装备生产国微电子技术水平不高，一些电子设备不得不采用模拟电路甚至使用分立元件，配合小规模数字集成电路来实现很多复杂的功能，导致系统集成度低，备件故障隔离、定位困难，修复率低。加之备件对外采购困难，供货周期长，甚至部分常耗易损备件已经停产，无处可买。为保证引进装备的正常使用要求，充分发挥其作战效能，必须开展备件的国产化研究[1]。本文基于逆向工程方法，在剖析音频通信设备组成和工作原理的基础上，实现其国产化。

1 原音频通信设备的组成及工作原理

在“发送”状态，来自遥码通信系统信息转换设备的音频发送信息码进入音频通信适配器的匹配和信息转换器，先对地址进行判读，形成93位的同步码，对发送信息进行（38，25）的循环编码，信息速率由19200bps降低到2400bps，并将信号分配到6个调制/解调器。调制/解调器对匹配和信息转换器来的信号进行电平变换、双重相对相位调制（四相移相键控）、限制信号的频谱/倾斜校正以及信号放大后，将发送信号输送给缓冲寄存器，然后经音频通信线路发送出去。

在“接收”状态，经音频通信线路传送来的音频接收信息进入缓冲寄存器，然后输送给调制/解调器，先由放大器对接收信号进行放大，然后进行相位校正、相位检波和相位解调，经接收信息控制装置送往匹配和信息转换器。匹配和信息转换器在接收音频信息时，先对音频信息同步码的前3 1位进行检查，若不超过5个错误，再对同步码的后63位进行检查。若同步码错误总数不超过15个，匹配和信息转换器的解码装置对音频通信字信息进行解码，发现传输信息错误、消除信息冗余，并将信息速率由2400bps提高到l9200bpS[2]。经匹配和信息转换器处理得到的音频接收信息传送给遥码通信系统信息转换设备。

原音频通信设备由匹配和信息转换器、发送控制装置、接收控制装置、相位调制/相位解调电路、放大器和缓冲寄存器等组成，功能框图见图1。

2 国产化音频通信设备硬件设计

2.1 国产化音频通信设备硬件组成

国产化音频通信设备由接口处理模块、工作状态控制模块、检查模块、调制/解调模块以及通道处理模块等组成，设备组成结构框图见图2。

1）接口处理模块

用于对数据接口出入信号进行相应处理，同时保护音频通信设备及数字信息处理设备。

2）工作状态控制模块

根据输入的控制信号设置设备的工作状态，并对输入的控制信号做出响应，完成对系统状态的时序控制。

3）检查模块

根据工作状态控制模块发出的控制信号进行各种检查，包括自检和环路检查。

4）调制懈调模块

主要完成信号的四相移相键控（QPSK）调制和解调。发送码和接收码速率为2400bps，载波频率为1.8kHz。

5）通道处理模块

发送通道对调制/解调模块输出的调相信号进行D/A变换、信号放大、低通滤波等操作，将发送信号的频谱限制在0～3.4kHz范围内，经过发送变压器信号变为差分信号，将信号送至音频线路。输出电平最大不超过OdBm。

接收通道对发送的信号进行信号放大、低通滤波、自动增益控制、A/D变换等操作，然后将信号送入解调器。接收通道的接收电平值不小于26dBm。

此外，在环回控制信号作用下，发送信号经过开关环回至接收通道。通过信号环回可以检查音频通信设备发送接收通道的完好性。

2.2 国产化音频通信设备设计中解决的主要问题

保持编（解）码方式、调制/解调方式一致，是实现国产化音频通信设备与原设备兼容互换的前提和必要条件。

1）破解编码方式

引进装备随机资料显示，原音频通信设备采用循环编码的通信方式，但没有阐述详细内容。项目研发过程中，通过反设计，在录取装备不同工作状态下数据信息的基础上，查找数据流向，确定编码器的输入、输出，经过数据分析和理论计算，获取了系统的编（解）码方案。经过样机的对接试验，验证了编码方案的正确性。音频通信方式进行（38，25）系统循环编码，生成多项式g（x）=x13+x12+xll+x1O+x9+x8+x6+x3+x+l。利用这种编码方式，能够检测不大于5个的错误;当检测到错误时，输出错误指示信号。

2）掌握调制、解调方式

原音频通信设备使用QPSK调制方式，国产化设备在调制方式上要与原设备保持一致。通过大量测试，分析原设备构成原理、设计细节，并通过样机进行接收解调、验证。QPSK采用相干解调，需要快速恢复时钟，这就对载波的提取提出了更高要求，国产化设备在设计时充分利用原帧结构中的训练序列，有效地解决了这一问题。QPSK调制和解调框图见图3、图4。

发送数据时，调制器将从信息转换设备传来的串行数据，经过串并转换，输出两路并行数据（I路和Q路），为了避免绝对QPSK调制方式带来的相位模糊问题，系统中对I、Q两条支路经差分编码单元将绝对码变换成相对码，以形成相对移相QPSK调制方式。差分编码后的两路信号，分别与来自数控振荡器输出的两路正交载波相乘。两路信号经过调制后再合并相加，就得到四相移相键控信号，经D/A转换后送入发送通道进行滤波和放大处理。

接收数据时，接收通道处理后的模拟调制信号经A/D转换成数字信号进入解调器，解调器从接收的信号中恢复出两路未判决的原始信号，然后根据恢复的数据时钟，经过数字自动增益控制、自适应判决反馈均衡器、差分解码、并串转换后，完成整个解调过程。恢复出来的解调数据即为接收码，它将与恢复出来的接收时钟一同送到信息转换设备。接收时钟的下降沿应处于接收码元的正中央[3]。

3 性能测试

在实验室环境下，对一组国产化音频通信设备进行了性能测试：调制、编码方式，调制速率，载波频率，发送功率，接收灵敏度等主要性能均达到设计指标要求。国产化音频通信设备性能指标测试结果见表1。

4 结束语

设备级备件的研制成功，对如何在缺少技术资料的情况下，通过系统反设计和不同工作状态下的激励响应信息反推解算出被测仿对象的设计输入，进行了有益的尝试[4]。国产化音频通信设备通过环境鉴定试验、可靠性考核试验和实装对接试用，验证了产品的环境适应性、可靠性以及与武器系统的协调、匹配性。而且，国产化设备使用维护简单、方便，可靠性高，能够满足引进装备的正常使用要求。

参考文献

[1]姜广顺，杨召甫.引进装备水平检测仪的国产化研究[J].航空维修与工程，2016，302（8）：54-56.

[2]谢鹏，郑全第，贺正洪.某型指挥自动化系统系列资料通信设备原理[Z].

[3]姜广顺，金芮，曹佩武，等.遙码通信系统的反设计和国产化研究[J].兵工自动化，2016，35（10）：1-3.

[4]姜广顺，赵丰，王韦.搜索接收机多通道信号处理组合的国产化研究[J].航空维修与工程，2017，316（10）：50-52.