车队无线通信设备的国产化改造

姜广顺 王亚雷 余硕 王韦/ 军蓝科技集团总公司 北京中捷时代航空科技有限公司

0 引言

某引进装备的无线通信设备主要用于以火力单元为单位的车队在行军途中和停驻地的车与车之间的通信[1]。随着装备服役年限的增加，无线通信设备的故障率不断上升，备件消耗量越来越大，且对外采购困难，已严重影响了该型装备机动作战能力的充分发挥。受国际政治、经济和军事因素的影响，引进装备器材备件特别是后续备件的订货渠道往往不畅，当对外采购备件的供应保障模式难以维持武器系统的正常使用要求时，开展设备的国产化改造成为解决引进装备维修保障问题的有效途径。

1 原无线通信设备的组成及工作原理

原无线通信设备主要由接收/发射机、天线装置、散热装置、外部控制台、送/受话放大器等构成，原理框图见图1。

1）发射通道：从终端设备、内部通信和交换设备、送/受话器或其他无线电设备来的调制信号，经过相应的插头来到控制、转换和联接部件，在这里根据工作模式进行转换，并送至超短波接收激励器的调制输入端，之后加到频率合成器中。调制的高频信号从接收激励器输出端送到压控振荡器，经过滤波和放大后进入功率放大器，放大至要求的电平。接下来，高频信号通过接收/发射继电器触点送到辅助选择滤波器，进行频谱的附加滤波，然后经过自动匹配装置进入天线装置，并向空间发射。

2）接收通道：从天线装置来的高频信号沿同轴电缆，通过无线通信设备的高频插头，经自动匹配装置、辅助选择滤波器，并经过接收/发射继电器闭合触点加入到超短波接收激励器，在这里进行放大、2 倍频变换和检波。经过放大的低频信号由此送到控制、转换和联接部件，经过电平整形后转接到内部通信和交换设备、数字通道设备或辅助无线电设备等的插头电路，提供给不同类型的终端设备——内部通信和交换设备、送/受话器或者其他无线电设备。

2 无线通信设备的国产化改造

图1 原无线通信设备原理框图

采用逆向工程方法，通过系统反设计，实现原无线通信设备的原位功能替换。同时，根据用户需求，利用全球定位系统（GPS）和北斗定位系统（BD）组合导航模式，增加车辆实时定位导航、车辆动态监控以及辅助指挥调度等功能，提高火力单元的应急机动作战能力。

2.1 硬件设计

国产化无线通信设备主要由车载通信天线、通信显示模块、GPS/BD 卫星接收模块、手持式送/受话器等组成，组成结构如图2 所示。

图2 国产化无线通信设备组成结构框图

1）通信显示模块

通信显示模块采用单元化设计。单元的划分原则是：每个单元功能相对独立，采用统一的接口标准，便于系统集成和检测维护。通信显示模块包括15个单元：面板控制单元、跳频单元、频率合成器单元、音频单元、收/发电源、正交调制单元、收信号处理单元、调谐单元、同车滤波器单元、功放单元、低通滤波器单元、PC 电源、PC 主板和显示单元、基带I/Q 单元等。通信显示模块原理框图如图3 所示。

发送信号状态：从音频单元送来的信号，若为模拟话音信号，则直接送入频率合成器环路，形成已调信号；若为数字信号（导航定位信号），则经跳频单元处理，形成基带信号和伴随时钟信号，之后再送到正交调制器单元。小功率状态时，已调信号经同车滤波器单元滤除杂波，通过低电压供电的功放单元功率放大，再经低通滤波器滤除谐波后得到频率为f0～f1、不小于4W 的信号，经天线发射出去。大功率状态下，只需将低电压供电的功放级恢复正常供电进行功率放大，经低通滤波器滤除谐波后得到频率为f0～f1、功率不小于40W的信号，经天线发射出去。

接收信号状态：天线收到的射频信号经低通滤波器单元送到接收机前端调谐单元。为获得良好的选择性，提高信噪比，调谐单元由结型场效应管构成的共源共栅级联低噪声、宽动态范围的射频放大器组成，并由可控二进制电容器组进行调谐。调谐单元输出的频率为f0～f1的射频信号，与频率合成器单元提供的本振信号混频后得到中频信号。该信号经晶体滤波器处理，以满足接收机选择性要求，再经放大限幅推动后送到鉴频解调器。解调信号经静噪控制电路检出单音信号后送给跳频单元，再经音频放大器和带通滤波器到达耳机或话筒。导航定位信号送至PC 主板单元，经过处理送到6.4in 显示屏显示。

2）卫星接收模块

GPS/BD卫星接收模块由天馈单元、DC/DC 转换单元、低压差单元、电源管理单元、射频单元、信号调制/解调单元、气压计传感器、接收机处理单元以及用户接口等组成。卫星接收模块原理框图如图4 所示。

图3 通信显示模块原理框图

图4 GPS/BD卫星接收模块原理框图

GPS/BD 天馈单元接收卫星信号，经低噪声放大器滤波、放大；射频单元完成接收信号的放大、变频和自动增益控制，二次混频得到中频信号。信号调制/解调单元包括12 个独立的GPS 接收通道和6 个独立的BD 接收通道，能够同时跟踪GPS 和BD 卫星信号，每一个通道均可完成GPS 或BD 的捕获、码跟踪、载波跟踪及解扩、解调等功能；接收机处理单元完成环路鉴别器和滤波器、数据解调、信噪比测量、锁相指示器等功能，完成GPS/BD 数据解算，输出定位信息及系统信息等。根据GPS/BD 定位数据切换状态，通过RS-422 接口向通信显示模块传送信息。

2.2 软件设计

导航软件主要由串口通信模块、卫星数据处理模块、通信数据处理模块、人机交互模块和数据库处理模块组成。模块之间通过调用模块提供的接口函数实现交互。模块之间的交互关系如图5所示。

1）串口通信模块：完成对串口的操作，包括串口的配置、打开、关闭、状态取得及数据发送、接收等功能。

2）卫星数据处理模块：通过串口通信模块获取卫星数据，并将解析后的数据通过人机交互模块显示；把经纬度、速度、高程、角度数据信息传递给通信数据处理模块，生成新的上报数据。

3）通信数据处理模块：负责通信数据的接收、解析及数据的生成、发送；根据卫星数据处理模块解析的定位数据，生成并发送上报数据，数据内容包括本设备的经纬度、速度、高程、角度、车辆ID 等信息；通过串口通信模块取得并解析通信数据，通过人机交互界面在地图上显示其他设备信息。

4）人机交互模块：完成用户对行军导航软件的操作及行军导航软件对用户操作结果的显示，同时显示当前设备的状态信息等，实时检测接收和发送数据线程及通信数据发送线程的运行状态。

5）数据库处理模块：对由人机交互模块编辑的诸如车辆信息数据、用户信息数据、用户组信息数据、U 盘数据、软件功能信息等进行存储、删除、修改、读取等操作。数据库采用MS SQL 2000作为数据的关系存储。使用配置文件方式进行地图以及样式显示等的配置。

2.3 解决的主要问题

1）频率合成器的研制：频率合成器是国产化无线通信设备的核心部件之一，系统的工作频率为f0～f1，信道带宽为25kHz。采用小数分频技术，借助辅助捕获电路改善环路捕获时间，用变带宽法加速锁定，直接从晶体振荡器上进行调制，使频率合成器的输出频谱、换频时间达到了要求的设计指标。

2）电磁兼容性设计：通信显示单元的接收机前端采用高性能选频滤波器，在25kHz 带外对其他干扰信号具有很强的衰减能力，使接收机具有良好的双音选择性。无线通信单元采用前端共址滤波器滤除带外杂散波和底部噪声，采用大功率谐波滤波器滤除谐波，降低了发射信号底部噪声和谐波分量，使发射时连接电缆上的信号辐射满足CE102、RE103、RS103 的要求，不影响其他设备的正常工作。

3）无中心自组网：开发的无中心自组网网络结构可使车辆编队在行进过程中和在驻扎地不借助其他设备快速自组织成无中心集群通信网络，通信网络中任何一个或多个终端被破坏都不会影响整个网络的正常工作，提高了抗摧毁能力。

3 性能测试

在实验室及野外环境下对国产化无线通信设备进行了性能测试，测试结果表明，发送功率、模拟灵敏度、数字灵敏度、通信距离、功耗等主要性能指标均优于原设备；扩展的车辆实时定位导航、车辆动态监控和辅助指挥调度功能达到了设计要求。国产化无线通信设备与原设备性能指标对比测试结果见表1。

图5 模块交互关系图

4 结束语

引进装备（设备）的备件国产化是一个反设计过程，只有全面掌握原备件的功能、性能指标要求，输入、输出信号及与其他部分的电气接口关系，才有可能设计出满足要求的国产化产品。在此基础上，应通过相关试验和装机试用，检验国产化产品的环境适应性、可靠性和与系统的适配性问题[1]。

目前，设计的国产化无线通信设备已通过设计鉴定，并在部队和工厂装备修理中得到推广使用。该设备能够满足引进装备的正常使用要求，使用维护简便，可靠性高[2]。

表1 性能指标测试对比表