单通道射频信号采集回放系统的制作方法

本发明涉及射频技术领域，特别是涉及一种单通道射频信号采集回放系统。

背景技术：

现代雷达设备、电子战设备和通信设备的工作制式多，功能复杂，完成整机的研发和功能检验需要许多次室内测试以及多次外场测试，但是，外场测试花费大，不易协调且受到天气和场地等诸多条件限制，实验数据非常宝贵。在测试过程中遇到的一些问题，只有通过场景重现才能测试解决，但外场测试环境条件具有唯一性，无法精确复现。

鉴于上述情况，目前比较准确的做法是，将外场测试得到的数据及在测试过程中出现的设备问题记录下来，在需要时进行回放处理。

因此亟需提供一种新型的单通道射频信号采集回放系统来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种单通道射频信号采集回放系统，通过对射频信号进行一系列变换，提高了雷达、电子战等装备测试及研发环境的真实性和使用的便利性。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种单通道射频信号采集回放系统，包括控制模块、本振单元、与控制模块相连的数据采集系统、信号回放系统、信号存储单元；数据采集系统包括依次相连的信号调理单元、下变频器、信号采集模块，信号回放系统包括依次相连的数模转换单元、频率扩展单元、功率放大单元，信号采集模块通过信号存储单元与数模转换单元相连，本振单元分别与下变频器、频率扩展单元相连。

在本发明一个较佳实施例中，信号调理单元包括第一级衰减器、第一单刀双掷开关、第一功率放大器、第二功率放大器、第一带通滤波器、第二级衰减器、第二带通滤波器、第二单刀双掷开关，第一功率放大器、第二功率放大器、第一带通滤波器依次连接组成放大通道，第二级衰减器、第二带通滤波器依次连接组成衰减通道，第一级衰减器与第一单刀双掷开关的输入端相连，第一单刀双掷开关的输出端分别连接放大通道的第一功率放大器、衰减通道的第二级衰减器，放大通道的第一带通滤波器连接第二单刀双掷开关的输出端，衰减通道的第二带通滤波器连接第二单刀双掷开关的另一输出端。信号调理单元可以对输入射频信号进行滤波、放大和功率调理等处理，使其满足后级模块的需求。

进一步的，第一级衰减器、第二级衰减器的最大衰减值为31.5dB。

在本发明一个较佳实施例中，下变频器将宽带射频信号下变频为中频信号，输出的中频信号的中心频率为800MHz，由SMA-50K接口送入信号采集模块。

在本发明一个较佳实施例中，信号采集模块与数模转换单元的采样率为2.5GSPS。

在本发明一个较佳实施例中，信号存储单元包括可编程逻辑门阵列、通信接口，可编程逻辑门阵列由控制模块控制，通信接口方便用户对数据的转移和备份。

在本发明一个较佳实施例中，本振单元为下变频器、频率扩展单元提供本地振荡信号，其输出的信号包括扫频振荡信号、点频振荡信号。

在本发明一个较佳实施例中，所述单通道射频信号采集回放系统的工作频率范围为100MHz—18GHz，可处理的中频信号带宽为500MHz，最大磁盘存储容量为32TB。

本发明的有益效果是：

(1)通过对宽带射频信号的采集、存储、处理和回放，可以利用一次外场测试得到的数据，检验雷达、电子战等装备系统的各种性能，大大减少外场测试的次数，节省大量的资金、时间和人力资源；同时，在测试过程中出现的设备问题，可通过信号波形回放，精确复现测试场景，用于准确定位设备问题；

(2)本发明还可以用于再现战场情况下的电磁环境，作为部队对演习进行分析总结的依据；可通过记录和回放雷达在电子干扰条件下的回波，使雷达工作于电子战条件下，就能够对操作手进行最为真实的抗干扰训练；可通过采集和回放目标特征波形，用于装备故障的快速排除。

附图说明

图1是本发明单通道射频信号采集回放系统一较佳实施例的结构框图；

图2是所述信号调理单元的原理框图；

图3是所述下变频器的原理框图；

图4是所述信号回放系统的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：

一种单通道射频信号采集回放系统，包括控制模块、本振单元、与控制模块相连的数据采集系统、信号回放系统、信号存储单元；数据采集系统包括依次相连的信号调理单元、下变频器、信号采集模块，信号回放系统包括依次相连的数模转换单元、频率扩展单元、功率放大单元，信号采集模块通过信号存储单元与数模转换单元相连，本振单元分别与下变频器、频率扩展单元相连。所述单通道射频信号采集回放系统工作频率范围为100MHz～18GHz，可处理的中频信号带宽为500MHz，最大磁盘存储容量为32TB。

数据采集系统是将宽带射频信号进行模拟下变频，并可对变频得到的模拟中频信号进行采样和数字存储的分析记录系统，同时支持数据处理和磁盘整理。下面对所述数据采集系统的子单元进行具体描述：

请参阅图2，信号调理单元可以对输入射频信号进行滤波、放大和功率调理等处理，使其满足后级模块的需求，其包括第一级衰减器、第一单刀双掷开关、第一功率放大器、第二功率放大器、第一带通滤波器、第二级衰减器、第二带通滤波器、第二单刀双掷开关，第一功率放大器、第二功率放大器、第一带通滤波器依次连接组成放大通道，第二级衰减器、第二带通滤波器依次连接组成衰减通道，第一级衰减器与第一单刀双掷开关的输入端相连，第一单刀双掷开关的输出端分别连接放大通道的第一功率放大器、衰减通道的第二级衰减器，放大通道的第一带通滤波器连接第二单刀双掷开关的输出端，衰减通道的第二带通滤波器连接第二单刀双掷开关的另一输出端。为防止大功率信号进入系统后会损坏设备，第一级衰减器最大衰减值为31.5dB，可设置步进为1dB。第一单刀双掷开关为控制开关，可在两个通道之间进行切换，当输入信号小于-20dBm时信号由所述放大通道输出，每个功率放大器的放大值为20dB；当输入射频信号功率大于0dBm时，信号由所述衰减通道输出，第二级衰减器最大衰减值为31.5dB。

请参阅图3，下变频器将宽带射频信号下变频为中频信号，并由外部供电，其中，下变频的中心频点及中频带宽可设置，该系统根据用户设置的参数自适应的进行滤波及下变频。功率调理后的射频信号经变频通道的下变频后，再通过中频放大滤波器组得到一路中心频率为800MHz的中频信号，并由SMA-50K接口送入信号采集模块。

本振单元为下变频器提供本地振荡信号，可输出多路扫频及点频振荡信号。

信号采集模块的作用是将下变频器输出的模拟中频信号转换为数字信号，方便进行数据存储和后续处理。信号采集的过程由控制模块控制，采样后的数据储到信号存储单元中。信号采集模块的采样率为2.5GSPS，数据采集位宽为12bit。

信号存储单元采用可编程逻辑门阵列，由控制模块控制，为方便用户对数据的转移和备份，信号存储单元还提供通信接口，通信接口可采用USB3.0接口、LAN接口，方便与外围设备通信。数据存储的格式为标准的数据文件格式，文件名包含信号存储的时间信息、信号长度信息等重要参数，方便日后直接选择调用文件。

所述控制模块通过控制系统和平台软件使用户可方便地对信号存储单元的数字信号进行读取、处理等操作；同时，系统软件还具备磁盘清理功能，对于存储区中的数据文件，当数据快存满时系统会给出清理磁盘的提醒信息，方便用户进行磁盘整理，防止数据丢失。

信号回放系统是将数字信号转换为模拟射频信号的系统，信号存储单元中存储的数字信号通过数模转换单元转换为中频模拟信号，再通过频率扩展单元的上变频和功率放大单元的功率放大恢复为宽带射频信号。

具体的说，结合图4，所述信号回放分系统的工作原理是：通过控制模块的系统控制平台软件选择需要回放的文件，随后信号回放系统将待回放的文件载入缓存区，在控制模块的触发信号激励下，数据文件由信号存储单元的可编程逻辑门阵列(FPGA)转换为数字信号，并通过数据总线送入到数模转换单元转换为模拟基带信号，再通过频率扩展单元将模拟基带信号调制到合适的射频频率，调制所需的本振激励信号由本振单元提供；最后，射频信号通过功率放大单元，对信号的功率进行放大并通过输出端口输出。

在信号回放的过程中选择回放的数据文件时，可根据数据文件的存储时间、信号类型和文件大小等信息完成文件选择。在进行数模转换时，设置的采样率与采集数据时使用的采样率一致。在进行模拟基带信号上变频时，第一步，将模拟基带信号与点频本振信号混频为第一中频，随后与扫频本振信号混频为最后的射频信号。

本发明可用于雷达设备、电子战设备和各种通信设备的研发、测试和检修等各个阶段，通过对宽带射频信号的采集、存储、处理和回放，可以利用一次外场测试得到的数据，检验雷达、电子战等装备系统的各种性能，大大减少外场测试的次数，节省大量的资金、时间和人力资源；同时，在测试过程中出现的设备问题，可通过信号波形回放，精确复现测试场景，用于准确定位设备问题；本发明还可以用于再现战场情况下的电磁环境，作为部队对演习进行分析总结的依据；可通过记录和回放雷达在电子干扰条件下的回波，使雷达工作于电子战条件下，就能够对操作手进行最为真实的抗干扰训练；可通过采集和回放目标特征波形，用于装备故障的快速排出等。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。