CN210867724U - 一种遥测频谱感知管理设备 - Google Patents

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CN210867724U CN202020477954.2U CN202020477954U CN210867724U CN 210867724 U CN210867724 U CN 210867724U CN 202020477954 U CN202020477954 U CN 202020477954U CN 210867724 U CN210867724 U CN 210867724U
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那凯鹏
石军辉
刘国忠
王文杰
张先飞
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Kotel Spaceflight Defense Technology Co ltd Shanxi
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Abstract

本实用新型一种遥测频谱感知管理设备,属于遥测频谱感知管理设备技术领域;所要解决的技术问题为:提供一种遥测频谱感知管理设备硬件结构的改进;解决该技术问题采用的技术方案为:包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板,所述控制电路板上集成有微控制器以及相应的***电路,所述壳体的正面设置有显示屏,所述壳体的侧面设置有人机交互接口,所述壳体的背面设置有遥测信号天线和宽带信号天线,所述微控制器通过接口电路分别与显示屏、人机交互接口相连;所述微控制器通过导线与信息交互模块、频谱感知模块双向连接;本实用新型应用于遥测频谱感知管理设备。

Description

一种遥测频谱感知管理设备
技术领域
本实用新型一种遥测频谱感知管理设备,属于遥测频谱感知管理设备技术领域。
背景技术
航天航空遥测技术起源于20世纪30年代和40年代,随着通信技术、半导体技术和软件无线电技术的发展,遥测技术在调制体制、传输距离、数据容量、测量精度以及设备小型化等方面更加完善和灵活,目前安装在飞行器上的遥测发射机在调制体制、频谱资源占用多种多样,遥测发射机使用特定的码率、特定功率以及特定频点将采集遥测数据通过天线发射出去,专用遥测地面站将根据规划好的参数对空中的无线电进行接收、解调以及存储;遥测地面站在使用时将根据遥测作用区域,对本区域内所有的遥测发射机收发信号进行统一规划管理,确定各个遥测发射机占用频点资源、发射功率以及数据码率等参数,遥测地面接收站根据遥测发射机数量、工作参数以及工作时间等信息进行交叉布站,确保空中射频信号无重叠干扰,遥测数据顺利接收。
但在使用过程中发现,地面接收站很难提供单一遥测发射机单独工作的区域,一般存在多个遥测发射机在同一遥测区域内工作,使用现有的遥测***需要提前对遥测区域内的遥测发射机统一规划以及现场协调,避免出现频谱资源重叠,无线电信号干扰等问题,而这些工作大部分需要人工调控来完成,工作量大,调控效率低,很难再适应新的使用要求。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中存在的不足,所要解决的技术问题为:提供一种遥测频谱感知管理设备硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案为:一种遥测频谱感知管理设备,包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板,所述控制电路板上集成有微控制器以及相应的***电路,所述壳体的正面设置有显示屏,所述壳体的侧面设置有人机交互接口,所述壳体的背面设置有遥测信号天线和宽带信号天线,所述微控制器***的电路结构为:
所述微控制器通过接口电路分别与显示屏、人机交互接口相连;
所述微控制器通过导线与信息交互模块、频谱感知模块双向连接;
所述信息交互模块内部包括:第一捷变收发器、第一带通滤波器、第二带通滤波器、第三带通滤波器、第一射频开关、第二射频开关、第一功放模块、第二功放模块、低通滤波器、第一低噪声放大器、第一混频器;
所述微控制器的信号输出端通过导线分别与第一射频开关、第二射频开关的控制端相连;
所述微控制器通过导线与第一捷变收发器双向连接,所述第一捷变收发器的上变频模块通过第一带通滤波器与第一射频开关的控制端相连,所述第一射频开关的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块、低通滤波器后与第二射频开关的第一选择端相连;
所述第二射频开关的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器、第一低噪声放大器、第二功放模块后与第一混频器的输入端相连,所述第一混频器的控制端与第一射频开关的第二选择端相连,所述混频器的输出端串接第二带通滤波器后与第一捷变收发器的下变频模块相连;
所述第二射频开关的控制端通过导线与遥测信号天线相连;
所述频谱感知模块内部包括:第二捷变收发器、第四带通滤波器、第五带通滤波器、第六带通滤波器、第三功放模块、第二低噪声放大器、第二混频器;
所述微控制器通过导线与第二捷变收发器双向连接,所述第二捷变收发器的上变频模块通过第四带通滤波器与第二混频器的控制端相连;
所述宽带信号天线通过导线与第六带通滤波器相连,所述第六带通滤波器通过导线依次串接第二低噪声放大器、第三功放模块后与第二混频器的输入端相连,所述第二混频器的输出端串接第五带通滤波器后与第二捷变收发器的下变频模块相连。
所述微控制器具体为FPGA控制器,型号为Zynq7000;
所述微控制器内部的电路结构为:
所述微控制器内部设置有管理控制模块、频谱分配模块、频谱识别模块、频谱信息存储模块、第一收发配置模块、第一信号处理模块、第二收发配置模块、第二信号处理模块;
所述管理控制模块通过总线M与频谱分配模块相连;
所述管理控制模块通过总线N与频谱识别模块相连;
所述频谱分配模块与频谱识别模块通过导线连接;
所述管理控制模块通过总线I与频谱信息存储模块相连;
所述频谱分配模块通过总线H与频谱信息存储模块相连;
所述频谱识别模块通过总线G与频谱信息存储模块相连;
所述管理控制模块通过总线L与第一收发配置模块相连,所述第一收发配置模块通过配置总线与第一捷变收发器相连;
所述频谱识别模块通过总线O与第二收发配置模块相连,所述第二收发配置模块通过配置总线与第二捷变收发器相连。
所述第一带通滤波器、第四带通滤波器具体为射频滤波器,型号为KSD2250S100A;
所述第一功放模块的型号为TQF7M9104;
所述低通滤波器的型号为LFCN-2500+;
所述第一射频开关、第二射频开关的型号为HMC349AMS8G;
所述第一捷变收发器、第二捷变收发器的型号为AD9361;
所述第二带通滤波器、第五带通滤波器具体为中频滤波器,型号为KS432-9A;
所述第一混频器、第二混频器的型号为LT5522;
所述第二功放模块、第三功放模块的型号为ERA-SM;
所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器的型号为ADL5611ARKZ;
所述第三带通滤波器、第六带通滤波器具体为射频滤波器,型号为KSD2205-30A。
本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为:本实用新型提供的遥测频谱感知管理设备用于遥测区域内频谱资源的管理和控制,以软件无线电为平台兼容不同的无线通讯协议,提高遥测***的工作效率和频谱资源占用率,同时克服遥测***频点冲突、实时性差、***组成复杂、任务调度效率低等不足,降低人工调控工作量,有效提高调控效率。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明:
图1为本实用新型的壳体结构示意图;
图2为本实用新型的电路结构示意图;
图3为本实用新型微控制器内部的功能结构示意图;
图中:1为微控制器、2为显示屏、3为人机交互接口、4为遥测信号天线、5为宽带信号天线、6为信息交互模块、7为频谱感知模块、8为第一捷变收发器、9为第一带通滤波器、10为第二带通滤波器、11为第三带通滤波器、12为第一射频开关、13为第二射频开关、14为第一功放模块、15为第二功放模块、16为低通滤波器、17为第一低噪声放大器、18为第一混频器、21为第二捷变收发器、22为第四带通滤波器、23为第五带通滤波器、24为第六带通滤波器、25为第三功放模块、26为第二低噪声放大器、27为第二混频器、31为管理控制模块、32为频谱分配模块、33为频谱识别模块、34为频谱信息存储模块、35为第一收发配置模块、36为第一信号处理模块、37为第二收发配置模块、38为第二信号处理模块。
具体实施方式
如图1至图3所示,本实用新型一种遥测频谱感知管理设备,包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板,所述控制电路板上集成有微控制器(1)以及相应的***电路,所述壳体的正面设置有显示屏(2),所述壳体的侧面设置有人机交互接口(3),所述壳体的背面设置有遥测信号天线(4)和宽带信号天线(5),所述微控制器(1)***的电路结构为:
所述微控制器(1)通过接口电路分别与显示屏(2)、人机交互接口(3)相连;
所述微控制器(1)通过导线与信息交互模块(6)、频谱感知模块(7)双向连接;
所述信息交互模块(6)内部包括:第一捷变收发器(8)、第一带通滤波器(9)、第二带通滤波器(10)、第三带通滤波器(11)、第一射频开关(12)、第二射频开关(13)、第一功放模块(14)、第二功放模块(15)、低通滤波器(16)、第一低噪声放大器(17)、第一混频器(18);
所述微控制器(1)的信号输出端通过导线分别与第一射频开关(12)、第二射频开关(13)的控制端相连;
所述微控制器(1)通过导线与第一捷变收发器(8)双向连接,所述第一捷变收发器(8)的上变频模块通过第一带通滤波器(9)与第一射频开关(12)的控制端相连,所述第一射频开关(12)的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块(14)、低通滤波器(16)后与第二射频开关(13)的第一选择端相连;
所述第二射频开关(13)的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器(11)、第一低噪声放大器(17)、第二功放模块(15)后与第一混频器(18)的输入端相连,所述第一混频器(18)的控制端与第一射频开关(12)的第二选择端相连,所述混频器(18)的输出端串接第二带通滤波器(10)后与第一捷变收发器(8)的下变频模块相连;
所述第二射频开关(13)的控制端通过导线与遥测信号天线(4)相连;
所述频谱感知模块(7)内部包括:第二捷变收发器(21)、第四带通滤波器(22)、第五带通滤波器(23)、第六带通滤波器(24)、第三功放模块(25)、第二低噪声放大器(26)、第二混频器(27);
所述微控制器(1)通过导线与第二捷变收发器(21)双向连接,所述第二捷变收发器(21)的上变频模块通过第四带通滤波器(22)与第二混频器(27)的控制端相连;
所述宽带信号天线(5)通过导线与第六带通滤波器(24)相连,所述第六带通滤波器(24)通过导线依次串接第二低噪声放大器(26)、第三功放模块(25)后与第二混频器(27)的输入端相连,所述第二混频器(27)的输出端串接第五带通滤波器(23)后与第二捷变收发器(21)的下变频模块相连。
所述微控制器(1)具体为FPGA控制器,型号为Zynq7000;
所述微控制器(1)内部的电路结构为:
所述微控制器(1)内部设置有管理控制模块(31)、频谱分配模块(32)、频谱识别模块(33)、频谱信息存储模块(34)、第一收发配置模块(35)、第一信号处理模块(36)、第二收发配置模块(37)、第二信号处理模块(38);
所述管理控制模块(31)通过总线M与频谱分配模块(32)相连;
所述管理控制模块(31)通过总线N与频谱识别模块(33)相连;
所述频谱分配模块(32)与频谱识别模块(33)通过导线连接;
所述管理控制模块(31)通过总线I与频谱信息存储模块(34)相连;
所述频谱分配模块(32)通过总线H与频谱信息存储模块(34)相连;
所述频谱识别模块(33)通过总线G与频谱信息存储模块(34)相连;
所述管理控制模块(31)通过总线L与第一收发配置模块(35)相连,所述第一收发配置模块(35)通过配置总线与第一捷变收发器(8)相连;
所述频谱识别模块(33)通过总线O与第二收发配置模块(37)相连,所述第二收发配置模块(37)通过配置总线与第二捷变收发器(21)相连。
本实用新型提供的遥测频谱感知管理设备主要由微控制器、显示屏、无线收发模块、收发天线,以及相应的供电电源组成。
所述微控制器通过内部通信接口与无线收发模块连接,进行指令或数据的传输交互,并能将频谱装订情况和频谱感知情况数据实时显示在显示屏上。
设备中的无线收发模块会根据接收外部命令进行无线通信或频谱感知分配管理,实现无线通信、频谱感知识别、频谱管理分配、工作流程控制、工作参数分配等功能。
设备中使用的电源电路设置有专用的电源管理芯片,实现电源键的延时开机和关机操作,可以在进行关机操作后,延时关闭嵌入式计算机。
设备中使用的天线包括用于连接频谱感知通道的宽带信号接收天线和连接无线信息交互通道的遥测通信天线。
如图2所示,具体为本实用新型微控制器***电路结构示意图,主要由微控制器,内外的通信接口,频谱感知通道和无线信息交互通道组成;所述频谱感知通道和无线信息交互通道采用同样的原理结构,以无线信息交互通道为例进行说明:所述电路中的射频开关具有无线发射通道和无线接收通道,可以通过对射频开关的两个选择端进行控制,实现双向半双工无线通信。
当设备处于无线接收状态时,第一捷变收发器输出第一混频器需要的本振单音信号,第一射频开关切换至混频器的选择端,第二射频开关切换至无线接收模块的选择端,由第一捷变频器产生的本振信号与接收到的信号混频至中频后,再由第一捷变频器接收处理。
当设备处于无线发射状态时,第一射频开关切换至功放模块的选择端,第二射频开关切换至无线发射模块的选择端,第一捷变收发器输出遥测调制信号经带通滤波和功放模块放大后输出,功放模块的放大参数,可根据实际需要提高链路增益。
所述设备的内部通信总线接口用于微控制器和无线收发模块之前的命令和数据交互,通过安装于微控制器的数据处理软件可以实时显示频谱感知情况,识别和组网分配情况,经人机交互接口以指令下发的方式改变工作参数等,所述外部通信总线接口可以实现设备间的命令交互和信息的传输共享。
如图3所示,具体为微控制器内部功能模块结构示意图,主要由基带信号处理模块、捷变收发器配置模块、频谱感知识别模块、频谱管理分配模块、流程管理模块、通信控制模块、频谱信息存储模块,内外通信接口组成,所述频谱信息存储模块内部存储有频谱信息表、可分配频谱信息表、工作参数配置表等数据。
所述流程管理模块控制产品工作时序,在上电初始化时,读取工作参数配置表中的工作参数发送至对应工作模块;当通过内部通信接口改变工作参数时,流程管理模块一方面通知对应工作模块按照新的工作参数运行,另一方面更新工作参数配置表;
当进行组网频点分配时,流程管理模块负责组网指令的发送;当有遥测发射机申请频点时,向频谱管理分配模块申请频点;通过外部通信接口将频点的装定信息,申请频点的遥测发射机编号等信息发送至其它设备。
所述频谱感知识别模块按照预设的工作参数运行,如按步进感知(感知步进可设置)或按预设频谱资源进行感知等感知策略进行频谱分析,并将感知识别的频谱信息存储至频谱信息表;所述频谱管理分配模块用于读取频谱信息表,判断可分配频谱,并将频点信息存储至可分配频谱信息表。
当流程管理模块申请频点时,分配相应频点,实时跟踪频点的分配和使用情况,更新可分配频谱信息表中状态信息;通信控制模块接收外部设备输入的无线或者有线通信命令,解析并根据协议规定获取信息和应答外部设备;在无线信息交互的过程中,切换无线信息交互通道中发射和接收频点,射频开关等。
所述捷变收发器配置模块用于接收总线O和L传输的工作参数,实时配置捷变收发器,配置信息包括发射和接收频点,发射功率,滤波器设置等;所述基带信号处理模块按照配置参数要求(如码速率,码型,调制类型,调制指数等)对信号进行调制和解调。
在工作时,设备中频谱感知通道的调制模块根据频谱感知策略调制产生本振所需要的单音信号,解调模块读取捷变收发器接收的数据,并将其实时发送至频谱感知识别模块。
所述无线信息交互通道的模块调制步骤为:接收前端通信控制模块生成的PCM信号,经过符号映射、成形滤波和FM调制,将调制数据发送至捷变收发器,当处于无线接收状态时,调制产生无线接收通道本振所需要的单音信号;所述解调模块用于读取捷变收发器接收的数据,进行滤波、鉴频和位同步,输出无线通信码流至通信控制模块。
所述第一带通滤波器、第四带通滤波器具体为射频滤波器,型号为KSD2250S100A,通带频率范围为2200MHz~2300MHz,用于对发射信号进行滤波,限制带外谐杂波成分;
所述第一功放模块的型号为TQF7M9104,用于将捷变收发器输出的小功率信号放大;
所述低通滤波器的型号为LFCN-2500+,用于滤除射频信号的谐波成分;
所述第一射频开关、第二射频开关的型号为HMC349AMS8G,用于切换射频信号到不同的信号通路;
所述第一捷变收发器、第二捷变收发器的型号为AD9361,该类型捷变收发器采用零中频架构解决软件无线电实现化方案,集成了射频前端,AD/DA,放大器,模拟和数字滤波器,频率合成器和混频器等模块,同时还集成了DC偏置校准,正交误差校准和自动增益控制AGC等数字***功能,高度集成化有效减小遥测发射机的体积;
所述第二带通滤波器、第五带通滤波器具体为中频滤波器,型号为KS432-9A,用于对混频后的中频信号进行滤波;
所述第一混频器、第二混频器的型号为LT5522,用于将射频信号转换为中频信号;
所述第二功放模块、第三功放模块的型号为ERA-SM,用于将LNA输出的射频信号进一步放大;
所述第一低噪声放大器、第二低噪声放大器的型号为ADL5611ARKZ,用于放大天线后端,经过带通滤波器后的射频信号;
所述第三带通滤波器、第六带通滤波器具体为射频滤波器,型号为KSD2205-30A,通带范围为2190MHz~2220MHz,用于滤除进入天线的带外信号。
关于本实用新型具体结构需要说明的是,本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的,除实施例中特殊说明的以外,其特定的连接关系可以带来相应的技术效果,并基于不依赖相应软件程序执行的前提下,解决本实用新型提出的技术问题,本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、连接方式除具体说明的以外,均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的已公开专利、已公开的期刊论文、或公知常识等现有技术,无需赘述,使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的,并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种遥测频谱感知管理设备,包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板,所述控制电路板上集成有微控制器(1)以及相应的***电路,所述壳体的正面设置有显示屏(2),所述壳体的侧面设置有人机交互接口(3),所述壳体的背面设置有遥测信号天线(4)和宽带信号天线(5),其特征在于:所述微控制器(1)***的电路结构为:
所述微控制器(1)通过接口电路分别与显示屏(2)、人机交互接口(3)相连;
所述微控制器(1)通过导线与信息交互模块(6)、频谱感知模块(7)双向连接;
所述信息交互模块(6)内部包括:第一捷变收发器(8)、第一带通滤波器(9)、第二带通滤波器(10)、第三带通滤波器(11)、第一射频开关(12)、第二射频开关(13)、第一功放模块(14)、第二功放模块(15)、低通滤波器(16)、第一低噪声放大器(17)、第一混频器(18);
所述微控制器(1)的信号输出端通过导线分别与第一射频开关(12)、第二射频开关(13)的控制端相连;
所述微控制器(1)通过导线与第一捷变收发器(8)双向连接,所述第一捷变收发器(8)的上变频模块通过第一带通滤波器(9)与第一射频开关(12)的控制端相连,所述第一射频开关(12)的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块(14)、低通滤波器(16)后与第二射频开关(13)的第一选择端相连;
所述第二射频开关(13)的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器(11)、第一低噪声放大器(17)、第二功放模块(15)后与第一混频器(18)的输入端相连,所述第一混频器(18)的控制端与第一射频开关(12)的第二选择端相连,所述混频器(18)的输出端串接第二带通滤波器(10)后与第一捷变收发器(8)的下变频模块相连;
所述第二射频开关(13)的控制端通过导线与遥测信号天线(4)相连;
所述频谱感知模块(7)内部包括:第二捷变收发器(21)、第四带通滤波器(22)、第五带通滤波器(23)、第六带通滤波器(24)、第三功放模块(25)、第二低噪声放大器(26)、第二混频器(27);
所述微控制器(1)通过导线与第二捷变收发器(21)双向连接,所述第二捷变收发器(21)的上变频模块通过第四带通滤波器(22)与第二混频器(27)的控制端相连;
所述宽带信号天线(5)通过导线与第六带通滤波器(24)相连,所述第六带通滤波器(24)通过导线依次串接第二低噪声放大器(26)、第三功放模块(25)后与第二混频器(27)的输入端相连,所述第二混频器(27)的输出端串接第五带通滤波器(23)后与第二捷变收发器(21)的下变频模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种遥测频谱感知管理设备,其特征在于:所述微控制器(1)具体为FPGA控制器,型号为Zynq7000;
所述微控制器(1)内部的电路结构为:
所述微控制器(1)内部设置有管理控制模块(31)、频谱分配模块(32)、频谱识别模块(33)、频谱信息存储模块(34)、第一收发配置模块(35)、第一信号处理模块(36)、第二收发配置模块(37)、第二信号处理模块(38);
所述管理控制模块(31)通过总线M与频谱分配模块(32)相连;
所述管理控制模块(31)通过总线N与频谱识别模块(33)相连;
所述频谱分配模块(32)与频谱识别模块(33)通过导线连接;
所述管理控制模块(31)通过总线I与频谱信息存储模块(34)相连;
所述频谱分配模块(32)通过总线H与频谱信息存储模块(34)相连;
所述频谱识别模块(33)通过总线G与频谱信息存储模块(34)相连;
所述管理控制模块(31)通过总线L与第一收发配置模块(35)相连,所述第一收发配置模块(35)通过配置总线与第一捷变收发器(8)相连;
所述频谱识别模块(33)通过总线O与第二收发配置模块(37)相连,所述第二收发配置模块(37)通过配置总线与第二捷变收发器(21)相连。
3.根据权利要求2所述的一种遥测频谱感知管理设备,其特征在于:所述第一带通滤波器(9)、第四带通滤波器(22)具体为射频滤波器,型号为KSD2250S100A;
所述第一功放模块(14)的型号为TQF7M9104;
所述低通滤波器(16)的型号为LFCN-2500+;
所述第一射频开关(12)、第二射频开关(13)的型号为HMC349AMS8G;
所述第一捷变收发器(8)、第二捷变收发器(21)的型号为AD9361;
所述第二带通滤波器(10)、第五带通滤波器(23)具体为中频滤波器,型号为KS432-9A;
所述第一混频器(18)、第二混频器(27)的型号为LT5522;
所述第二功放模块(15)、第三功放模块(25)的型号为ERA-SM;
所述第一低噪声放大器(17)、第二低噪声放大器(26)的型号为ADL5611ARKZ;
所述第三带通滤波器(11)、第六带通滤波器(24)具体为射频滤波器,型号为KSD2205-30A。
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