為SIGINT接收機(jī)設(shè)計測試信號

信號智能或SIGINT在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要作用。SIGINT是一個通用的術(shù)語，它包括無線電頻段系統(tǒng)(通信智能或COMINT)、雷達(dá)頻段系統(tǒng)(電子智能或ELINT)及測量和簽名智能系統(tǒng)(MASINT)。COMINT處理從攔截的外來通信中導(dǎo)出的技術(shù)信息和智能。這意味著為COMINT作業(yè)指配的SIGINT接收機(jī)必須收集與無線電頻段中所有傳輸有關(guān)的信息。接收機(jī)的具體任務(wù)包括能夠檢測、分析收到的傳輸、估計調(diào)制頻率和類型、提取智能(信息)、定位來源。接收機(jī)必須覆蓋寬電磁(EM)頻譜，以檢測可能的輻射。這些輻射可以源自獨立的來源，其傳輸類型可能是突發(fā)型、跳頻型或連續(xù)型。

接收機(jī)測試

SIGINT接收機(jī)擁有多個接收和處理射頻(RF)的功能單元：從低頻(LF,30 kHz~300 kHz)到超高頻(EHF,30 GHz~300 GHz)，由平臺天線/天線陣列接收這些射頻。獨立來源發(fā)出的RF信號可能采用各式各樣的調(diào)制方案和傳輸模式。這些RF天線/天線陣列類型可以是萬向、雙向、機(jī)械操縱或電氣操縱。除常見的前端功能外，其它功能單元包括RF分發(fā)、低頻和高頻調(diào)諧裝置、接收機(jī)、IF分發(fā)IF數(shù)字化儀和子頻段調(diào)諧裝置、數(shù)字化儀和下變頻器。后面是基帶信號處理，用來檢測和識別調(diào)制方案，估計信號到達(dá)的方向。

設(shè)計人員的挑戰(zhàn)是在SIGINT接收機(jī)設(shè)計和測試過程中仿真所有類型的上述場景，要求：

● 多通道寬帶信號發(fā)生器;

● 各種模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制方案;

● 創(chuàng)建頻譜干凈的跳頻信號;

● 能夠控制信號參數(shù)，如功率電平、載頻、符號速率等;

● 能夠復(fù)現(xiàn)細(xì)微的損傷(或簽名)，可以識別特定無線電屬性。

表1描述了測試SIGINT接收機(jī)的典型場景。這些場景涵蓋了接收機(jī)預(yù)計準(zhǔn)確識別的廣泛的頻率、功率電平和傳輸類型?？梢允褂酶鞣N信號發(fā)生器和其它設(shè)備實現(xiàn)，也可以使用軟件及任意波形發(fā)生器(AWG)實現(xiàn)，后者實現(xiàn)起來更簡單，并支持更高的可重復(fù)性。

使用AWG和直接合成技術(shù)

AWG提供了強(qiáng)大的信號源、更高的采樣率、帶寬和信號保真度及改進(jìn)的易用性。最新的AWG，如泰克AWG7000系列，一般都會超過當(dāng)前的測試設(shè)備功能，可以生成許多無線應(yīng)用(如SIGINT、雷達(dá)、UWB等)中日益常見的寬帶、快速變化的信號。

對這一應(yīng)用，AWG通過使用數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)直接生成RF信號，提供了高效的SIGINT測試和測量工具，它支持高達(dá)5 GHz的載波中心頻率及高達(dá)5.8 GHz的信號帶寬。直接生成IF或RF信號避免了與使用I/Q調(diào)制器的傳統(tǒng)生成方式有關(guān)的I/Q劣化和長時間調(diào)節(jié)。圖1是簡化的方框圖。

直接合成

直接合成一詞描述了生成波形的手段，可以作為各種測試和測量應(yīng)用的激勵信號使用。直接合成是一種基于采樣的技術(shù)。示波器從模擬波形中采集樣點，而直接合成信號源(AWG)則通過DAC從樣點中創(chuàng)建模擬波形。AWG存儲器中的樣點基本上可以定義任意波形，包括SIGINT波形。當(dāng)然，正常的物理學(xué)和帶寬限制仍然適用，但位于規(guī)定范圍內(nèi)。

由于簡單易用的軟件界面，用戶可以使用直接合成技術(shù)，創(chuàng)建各種場景(如泰克RFXpress)，然后傳送到AWG，復(fù)現(xiàn)這些信號。由于場景在軟件中創(chuàng)建，包括損傷，因此用戶可以全面控制生成的方案并可以調(diào)節(jié)參數(shù)，滿足全面測試SIGINT接收機(jī)的需求。

創(chuàng)建SIGINT信號

本文將以RFXpress為例，介紹怎樣使用直接合成技術(shù)生成表1中列出的多信號場景。RFXpress是一個軟件包，用來合成數(shù)字調(diào)制的基帶信號、IF信號和RF信號。它旨在把IF和RF信號功能提升到新的水平，并全面利用AWG的寬帶信號生成技術(shù)。該軟件支持廣泛的調(diào)制及符號映射功能，允許設(shè)計人員自定義調(diào)制。此外，可以使用所需場景仿真?zhèn)鬏斣O(shè)備干擾、線性行為和非線性行為及信道效應(yīng)產(chǎn)生的實際環(huán)境損傷，測試接收機(jī)性能余量。

為創(chuàng)建表1中的信號，可以為每個傳輸選擇各種參數(shù)。必須選擇波形長度和過采樣參數(shù)，以生成跳頻和突發(fā)傳輸，RFXpress “打包”功能保證這些波形擁有最小的頻譜再生或瞬態(tài)輻射(源自波形序列加入點上的相位跳動)。下面簡單介紹設(shè)置RFXpress工具生成所需傳輸?shù)牟襟E。

多載波連續(xù)信號

為創(chuàng)建表1中的場景，我們先識別跳頻信號的符號時間周期。選擇一個多載波連續(xù)信號及由跳頻信號的符號周期定義的最小波形長度。

選擇多載波選項

選擇128×3 = 384個符號作為匯編設(shè)置中的波形長度。把符號速率與選定的三個跳頻時間周期匹配起來。選擇過采樣率為6?？梢园哑渌O(shè)置(如打包)設(shè)為默認(rèn)值。

根據(jù)表1為載波1、2、3、4分配頻率、調(diào)制方案、接收功率、符號速率、濾波器和窗口函數(shù)。

增加突發(fā)信號。對處于突發(fā)模式的載波5，設(shè)置參數(shù)(根據(jù)表1)，從菜單中選擇功率升量。對32個符號的時間周期，把功率設(shè)置成0 dB，然后對其余符號，把功率選擇為低值(-60 dB)。

* 增加跳頻信號

1. 對擁有三個跳頻及BPSK調(diào)制的傳輸6，選擇第一個跳頻648 MHz，然后為這個信號選擇參數(shù)。對直到功率上升的前128個符號，設(shè)置為0dB;對其余符號，設(shè)置為-60dB。這可以對前128個符號啟用頻率1 (648MHz)，然后選擇下一個跳頻，對第129個~256個符號，把功率設(shè)置為0dB，對其余符號設(shè)置為-60dB。這將從第129個~256個符號啟用頻率 (673MHz)。類似的，對第三個頻率執(zhí)行設(shè)置(623MHz)。

2. 通過選擇功率升量一欄，可以增加功率升量。上升時間可以選擇10ns。功率升量與上面的符號幅度相結(jié)合，可以創(chuàng)建用戶自定義的跳頻無線電控制功能。

3. 匯編和生成波形。圖2顯示了組合波形的頻譜。

各個步驟結(jié)束，通過AWG已經(jīng)生成波形。這突出說明了軟件怎樣幫助設(shè)計人員驗證SIGINT接收機(jī)的功能，識別其在實地可能遇到的各種傳輸。