基于多DSP 互聯(lián)技術(shù)的頻譜監(jiān)測儀研究

隨著微波技術(shù)的廣泛發(fā)展，空間和地面電磁環(huán)境越來越復(fù)雜，無線電頻譜資源作為公共資源的一種，需要頻譜管理部門進行有效的分配和監(jiān)控。特別是在頻帶日益擁擠、自然和人為干擾日益增大的情況下，頻譜監(jiān)測系統(tǒng)有必要進行監(jiān)測，檢測存在的干擾，以便采取措施將影響降至最低，確保頻譜資源得到合理的利用。

電磁頻譜監(jiān)測分析儀是應(yīng)對當前電磁信號頻譜檢測挑戰(zhàn)，兼?zhèn)涓叻直媛屎透咚阉魉俣鹊臋z測設(shè)備。頻率分辨率的提高意味著幅度檢測靈敏度和頻率分辨能力雙提升、因此其高分辨率、高速掃描的特點意味著在電磁信號檢測領(lǐng)域擁有強大的檢測效率。本系統(tǒng)采取了基于FPGA,DDR2 內(nèi)存卡和多DSP 的信號高速存儲及處理，多模式多窗口信號檢測，多域信號分析的技術(shù)路線，是一臺性能很高、功能較為強大的電磁信號檢測分析儀器，有著傳統(tǒng)檢測儀器無法比擬的優(yōu)點和廣泛用途。

1 系統(tǒng)硬件方案

頻譜監(jiān)測分析儀系統(tǒng)組成包括了超外差信號接收，強大的中頻信號采集處理系統(tǒng)，以及內(nèi)嵌計算機系統(tǒng)這三大主要部分。超外差信號接收包括射頻通道、微波驅(qū)動、本振合成，信號經(jīng)過三次變頻，變頻到采樣中頻，中頻采集處理系統(tǒng)基于軟件無線電設(shè)計思想，包括中頻電路、數(shù)字中頻及存儲單元、多DSP并行信號處理。內(nèi)嵌計算機操作系統(tǒng)為Windows XP,是整機軟件的載體，并可配置外接設(shè)備。整機原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 平臺和開發(fā)環(huán)境

本系統(tǒng)擬采用測試儀器行業(yè)主流的Wintel架構(gòu)搭建控制平臺，主控制器采用高性能CoreDuo 雙核處理器，選用Windows XP 作為軟件運行平臺，充分滿足用戶的使用習慣以及數(shù)據(jù)資源共享的需要;整機軟件開發(fā)環(huán)境采用了VS2005 集成開發(fā)環(huán)境，并利用VisualSourceSafe進行團隊化開發(fā)管理。

2.2 數(shù)據(jù)處理模塊設(shè)計

數(shù)據(jù)處理模塊主要是對信號進行采集，然后將數(shù)據(jù)送入計算機。數(shù)據(jù)處理模塊的核心工作就是把所要采集的信號進行量化和采集。該模塊的詳細軟件設(shè)計如圖2所示。

2.3 用戶接口和界面設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計了掃描檢測和多域分析(內(nèi)含調(diào)制識別)兩種主要的測量功能，對于每種測試功能，均可在操作界面固定位置激活參數(shù)測試向?qū)В⑼ㄟ^下拉式菜單、快捷按鈕、傳統(tǒng)菜單和眾多的對話框?qū)崿F(xiàn)和用戶的友好交互，用戶可以定制參數(shù)測試方法后儲存為參數(shù)測試解決方案，后續(xù)使用時可以直接調(diào)用該解決方案，實現(xiàn)一鍵化測試、測試參數(shù)報表方式靈活可選，以便更加貼近不同需求。

2.4 控制和數(shù)據(jù)傳輸接口設(shè)計

在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集與傳送速率高達幾十兆字節(jié)/秒，要求整機具備USB、LAN、GPIB、并口、串口等各種通信協(xié)議，支持1 024×768的TFT顯示及LVDS接口，支持可配置的打印方案，支持海量/移動存儲設(shè)備，需要實現(xiàn)對數(shù)字中頻模塊、模擬電路模塊、專用外設(shè)以及通用外設(shè)的控制，這其中有高速處理器件，海量存儲器件，部分功能I/O中使用慢速或者串行器件，如果采用單一制式的總線進行接口設(shè)計顯然是不合理的，這里采用的是PCI、USB、自定義儀器控制總線相結(jié)合的復(fù)合總線形式。

3 系統(tǒng)主要技術(shù)的實現(xiàn)

3.1 高速數(shù)據(jù)采集PCB設(shè)計技術(shù)

一個理論上完善的系統(tǒng)設(shè)計，在實現(xiàn)時很難達到理論設(shè)計的要求，這是因為實際存在的各種干擾都對電路有影響，而且還要處理好地線排布、電源去耦、信號傳輸線的反射等實際問題。下面是針對這些問題本項目采用的一些設(shè)計技巧：避免走線的直拐角，盡可能地用45°走線或弧線;盡可能少用過孔，因為每一個過孔都是一個阻抗不連續(xù)點;盡量加寬電源、地線寬度，最好是地線比電源線寬，它們的關(guān)系是：地線。>電源線>信號線;信號間的串擾對相鄰平行走線的長度和走線間距極其敏感，因此相鄰走線層的信號線的總體走線方向一般要互相垂直，在同一走線層上盡量使高速信號線與其他平行信號線間距拉大，平行長度縮小;在優(yōu)化布局的基礎(chǔ)上，盡量縮短高速信號的長度，控制信號組延遲的一致性是布線時的重要任務(wù);不用樁線，因為任何樁線都是噪聲源，如果樁線短，可在傳輸線的末端端接就可以了，如果樁線長，會以主傳輸線為源，長生很大的反射，使問題復(fù)雜化。

3.2 多DSP互聯(lián)技術(shù)

為了提高信號處理速度，采用多DSP處理器，采用的DSP型號為AD公司的ADSP-TS20IS.本系統(tǒng)采用3個高性能DSP高速處理，其中2個為信號處理DSP,1個為管理DSP.作為2個信號處理DSP,分時接收前端A/D的采樣數(shù)據(jù)，然后進行數(shù)字并行濾波器組處理提取信號的頻率信息、功率信息、帶寬信息，2個DSP的處理結(jié)果送給管理DSP.管理DSP 是數(shù)據(jù)處理層和數(shù)據(jù)管理層之間的紐帶，負責協(xié)同多DSP處理系統(tǒng)的工作，本系統(tǒng)采用的多DSP連接框圖如圖3所示。