基于多DSP互聯技術的頻譜監(jiān)測儀研究

　　0 引言

　　隨著微波技術的廣泛發(fā)展，空間和地面電磁環(huán)境越來越復雜，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域擁有強大的檢測效率。本系統(tǒng)采取了基于FPGA,DDR2 內存卡和多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、微波驅動、本振合成，信號經過三次變頻，變頻到采樣中頻，中頻采集處理系統(tǒng)基于軟件無線電設計思想，包括中頻電路、數字中頻及存儲單元、多DSP并行信號處理。內嵌計算機操作系統(tǒng)為Windows XP,是整機軟件的載體，并可配置外接設備。整機原理框圖如圖1所示。

　　2 系統(tǒng)軟件設計

　　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據資源共享的需要；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 數據處理模塊設計

　　數據處理模塊主要是對信號進行采集，然后將數據送入計算機。數據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計如圖2所示。

　　2.3 用戶接口和界面設計

　　本系統(tǒng)設計了掃描檢測和多域分析（內含調制識別）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測試向導，并通過下拉式菜單、快捷按鈕、傳統(tǒng)菜單和眾多的對話框實現和用戶的友好交互，用戶可以定制參數測試方法后儲存為參數測試解決方案，后續(xù)使用時可以直接調用該解決方案，實現一鍵化測試、測試參數報表方式靈活可選，以便更加貼近不同需求。

　　2.4 控制和數據傳輸接口設計

　　在本系統(tǒng)中，數據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/移動存儲設備，需要實現對數字中頻模塊、模擬電路模塊、專用外設以及通用外設的控制，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合的復合總線形式。

3 系統(tǒng)主要技術的實現

　　3.1 高速數據采集PCB設計技術

　　一個理論上完善的系統(tǒng)設計，在實現時很難達到理論設計的要求，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；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，使問題復雜化。