IZT复杂电磁环境记录回放和模拟系统

Posted 2020-11-08 corad

结合实验室复杂电磁环境特性与模拟研究需求，实现对复杂多变的电磁环境录制、分析、重构和模拟，记录回放系统应具备如下几项能力：

1、电磁环境信号记录能力：能够实现对9KHz-18GHz频带范围内射频信号的采集记录；

2、信号监测分析能力：能够实现频谱全景监测扫描，生成频谱图、瀑布图，能够对采集的信号进行实时统计分析、整理、提取信号特征，生成统计列表等；

3、信号提取与重构能力：能够对采集存储的信号进行部分提取、幅度频率参数改变、以及序列化等自定义编辑与重组；

4、信号存储能力：能够对采集的信号及重构的信号进行网络传输和存储；

5、电磁环境生成模拟能力：能够在9KHz-18GHz频带范围内，对采集存储信号进行回放，或自主生成信号。并按需叠加特定的电磁环境参数并对信号进行上变频，放大和射频信号发射，从而模拟逼真的电磁环境。

1系统结构

1.1系统组成及功能

9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统主要由信号记录与分析子系统、信号重组与存储子系统、信号重放与环境模拟生成子系统三部分组成，如图１所示。

 

图１9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统组成示意图

- 信号记录与分析子系统主要完成对真实环境中电磁射频信号的分集式采集录取、信号标识记录、信号特征提取、频谱监测、本地存储、网络传输等功能，是整个系统的数据基础来源，同时还可对系统模拟生成的信号进行监测；

- 信号重构与存储子系统是9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统的关键，它负责按照电磁环境生成要求对采集信号进行分类、离线分析，提取和重组，如进行子带抽取、载波频率和功率的编辑，并完成对采集数据和重构数据的存储和网络传输；

- 信号重放与环境模拟生成子系统主要完成复杂电磁环境的模拟生成，它利用内部强大的数字信号处理模块对已重构信号或仿真信号进行各种时变的电磁环境模拟，并通过上变频和放大器模块完成射频信号发射，从而构建逼真的复杂电磁环境。

1.1.1信号记录与分析子系统

信号记录与分析子系统是9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统的信号采集输入与分析平台，主要由射频单元、信号处理单元、分析与监测单元、信号存储单元等组成。

系统射频单元经接收真实电磁环境信号，同时支持短波频段的信号直接A/D模数转换。内置GPS单元提供位置和时间信息，并且该信息被自动打包至对应的I/Q, FFT和频谱数据包内。在对模拟下变频后的信号进行A/D采样后，信号被送往数字信号处理单元进行信号处理，这里信号处理主要完成信号的I/Q抽样，数字下变频，FFT转换，PSD检波数据处理，并通过实时显示单元对信号进行时频域监测。同时配合系统内置的调制/编码分析软件，可以在线或者离线的对信号进行常规特征检测与细微特征提取、信号调制样式识别、信号监测、时域频域统计分析等。采集记录的数据存储在系统的高速RAID硬盘阵列，并且支持通过1Gbit/10Gbit高速局域网进行传输所有的采集记录数据。该子系统可为研究方向一中复杂电磁环境特性分析的研究提供真实准确的数据支撑。

主要功能包括：

●频谱显示监测和瀑布图显示

●持续时间无线信号采集记录，包含经纬度和时间信息

●信号检测和识别

●信号特征提取

●信号时/频域分析及显示

●信号特征测量与跟踪

●解调、解码

●在线和离线数据分析和处理

●数据本地存储

 

1.1.2信号重构与存储子系统

信号重构与存储系统是9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统的信号再生处理与数据存储平台，主要由存储单元、信号分类与提取处理单元、信号重组处理单元和相关控制单元组成。

信号重构与存储子系统首先对信号记录与分析子系统传输来的数据进行存储，并以采集的真实环境信号数据为基础，进行分类，依据通信信号、人为干扰信号、背景噪声和干扰信号特性的不同，分别对接收信号按照频带进行子带信号提取、依据辐射源的不同进行信号提取等，然后提取的信号被送入信号重构处理，重构处理操作主要包括载波频率和功率的编辑，以及序列化等自定义编辑。主要功能包括：

●采集数据及重构数据存储

●全自动数字信号处理

●信号分类与提取

●信号的离线编辑和重构

 

1.1.3信号重放与环境模拟生成子系统

信号重放与环境模拟生成系统是9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统的射频信号生成与环境模拟系统，它主要由信号处理和射频单元组成，如图2所示。

图2信号重放与环境模拟生成系统组成示意图

信号重放与环境模拟生成系统是9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统的核心处理系统，以保证其平台模拟的复杂电磁环境的逼真性和有效性。系统读取数据库中存储的真实数据和重构数据，经过缓存、控制等处理，按需对数据进行信号劣化模拟、多路I/Q信号重组、跳频信号模拟，多载波信号和输出射频端口间的相位关系设定等时变参数加载，再经由射频单元进行上变频，信号放大，最后通过射频端口馈出。

主要功能包括：

●120MHz-240MHz瞬时带宽内多通道时变载波生成

●任意载波功率、频率、时延外貌时变模拟

●信道衰落模拟

●跳频网络模拟

●发射机端相位噪声模拟

●发射机端非线性特性模拟

●固定时延的多路径信号模拟

●在线定义或者预定义电磁环境场景模式

●信号重放

 

5.2信息关系

9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统主要信息交互关系如图5所示。

信号记录与分析子系统向信号重构与存储子系统提供环境采集记录数据，并可接收电磁环境真实信号及信号重放与环境模拟生成子系统的模拟生成信号；信号重构与存储子系统向信号重放与环境模拟生成子系统提供记录数据和重构数据，并发送控制指令。

 

9KHz-18GHz电磁环境RF信号记录回放系统由信号记录设备经接收天线接收真实环境信号和平台回放、模拟生成信号，完成信号的采集和本地存储，并由信号处理模块进行信号分析与监测；采集的数据通过高速局域网或HDD传送至数据流服务器进行存储，并通过信号处理软件完成信号的提取、重构，同时实现对信号回放及模拟生成设备的远程控制；I/Q信号与控制信号经高速局域网传送至信号回放及模拟生成设备，由信号处理模块完成信号的回放、模拟、离线编辑及生成，并经发射天线发射出去。系统也可完成对模拟生成信号的监测。