某遙碼通信系統音頻通信設備的國產化研究

摘要：針對某型引進裝備中遙碼通信系統音頻通信設備的故障率高、備件消耗量大、對外采購困難等問題，采用逆向工程方法，在缺少設計資料的情況下.通過系統反設計，分析不同工作狀態下的激勵響應信息，反推解算出被測仿對象的設計輸入，實現了該音頻通信設備的國產化，能夠滿足引進裝備的正常使用要求。

關鍵詞：音頻通信設備;遙碼通信系統;逆向工程方法;國產化

0 引言

某遙碼通信系統由引進指揮自動化系統作戰指揮車設備艙中的主站以及火力單元制導雷達指控艙中的從站兩部分組成，作戰指揮車同時與6部制導雷達進行信息交換。音頻通信是遙碼通信系統的重要通信方式，音頻通信設備通過四線專用音頻通道，實現遙碼通信系統主從站之間數字信息的雙向交換。隨著裝備服役期的增加，音頻通信設備的故障率不斷上升，備件消耗量逐漸加大，已嚴重影響引進武器系統協同作戰能力的充分發揮。

由于武器裝備生產國微電子技術水平不高，一些電子設備不得不采用模擬電路甚至使用分立元件，配合小規模數字集成電路來實現很多復雜的功能，導致系統集成度低，備件故障隔離、定位困難，修復率低。加之備件對外采購困難，供貨周期長，甚至部分常耗易損備件已經停產，無處可買。為保證引進裝備的正常使用要求，充分發揮其作戰效能，必須開展備件的國產化研究[1]。本文基于逆向工程方法，在剖析音頻通信設備組成和工作原理的基礎上，實現其國產化。

1 原音頻通信設備的組成及工作原理

在“發送”狀態，來自遙碼通信系統信息轉換設備的音頻發送信息碼進入音頻通信適配器的匹配和信息轉換器，先對地址進行判讀，形成93位的同步碼，對發送信息進行（38，25）的循環編碼，信息速率由19200bps降低到2400bps，并將信號分配到6個調制/解調器。調制/解調器對匹配和信息轉換器來的信號進行電平變換、雙重相對相位調制（四相移相鍵控）、限制信號的頻譜/傾斜校正以及信號放大后，將發送信號輸送給緩沖寄存器，然后經音頻通信線路發送出去。

在“接收”狀態，經音頻通信線路傳送來的音頻接收信息進入緩沖寄存器，然后輸送給調制/解調器，先由放大器對接收信號進行放大，然后進行相位校正、相位檢波和相位解調，經接收信息控制裝置送往匹配和信息轉換器。匹配和信息轉換器在接收音頻信息時，先對音頻信息同步碼的前3 1位進行檢查，若不超過5個錯誤，再對同步碼的后63位進行檢查。若同步碼錯誤總數不超過15個，匹配和信息轉換器的解碼裝置對音頻通信字信息進行解碼，發現傳輸信息錯誤、消除信息冗余，并將信息速率由2400bps提高到l9200bpS[2]。經匹配和信息轉換器處理得到的音頻接收信息傳送給遙碼通信系統信息轉換設備。

原音頻通信設備由匹配和信息轉換器、發送控制裝置、接收控制裝置、相位調制/相位解調電路、放大器和緩沖寄存器等組成，功能框圖見圖1。

2 國產化音頻通信設備硬件設計

2.1 國產化音頻通信設備硬件組成

國產化音頻通信設備由接口處理模塊、工作狀態控制模塊、檢查模塊、調制/解調模塊以及通道處理模塊等組成，設備組成結構框圖見圖2。

1）接口處理模塊

用于對數據接口出入信號進行相應處理，同時保護音頻通信設備及數字信息處理設備。

2）工作狀態控制模塊

根據輸入的控制信號設置設備的工作狀態，并對輸入的控制信號做出響應，完成對系統狀態的時序控制。

3）檢查模塊

根據工作狀態控制模塊發出的控制信號進行各種檢查，包括自檢和環路檢查。

4）調制懈調模塊

主要完成信號的四相移相鍵控（QPSK）調制和解調。發送碼和接收碼速率為2400bps，載波頻率為1.8kHz。

5）通道處理模塊

發送通道對調制/解調模塊輸出的調相信號進行D/A變換、信號放大、低通濾波等操作，將發送信號的頻譜限制在0～3.4kHz范圍內，經過發送變壓器信號變為差分信號，將信號送至音頻線路。輸出電平最大不超過OdBm。

接收通道對發送的信號進行信號放大、低通濾波、自動增益控制、A/D變換等操作，然后將信號送入解調器。接收通道的接收電平值不小于26dBm。

此外，在環回控制信號作用下，發送信號經過開關環回至接收通道。通過信號環回可以檢查音頻通信設備發送接收通道的完好性。

2.2 國產化音頻通信設備設計中解決的主要問題

保持編（解）碼方式、調制/解調方式一致，是實現國產化音頻通信設備與原設備兼容互換的前提和必要條件。

1）破解編碼方式

引進裝備隨機資料顯示，原音頻通信設備采用循環編碼的通信方式，但沒有闡述詳細內容。項目研發過程中，通過反設計，在錄取裝備不同工作狀態下數據信息的基礎上，查找數據流向，確定編碼器的輸入、輸出，經過數據分析和理論計算，獲取了系統的編（解）碼方案。經過樣機的對接試驗，驗證了編碼方案的正確性。音頻通信方式進行（38，25）系統循環編碼，生成多項式g（x）=x13+x12+xll+x1O+x9+x8+x6+x3+x+l。利用這種編碼方式，能夠檢測不大于5個的錯誤;當檢測到錯誤時，輸出錯誤指示信號。

2）掌握調制、解調方式

原音頻通信設備使用QPSK調制方式，國產化設備在調制方式上要與原設備保持一致。通過大量測試，分析原設備構成原理、設計細節，并通過樣機進行接收解調、驗證。QPSK采用相干解調，需要快速恢復時鐘，這就對載波的提取提出了更高要求，國產化設備在設計時充分利用原幀結構中的訓練序列，有效地解決了這一問題。QPSK調制和解調框圖見圖3、圖4。

發送數據時，調制器將從信息轉換設備傳來的串行數據，經過串并轉換，輸出兩路并行數據（I路和Q路），為了避免絕對QPSK調制方式帶來的相位模糊問題，系統中對I、Q兩條支路經差分編碼單元將絕對碼變換成相對碼，以形成相對移相QPSK調制方式。差分編碼后的兩路信號，分別與來自數控振蕩器輸出的兩路正交載波相乘。兩路信號經過調制后再合并相加，就得到四相移相鍵控信號，經D/A轉換后送入發送通道進行濾波和放大處理。

接收數據時，接收通道處理后的模擬調制信號經A/D轉換成數字信號進入解調器，解調器從接收的信號中恢復出兩路未判決的原始信號，然后根據恢復的數據時鐘，經過數字自動增益控制、自適應判決反饋均衡器、差分解碼、并串轉換后，完成整個解調過程。恢復出來的解調數據即為接收碼，它將與恢復出來的接收時鐘一同送到信息轉換設備。接收時鐘的下降沿應處于接收碼元的正中央[3]。

3 性能測試

在實驗室環境下，對一組國產化音頻通信設備進行了性能測試：調制、編碼方式，調制速率，載波頻率，發送功率，接收靈敏度等主要性能均達到設計指標要求。國產化音頻通信設備性能指標測試結果見表1。

4 結束語

設備級備件的研制成功，對如何在缺少技術資料的情況下，通過系統反設計和不同工作狀態下的激勵響應信息反推解算出被測仿對象的設計輸入，進行了有益的嘗試[4]。國產化音頻通信設備通過環境鑒定試驗、可靠性考核試驗和實裝對接試用，驗證了產品的環境適應性、可靠性以及與武器系統的協調、匹配性。而且，國產化設備使用維護簡單、方便，可靠性高，能夠滿足引進裝備的正常使用要求。

參考文獻

[1]姜廣順，楊召甫.引進裝備水平檢測儀的國產化研究[J].航空維修與工程，2016，302（8）：54-56.

[2]謝鵬，鄭全第，賀正洪.某型指揮自動化系統系列資料通信設備原理[Z].

[3]姜廣順，金芮，曹佩武，等.遙碼通信系統的反設計和國產化研究[J].兵工自動化，2016，35（10）：1-3.

[4]姜廣順，趙豐，王韋.搜索接收機多通道信號處理組合的國產化研究[J].航空維修與工程，2017，316（10）：50-52.