一體化UHF/VHF/HF頻段數據鏈測試儀的硬件設計

張丙飛 張剛

摘要：針對一體化UHF/VHF/HF頻段一線數據鏈測試儀的硬件設計及工程實現進行了研究，在梳理一線數據鏈測試儀使用需求的基礎上，立足現有成熟技術，采用模塊化和組合化的設計方法，通過合理劃分和共用模塊，克服了由于短波和超短波的頻率特性差異造成的硬件共用程度相對較低等問題，既滿足了小型化和便攜式的要求，又提高了設備的維護性、降低了研制風險。為降低數據鏈系統測試時對人員數量的要求，提高易用性，采用了無線遙控測試功能，經工程實踐證明，可滿足實際使用需要。

關鍵詞：短波；超短波；數據鏈；測試儀；遙控

中圖分類號：TN98文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2019）23-62-3

0引言

數據鏈從誕生至今，發展迅猛，目前已經成為現代軍事的核心技術之一。各國均在努力發展數據鏈技術，典型的數據鏈有Link4，Link11，Link16等[1-2]。由于通信本身的固有特性，超短波通信穩定，但不能進行超視距通信，短波雖然具有超視距的通信功能，但是易受環境影響，通信不穩定、效果不佳。為保證不同環境下的通信需要，一般采用了超短波和短波2種通信體制來實現，兼顧了視距和超視距通信，Link11數據鏈就是典型代表[3]。

本文主要針對上述情況的一線測試儀的硬件設計開展研究工作。一線測試設備以功能檢測為主要目的，一般外場使用，每次任務前均需開展，使用頻次較高，對設備的便攜性要求較高。張茜開展了超短波數據鏈測試儀的設計工作[4]，未對綜合短波和超短波數據鏈檢測功能及滿足一線使用具有便攜性要求的數據鏈測試儀進行研究。謝家鼎和錢柄利開展了基于軟件無線電的數據鏈技術的研究工作[5-6]。向國菊提出了采用軟件無線電的設計方法設計便攜式數據鏈測試儀[7]，但是不能利用現有的成熟技術，工程實施時需要的工作量較大，技術風險不可控。

綜上所述，能夠利用現有成熟技術，設計一種綜合短波和超短波數據鏈檢測功能的一線數據鏈檢測儀，具有實際應用價值。本文采用模塊化和組合化的設計方法，通過合理劃分和共用模塊，克服了由于短波和超短波的頻率特性差異造成的硬件共用程度相對較低等問題，具有小型化和便攜式的特點。方案中還增加了無線遙控測試功能，降低了數據鏈系統測試對人員數量的要求，提高了易用性。

1工作方式與系統原理

1.1工作方式

在進行數據鏈系統測試時，受檢數據鏈系統與數據鏈測試儀一般位于2個不同的物理位置，同時操控十分不便。因此，本系統在數據鏈測試儀中增加了遙控終端，由遙控終端遙控數據鏈測試儀主機。使用時，檢測人員使用遙控終端在位于受檢數據鏈系統一側，通過操作受檢數據鏈系統和使用遙控終端操作數據鏈測試儀主機完成數據鏈測試工作。

數據鏈測試儀主機、遙控終端和受檢數據鏈系統之間的信息關系如圖1所示。數據鏈測試儀主機與受檢的數據鏈系統按照現有的數據鏈模式進行通信，支持各種通信方式的聯通及測試。數據鏈測試儀主機與數據鏈測試儀遙控終端通過獨立的射頻線路聯通，實現測試參數的設置、測試命令的下發和測試結果的回傳。

1.2系統原理

數據鏈測試儀主機由主機和遙控終端組成。數據鏈測試儀主機由數據鏈模塊、超短波通信模塊、短波通信模塊、檢測顯控模塊、終端通信及接口轉換模塊、功放單元和電源模塊等組成，原理框圖如圖2所示。

電源模塊為系統提供所需的各種電源；數據鏈模塊、超短波通信模塊和短波通信模塊構成核心數據鏈系統，與受檢的數據鏈系統采用相同的技術體制；功放模塊使用波段開關控制技術，實現超短波通信模塊和短波通信模塊分時共用。

2設計與實現

2.1模塊設計

在實物上數據鏈測試儀分為主機和遙控終端2部分，主機由數據鏈模塊、超短波通信模塊、短波通信模塊、檢測顯控模塊、終端通信及接口轉換模塊、功放單元和電源模塊組成端組成。各個功能模塊由相應的板卡組合實現功能，具體由圖3所示。

2.1.1檢測顯控模塊

檢測顯控模塊用于實現檢測流程的實施控制及結果顯示，內置檢測處理軟件主要由CPU板、鍵盤板和顯示器等部分組成，與短波通信模塊、超短波通信模塊、數據鏈模塊和終端通信模塊交聯，完成控制及信息的傳遞。檢測顯控模塊的實物形式為1個顯控蓋板，通過自定位連接插座與上述機箱內其他模塊交聯，便于安裝和拆卸。

2.1.2數據鏈模塊

數據鏈模塊實現數據鏈核心功能，與受檢數據鏈系統的技術體制一致，由1個板卡組成。

2.1.3超短波通信模塊

超短波通信模塊實現超短波信道小信號級的處理功能，由主控板、調制解調板、發信道板、收信道板和超短波頻合板5個板卡組成，原理框圖如圖4所示。

2.1.4短波通信模塊

短波通信模塊實現短波信道小信號級的處理功能，采用接收與發射部分電路共用的方案，由收發信道板和短波頻合板組成，主要完成短波信道的收發，其原理框圖如圖5所示。

2.1.5終端通信及接口轉換模塊

終端通信及接口轉換模塊完成各模塊之間信號轉接、交聯及遙控終端通信信道的處理，由1個板卡組成。

2.1.6功放模塊

功放模塊設計為寬帶功放，超短波和短波共用，分時切換工作。功放模塊主要由放大調幅模塊、功率放大模塊、收發開關、波段開關、濾波器及匹配電路和定向耦合器組成，其原理框圖如圖6所示。

為了與短波天線匹配，在功放模塊的短波LC濾波器后端增加天線阻抗匹配電路，以達到在該波段內與天線的匹配，實現短波天線調諧功能，減小了整機體積。

2.1.7電源模塊

電源模塊將輸入的單一供電電源轉換為各個模塊所需電源。

2.1.8遙控終端

遙控終端采用手持式方式設計，通過優化結構，使整機小型化；采用內置鋰電池組供電，提高便攜性；采用OLED顯示屏，提高低溫及高亮環境的適應性。遙控終端主要由CPU核心模塊、顯控模塊、無線收發模塊、電源模塊、內置鋰電池組和電源適配器組成。

2.2結構設計

數據鏈測試儀主機采用箱式結構，前面和左右兩側面各裝一個把手，左側板上部兩側分別安裝有超短波和終端通信天線插座；右側板右上部安裝短波天線插座；后部安裝交、直流電源插座。

內部采用模塊化接口設計，底部安裝母板，各模塊直接插在母板上，并采用楔條鎖緊裝置，能夠快速拆卸，底部母板提供各個板卡的供電及板卡間線路的交聯。外形及內部結構示意圖如圖7所示。

3結束語

采用模塊化和組合化的方法設計，通過共用電源模塊和功放模塊，有效降低了整機的尺寸和重量。通過合理的模塊劃分，采用快卸模塊安裝和母板連接的實現方式，使系統布局緊湊，提高了空間利用率，縮小了尺寸，同時提高了系統的維修性。通過增加遙控功能，降低檢測時對人員的需求，提高了效率。工程實現的數據鏈測試儀具有小型化、便攜式和易用性等特點，可滿足實際使用需要。相較于傳統以簡單方式綜合短波設備、超短波設備、數據鏈設備和檢測顯控設備的實現方法和采用軟件無線電的實現方法，本文設計的一線測試儀，兼具了技術成熟和便攜性的優點，可用于工程實現。

參考文獻

[1]余曉剛，王華，龔誠.美軍主要戰術數據鏈介紹[J] .航空電子技術，2002（3）：25-28.

[2]孫義明，楊麗萍.信息化戰爭中的戰術數據鏈[M].北京：北京郵電大學出版社，2005.

[3]韓劍，張杰.Link11數據鏈特點及干擾方法[J].電子信息對抗技術，2014，29（2）：39-43.

[4]張茜.超短波數據鏈測試儀設計[D].成都：電子科技大學， 2013.

[5]謝家鼎.基于軟件無線電的數據鏈關鍵技術研究[D].西安：西安電子科技大學，2013.

[6]錢柄利.基于軟件無線電的數據鏈信號檢測技術研究[D].沈陽：沈陽理工大學，2016.

[7]向國菊.便攜式數據鏈測試系統的設計[J].中國新通信， 2018，20（1）：69-71.