多功能手持式通信信号分析仪

1.本发明属于便携式手持信号分析装备研制领域，具体是一种多功能手持式通信信号分析仪。


背景技术：

2.手持式信号分析仪用于对外场一次雷达天线辐射出的通信信号进行接收、分析、处理和显示，方便监测雷达的活动情况和截获目标情况。
3.目前，泛在的通信信号接收、显示、分析处理多以分布式的方式开展，缺乏一体化操作技术手段，并且大部分便携式信号分析器件功能单一，缺乏多功能整合的能力。
4.现有的多功能信号分析仪以固定式、车载式为主，存在体积和重量大的缺点(比如cn216290926u，一种手持式无线信号搜索设备)，并且受到空间、载体、供能等方面的限制，不利于便携式移动场景的应用，影响的信号分析的任务实施。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种多功能手持式通信信号分析仪。本发明的技术方案如下：
6.一种多功能手持式通信信号分析仪，其包括：信号处理单元、信道单元、显示单元、时统定位模块、wifi解析模块、电源单元和电池，其中，所述信号处理单元分别与信道单元、显示单元、时统定位模块、wifi解析模块、电源单元相连接，所述信道单元与wifi解析模块相连接，时统定位模块与定位天线相连接，信道单元与接收天线相连接，所述信道单元用于完成三个通道的滤波，完成带内信号的放大、带外信号的滤波；
7.信号处理单元用于接收信道单元输出的信号并信号采集，对采集的宽带数据进行宽带搜索；可完成信号的搜索、分析和解调解码功能，可显示搜索结果；
8.wifi解析模块用于完成wifi信号的搜索，当截获的信号去除掉wifi信号后的信号进行窄带的分析和解调、解码，完成雷达的识别；
9.时统定位模块用于完成专用信号分析仪的定位和时统；显示单元用于显示信号搜索结果和解调解码结果；
10.电源单元和电池用于为系统供电。
11.进一步的，所述信道单元由3个信道通道构成，完成800mhz～1000mhz、1100mhz～1500mhz、2600mhz～3100mhz通道的滤波，所述信道单元由3个独立的信道单元构成，由输入保护电路，滤波电路，放大电路和衰减电路组成，完成输入信号的滤波、放大和衰减等功能，同时可实现对过大输入信号的输入保护功能，每一个信道单元内部由多组滤波器构成，可以构成瞬时处理带宽为100mhz的滤波通道，用于后端的信号处理单元数据采集。
12.进一步的，所述信号处理单元的fpga选用内部集成了arm内核的xczu15eg-2ffvg1517，对外具有hdmi显示接口、usb接口。
13.进一步的，所述信号处理单元由一片xilinx公司的xczu15eg作为主处理芯片，外
挂adi的rf芯片adrv9009，使用锁相环为adrv9009提供采集时钟及接口工作时钟，所有的控制接口均从xczu15eg引出，包括1路hdmi，1路usb，一路千兆以太网，lvttl及串口。
14.进一步的，所述信号处理单元的信号处理板主芯片采用xczu15eg和adrv9009，显示采用adv7511引出一组hdmi用于屏幕显示，引出一组usb可以为屏幕提供触摸屏功能(备用)，板上引出串口外挂北斗定位模块，板上具有emmc用于操作系统和数据存储，板上集成了至少4gb的ddr4高速缓存；adrv9009完成射频数据的采集，采集的数据变频、滤波到基带数据后，由fpga完成信号的搜索、分析、识别、解调和解码，宽带频谱、搜索结果、分析识别结果和解码结果传输到fpga内嵌的ram中，arm完成图像的显示，数据的存储、结果显示，以及用户交互见面。
15.进一步的，所述ddr控制器是64bit的，兼容ddr3和ddr4，采用ddr4，使用4片micron公司的mt40a512m16ge，单个芯片位宽为16bit，容量为1gb，4片拼接成64bit，容量为4gb。
16.进一步的，所述显示单元采用宽温屏，支持windows、linux操作系统，android炒作系统，支持win7/win8/win10系统的即插即用，linux系统可软件配置分辨率；显控单元为7寸hdmi模块采用单usb供电，供电电压为5v，电流小于500ma，板卡功耗低。
17.进一步的，所述时统定位模块为具有b码输出的北斗、gps接收功能的定位模块；通过接收北斗和gps的定位信号驯服内部的ocxo高稳恒温晶振，能提供基于utc标志时间及自我完善性监控的、高稳定的一级时钟同步信号，
18.进一步的，所述wifi解析模块为宽温的路由器，通过对路由器的寄存器进行编程，路由器读出目前环境中的wifi信号工作频率、带宽和信号强度等参数，为系统剔除wifi提供支撑。
19.进一步的，所述电池选用通过安全检测的容量不低于150wh的宽温电池，电池主要技术指标为：
20.标称电压：14.8v(工作电压10.0v～16.8v)；标称容量：12ah外型尺寸：≈275*78*20.5mm；交流内阻：≤180mω；电池重量：≈1kg；充电温度：0℃至+50℃；放电温度：-40℃至+50℃；充电截止电压：16.8
±
0.1v；放电截止电压：10.0v；最大持续放电电流：≤7.0a(0～45℃)；最大持续充电电流：≤6.0a；应用领域：便携式仪器仪表。
21.本发明的优点及有益效果如下：
22.本发明研究的多功能手持式通信信号分析仪具备的主要功能包括：
①
雷达信号接收功能，能够接收配套一次雷达的通信广播信号并进行解析、处理；
②
显示功能，可利用自身携带的显示屏完成目标结果的显示；
③
信号处理功能，可完成信号的接收、变频、滤波得到基带数据，可对基带数据进行解调，数据重组，数据转换等功能；
④
数据融合功能，可接收不用雷达的信号，根据目标信息进行数据融合，剔除重复信息；
⑤
自检功能，支持接收通道环路自检等功能；
⑥
供电能力，自带电池供电，可连续使用2～5小时；
⑦
具备北斗定位功能等。其中，本发明将数据融合、自检测以及北斗定位功能嵌入手持式信号分析仪中，丰富了现有便携式信号分析设备的功能属性，扩展了多元数据处理的应用范围，使得信号分析仪具有了信息交互、位置共享、在线处理的功能。
23.本发明提出结构设计要求需采用小型化设计，整机总量轻，体积小，便于单兵携带；具有外置水平极化天线；具备一定的抗摔能力；支持地图标会功能，具备选图、标图、放大、缩小，可显示监测站所测信号示向度、交汇点；具有目标数据库、监测数据库、样本数据
库、不明信号数据库。支持数据导入、导出。监测过程中，可对采集的数据和样本数据进行存储、入库，并对发现的非法信号、合法不明信号进行标注、入库，方便事后用于信号自动对比分析。此外，测向无人机侦察测向设备可根据设定的参数自动设定用户的操作权限，同时通过网络检测用户的使用情况，设置更改用户的使用权限。
附图说明
24.图1是本发明提供优选实施例专用信号分析仪组成框图；
25.图2本发明信道单元原理框图；
26.图3本发明信号处理单元原理框图；
27.图4本发明adrv9009功能框图；
28.图5本发明风扇内部转速控制电路；
29.图6本发明结构示意图；
具体实施方式
30.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
31.本发明解决上述技术问题的技术方案是：
32.(1)技术指标
33.a)侦测频率范围：800mhz～1000mhz(p频段)，1100mhz～1500mhz(l频段)，2600mhz～3100mhz(s频段)；
34.a)接收信号频率：p频段、l频段或s频段(可配置)；
35.b)接收灵敏度：优于-85dbm；
36.c)信号带宽(1db带宽)：不大于3.5mhz；
37.d)信号调制方式：gmsk(可升级qpsk，tcm-4cpm)；
38.e)最小频率间隔：5mhz；
39.f)脉冲宽度：≤60us；
40.g)目标送显能力：不低于100批目标(每10秒)；
41.h)显示屏尺寸：不小于6英寸；
42.i)具备一定抗干扰能力；
43.j)充电电压：12v
±
10％。
44.k)目标分类识别率：≥90％；
45.l)虚警率：≤5％(能过滤wifi信号)；
46.m)系统响应时间：≤2s；
47.n)对外接口：有线网络，无线4g通信模块；
48.o)工作温度：-10℃～+35℃；
49.p)存储温度：-20℃～+45℃；
50.q)防水、防潮ip56；
51.r)湿热：满足gjb2225a-2008中第3.6.3条的规定。能在相对湿度95％
±
3％，温度40℃的恒定湿热环境条件下正常工作；
52.s)平均无故障工作时间(mtbf)：≥100h。
53.t)物理特性
54.外形尺寸：长
×
宽
×
高为(300
±
2mm)
×
(200
±
2mm)
×
(≤50mm)；
55.重量：≤3kg。
56.u)接口
57.便携式手持专用信号分析仪(以下简称：专用信号分析仪)的射频接口(接收天线和gps天线)、网口、调试接口(串口)。
58.(2)设计原则
59.a)贯彻和推行通用化、系列化、组合化设计；
60.b)遵循“适用、可靠、先进、经济”的设计原则；
61.c)贯彻国家标准、国家军用标准、行业标准等现行有效标准；
62.d)遵循高安全性和高可靠性为导向的设计指导思想；
63.e)采用开放性、可扩展性设计，方便技术更新及新功能的增加；
64.f)采用模块化、标准化设计，模块尽量采用高集成度设计；
65.g)软件可靠性与安全性是首要设计准则；
66.h)采用分层次、模块化设计，能够方便进行裁减和升级；
67.i)减小应用软件与底层处理器硬件相关性，通过提供标准的接口规范，分离应用软件与特定硬件相关的代码。
68.信道单元：
69.便携式手持专用信号分析仪主要由信号处理单元、信道单元、显示单元、时统定位模块、wifi解析模块、电源单元和电池构成，组成框图如图1所示。
70.信道单元由3个信道通道构成，完成800mhz～1000mhz、1100mhz～1500mhz、2600mhz～3100mhz通道的滤波，完成带内信号的放大、带外信号的滤波；信道单元输出的信号由信号处理单元完成信号采集，对采集的宽带数据进行宽带搜索，同时wifi解析模块完成wifi信号的搜索，当截获的信号去除掉wifi信号后的信号进行窄带的分析和解调、解码，完成雷达的识别。时统定位模块完成专用信号分析仪的定位和时统。信号搜索结果和解调解码结果可在显示单元显示。信号处理单元的fpga选用内部集成了arm内核的xczu15eg-2ffvg1517，对外具有hdmi显示接口，usb接口，可完成信号的搜索、分析和解调解码功能，可显示搜索结果。
71.信道单元由3个独立的信道单元构成，主要由输入保护电路，滤波电路，放大电路和衰减电路组成，完成输入信号的滤波、放大和衰减等功能，同时可实现对过大输入信号的输入保护功能，单通道的信道单元的组成原理如图2所示。每一个信道单元内部由多组滤波器构成，可以构成瞬时处理带宽为100mhz的滤波通道，用于后端的信号处理单元数据采集。
72.信号处理单元：
73.信号处理单元由一片xilinx公司的xczu15eg作为主处理芯片，外挂adi的rf芯片adrv9009，使用锁相环为adrv9009提供采集时钟及接口工作时钟，所有的控制接口均从xczu15eg引出，包括1路hdmi，1路usb，一路千兆以太网，lvttl及串口，原理框图如图3所示。
74.信号处理板主芯片采用xczu15eg和adrv9009，显示采用adv7511引出一组hdmi用于屏幕显示，引出一组usb可以为屏幕提供触摸屏功能(备用)，板上引出串口可以外挂北斗
定位模块，板上具有emmc用于操作系统和数据存储，板上集成了至少4gb的ddr4高速缓存。adrv9009完成射频数据的采集，采集的数据变频、滤波到基带数据后，由fpga完成信号的搜索、分析、识别、解调和解码，宽带频谱、搜索结果、分析识别结果和解码结果传输到fpga内嵌的ram中，arm完成图像的显示，数据的存储、结果显示，以及用户交互见面等。
75.adc设计：
76.(1)adc选型
77.手持分析仪接收频段要求为p频段、l频段或s频段(可配置)，adrv9009本振支持75mhz～6ghz，工作带宽为200mhz，满足接收频段要求，adrv9009功能框图如图4所示。
78.adrv9009是一款高集成度射频(rf)、捷变收发器，提供双通道发射器和接收器、集成式频率合成器以及数字信号处理功能。这款ic具备多样化的高性能和低功耗组合，以满足3g、4g和5g宏蜂窝时分双工(tdd)基站应用要求。
79.接收路径由两个独立的宽带宽、直接变频接收器组成，具有一流的动态范围。该器件还支持用于tdd应用的宽带宽、时间共享观测路径接收器(orx)。完整的接收子系统拥有自动和手动衰减控制、直流失调校正、正交误差校正(qec)和数字滤波功能，从而消除了在数字基带中提供这些功能的必要性。还集成了多种辅助功能，比如模数转换器(adc)、数模转换器(dac)、用于功率放大器(pa)的通用输入/输出(gpio)以及rf前端控制。
80.除自动增益控制(agc)之外，adrv9009还具有灵活的外部增益控制模式，且在动态设置系统级增益方面具有极大的灵活性。
81.接收信号通过具有固有抗混叠特性的一组四个高动态范围、连续时间σ-δadc实现数字化。相比传统的中频(if)接收器时，直接变频架构组合不会出现带外镜像混频或缺少混叠，可降低对rf滤波器的要求。
82.完全集成的锁相环(pll)可同时针对发射器(tx)和接收器(rx)信号路径提供高性能、低功耗的小数n分频rf频率合成。额外的频率合成器可生成转换器、数字电路和串行接口所需的时钟。多芯片同步机制可同步rf本振(lo)相位和多个adrv9009芯片之间的基带时钟。同时采取防范措施，以满足高性能基站应用的隔离要求。还集成了压控振荡器(vco)和环路滤波器元件。
83.(2)锁相环设计
84.由于需要使用adrv9009射频采集芯片，官方驱动支持为adrv9009提供时钟的锁相环芯片为ad9528，因此本板仍然使用ad9528为adrv9009提供采集时钟并且为fpga提供接口时钟。通过xczu15eg的arm核实现对ad9528的配置。ad9528为两级锁相环，根据adrv9009的使用要求，要达到200mhz，ad9528提供给adrv9009的参考时钟为122.88mhz，ad9528的第一级锁相环参考时钟为30.72mhz，第二级vcxo为122.88。
85.fpga设计：
86.基于高集成度设计，对外接口功能要求，选择xilinx公司的zynq ultrascale+系列芯片作为信号处理回放的核心器件，具体型号是xczu15eg-2ffvg1517。该soc集成了2ffvg1517。该soc集成了-a53处理器和大容量fpga，该芯片逻辑资源和xilinx的ultrascale+系列一样，逻辑资源丰富，内部ram资源丰富。
87.(1)ps端设计
88.xczu15eg的ps端集成了一个xczu15eg的ps端集成了一个-a53处理器，对外接口有
89.1)一个带ecc的64bit的ddr控制器，支持ddr3和ddr4
90.2)一个qspi控制器
91.3)一个nand flash控制器
92.4)两个sd/emmc控制器
93.5)四个千兆以太网mac
94.6)两个can 2.0控制器
95.7)两个spi控制器
96.8)两个uart控制器
97.9)两个usb 2.0控制器
98.10)一个pcie gen2控制器
99.11)两个sata控制器
100.针对此处理板应用以及后期调试方便，我们主要使用ps端的ddr、qspi、sd/e.mmc、网络和uart接口。
101.(2)ddr设计
102.ddr控制器是64bit的，兼容ddr3和ddr4，我们采用ddr4，使用4片micron公司的mt40a512m16ge，单个芯片位宽为16bit，容量为1gb，4片拼接成64bit，容量为4gb。
103.其中ps_ddr_zq信号接240欧电阻到地，用作ddr4控制器端的阻抗校准电阻，其中ps_ddr_dq[71:64]为ecc校验数据，由于版面原因，不使用ecc。4片ddr4芯片的地址控制线连在一起接地ps端控制器上，芯片的数据线为方便pcb布线，每8位作了调整再分别接到ps端控制器对应的8组数据线上。
[0104]
(3)qspi设计
[0105]
qspi控制器支持两片qspi并行操作，采用两片spi flash并行操作模式，这样既提高了存储容量又提高了访问速度。qspi flash芯片的dq2信号接4.7k上拉保证写保护没有使能，dq3信号接4.7k上拉保证芯片没有处于复位状态，s#信号接4.7k上拉保证芯片上电后没有被选中。
[0106]
(4)sd/e.mmc设计
[0107]
sd/e.mmc控制器支持sd卡和e.mmc存储器，我们使用两个控制，一个控制器配置为sd卡4bit模式，一个控制器配置为8bit e.mmc模式；配置为sd卡模式外接tf卡座，主要用于前期调试方便，另外一个配置为e.mmc模式的控制器外部挂接一个4gb的e.mmc(单板电装)用于arm的文件系统。
[0108]
(5)千兆以太网设计
[0109]
ps端的以太网控制器支持gmii、rgmii和sgmii模式。我们使用rgmii模式，外部挂接千兆以太网phy(dp83867)，通过外部晶体产生phy芯片工作时钟。phy芯片电电压为2.5v、1.8v和1.0v。io电压为1.8v，可以直接与soc的ps端口接口，不需要增加额外的隔离芯片。1.0v使用小ldo由外部1.5v产生，以太网phy对外引出标准rj45网口。
[0110]
(6)socpl端设计
[0111]
soc的pl端主要是ultrascale+可编程逻辑单元和xilinx公司ultrascale+系列fpga几乎一样；根据板卡要求，主要涉及以下几个方面。
[0112]
1)pl端ddr设计
[0113]
pl端的ddr控制器根据xilinx公司提供的ip核支持ddr3、ddr4、qdrii+和rldram3，根据我公司应用成熟度以及容量要求，我们选用ddr4用作pl端的外部存储器，总容量为4gb。
[0114]
设计使用1片micron公司的mt40a512m16ge，单个芯片位宽为16bit，容量为1gb，使用pl端的一个hpiobank。bank电压接+1.2v，2个bank的vrp引脚接240欧姆电阻到地，vref引脚兼容外部参考和接地两种方式。
[0115]
2)接口设计
[0116]
a)千兆以太网
[0117]
千兆以太网从xczu15eg的ps端引出，arm中运行linux操作系统，能够实现tcp/ip协议栈。
[0118]
b)串口
[0119]
板上从fpga引出两路串口，采用max3232驱动芯片，其中1路从ps端引出作为调试串口，另外一组从pl的io口引出，挂载北斗定位模块。
[0120]
c)lvttl
[0121]
lvttl从xczu15eg的pl端引出，使用sn74alvc1t45作为驱动器，每条lvttl控制线均能够控制输入输出方向。
[0122]
d)spi
[0123]
spi接口从xczu15eg的pl端引出，使用sn74alvc245作为驱动器，能够实现两路4线spi接口。
[0124]
e)iic
[0125]
iic接口从xczu15eg的ps端引出，使用一片txb0102作为接口芯片，实现iic的双向通信。
[0126]
f)hdm i接口
[0127]
hdmi接口通过pl端引出，通过arm实现显示驱动，输出rgb信号，adv7511芯片将rgb信号转换为标准hdmi接口输出，hdmi接口为高速信号，通过高速连接器将hdmi接口连接到转接板实现对外连接。
[0128]
转接板上焊接hdmi插座，连接线使用标准hdmi公头。使用铝合金加工连接线卡扣，能够将连接线固定在模块腔体上。
[0129]
g)usb2.0接口
[0130]
usb2.0接口主要用于面板按键的控制，通过fpga的ps端引出。转接板上使用usb型连接器。使用铝合金加工连接线卡扣，能够将连接线固定在模块腔体上。
[0131]
h)风扇控制接口
[0132]
风扇内部的转速控制电路如图5所示。从图5可以看到，当外部控制信号(褐色线)电压为0～0.5v时，风扇为低速运行模式，当控制电压为4～30v是，风扇能够工作到最大转速，转速的控制通过占空比控制。板上放置一片3.3v转5v驱动芯片，将fpga输出的io引脚转换为5v电平用于控制风扇转速，fpga内部使用计数器根据转速要求产生一定占空比的信号用于控制转速。
[0133]
整板电源设计：
[0134]
在硬件设计中，电源设计从基础上决定了系统的工作稳定性，系统的使用寿命，电
源本身效率决定了其有效功率，尤其是在整板功耗较高时，低效率的电源会增加板卡热量，为板卡及系统散热增加难度。芯片的工作温度升高，一方面有可能造成工作不正常，在fpga内可能影响到内部连线的时序要求，使得fpga不得不在较低主频下工作，间接影响到fpga资源的有效利用；另一方面芯片长时间工作在高温下也会降低芯片的使用寿命。并且电源的纹波，电压的稳定性，也十分重要，所有器件都必须工作在一定电压之内，电压值一旦超过了芯片工作的额定电压，就会造成芯片使用寿命的降低甚至损坏。所以本小节将详细讨论电源的设计，找到一个合理的电源方案，能达到fpga正常使用要求。
[0135]
地面高速信号处理板的主要耗电芯片为fpga、adrv9009，其它芯片功耗较小，对整板功耗影响不大。fpga功耗取决于内部使用的资源数量、门控时间、主频频率等影响，其中完成相同功能的情况下，主频越高，资源占用越少，同时，主频越高，功耗越高，资源占用较少，门控时间减少，则功耗降低。所以主频和资源占用与功耗的关系不是一个简单的线性关系，我们可以通过xilinx提供的功耗仿真工具对两种情况进行仿真，以便决定内部的时间架构，在进行电源设计的时候，在不显著增加电源面积和器件成本时，我们按照最高主频，最大资源占用进行评估。而在实际进行fpga逻辑设计时，需要选择合理的主频，尽量降低fpga芯片功耗。
[0136]
下面将详细讨论各个芯片的电源要求及整板电源设计。
[0137]
a)ps和pl端的0.85v内核工作电压。
[0138]
b)1.2v ps端的辅助电压
[0139]
c)1.8v辅助电压。
[0140]
d)0.85v内部ram工作电压。
[0141]
e)1.8v～3.3v io工作电压。
[0142]
f)1.8v，io辅助电压。
[0143]
g)0.9v高速串行接口(pcie接口)收发器的的工作电压。
[0144]
h)1.2v高速串行接口的端口电压。
[0145]
a～f项为数字供电，电源纹波对电路工作影响较小，所以可以使用开关电源为器件供电，相同电压值可以共用一路电源芯片。g项为模拟供电，电源纹波会影响收发器的发送误码率，进而对收发器的最大工作频率造成影响，所以必须使用模拟电源为其供电。
[0146]
由于开关电源在最佳工作负载时，效率较高，增加负载会噪声电源转换效率的降低，因此在评估功耗时，需要按照最大功耗来估计，为开关电源正常工作留下冗余。在本项目中，ps端主频已经确定为1000mhz，pl端主频不会超过100mhz，内部资源主要为arm，dsp48e、io、ram、lut、ff等，当主频为100mhz时，实际门控时间按照最大50％进行估计，资源占用dsp48e资源按照90％，io资源占用100％，lut、ff、ram占用70％进行估计，可以保证功耗最大。实际使用时，由于lut、ff、ram在占用70％时，内部布线的时序要求将变得十分严格，满足所需要求的工作主频将远低于100mhz，所以实际功耗一定低于评估功耗。fpga2主要功能为高速数据的转发，主要使用serdes资源，其余资源使用较少，但内部逻辑时钟频率较高达到250mhz。
[0147]
外部供电输入为12v，fpga的内核1.0v需要大功率供电，本板考虑保留较大的供电余量，采用具有3相供电的大功率电源ltc3773，共需要2片，每项最大供电电流可达20a，最大电流取决于外部mos管的选择，可以两相组合最大输出电流可达40a，符合本板的供电需
求；其余电源可采用单项输出的tps54622和tlv62130，其中前者输出电流最大为6a，后者输出电流最大3a。ltc3773每相输出、tps54622和tlv62130均有独立的en管脚，便以做整板的上电时序。模拟部分供电采用超低噪声低压差的ldo芯片，根据电流大小选用tps7a8300和adp1762。ddr的终端电源采用专用ddr电源tps51200。
[0148]
板卡状态监测：
[0149]
检测电路主要实现对板卡的工作状态，温度，电压，电流进行检测。当温度超过报警值时能及时断电保护。温度检测直接使用xczu15eg芯片内部的xadc模块，该模块可对芯片内核温度，内核电压，io电压进行检测。
[0150]
电压电流检测采用ti公司的ina226aidgs芯片进行电压电流检测，ina226是一款分流/功率监视器，具有i2c
tm
或smbus兼容接口。该器件监视分流压降和总线电源。可编程校准值、转换时间和取平均值功能与内部乘法器相结合，可实现电流值(单位为安培)和功率值(单位为瓦)的直接读取。ina226可在0v至36v的共模总线电压范围内感测电流，与电源电压无关。该器件由一个2.7v至5.5v的单电源供电，电源电流典型值为330μa。该器件的额定工作温度范围为
–
40℃至125℃，i2c兼容接口上具有多达16个可编程地址。我们对模块里重要电压的电流值进行检测。
[0151]
板卡结构设计：
[0152]
如图6所示，板卡的前面板为连接器分为两层，第一层为安装在印制板上的sma连接器，第二层通过转接板扩展j30j-37和j30j-9连接器。后面板引出j30j-25芯调试接口。hdmi和usb接口通过盒体侧面引出，水平方式安装。通过自制的连接线卡扣上预留的安装孔将连接线固定在腔体上。图中sma、j30j和显控接口仅表示大概位置，最终定位需要根据布局布线时的空间要求决定。
[0153]
a)主要功能
[0154]
·
能够接收配套一次雷达的通信广播信号进行解析处理；
[0155]
·
显示功能：将接收的目标信息通过显示屏进行显示；
[0156]
·
信号处理功能：包括数据解调，数据重组，数据转换等功能；
[0157]
·
解数据重传功能：即识别目标信息是否为同一目标信息；
[0158]
·
自检功能：支持接收通道环路自检等自检功能；
[0159]
·
自带电池供电，可连续使用2～5小时；
[0160]
·
采用小型化设计，整机总量轻，体积小，便于单兵携带；
[0161]
·
具备北斗定位功能；
[0162]
·
具备一定的抗摔能力。
[0163]
b)主要技术指标
[0164]
·
接收信号频率：p频段、l频段或s频段(可配置)；
[0165]
·
接收灵敏度：优于-85dbm；
[0166]
·
信号带宽(1db带宽)：不大于3.5mhz；
[0167]
·
信号调制方式：gmsk(可升级qpsk，tcm-4cpm)；
[0168]
·
最下频率间隔：5mhz；
[0169]
·
脉冲宽度：≤60us；
[0170]
·
目标送显能力：不低于100批目标(每10秒)；
[0171]
·
显示屏尺寸：不小于6英寸；
[0172]
·
具备一定抗干扰能力；
[0173]
·
充电电压：12v
±
10％。
[0174]
显示单元设计
[0175]
显示单元现在目前市面上成熟的宽温屏，支持windows、linux操作系统，android炒作系统，支持win7/win8/win10系统的即插即用，linux系统可软件配置分辨率；显控单元为7寸hdmi模块采用单usb供电，供电电压为5v，电流小于500ma，板卡功耗低。
[0176]
时统定位模块
[0177]
实现方案：
[0178]
时统定位模块为具有b码输出的北斗、gps接收功能的定位模块；通过接收北斗和gps的定位信号驯服内部的ocxo(高稳恒温晶振)，能提供基于utc标志时间及自我完善性监控的、高稳定的一级时钟同步信号。
[0179]
主要技术指标：
[0180]
a)ipps同步精度可达15ns；
[0181]
b)具有卫星参考源丢失守时功能；
[0182]
c)10mhz频率准确度1.0e-12；
[0183]
d)具有2路1pps_tod输出接口，1路ppm输出接口、1路irig-b输出接口，1路1pps输出接口，1路10mhz输出接口
[0184]
wifi解析模块
[0185]
wifi解析模块为宽温的路由器，通过对路由器的寄存器进行编程，路由器读出目前环境中的wifi信号工作频率、带宽和信号强度等参数，为系统剔除wifi提供支撑。
[0186]
电池
[0187]
信号分析仪各个单元的功耗如表1所示。
[0188]
表1功耗估计表
[0189][0190]
电池选用通过安全检测的容量不低于150wh的宽温电池。
[0191]
电池主要技术指标：
[0192]
a)标称电压：14.8v(工作电压10.0v～16.8v)
[0193]
b)标称容量：12ah
[0194]
c)外型尺寸：≈275*78*20.5mm
[0195]
d)交流内阻：≤180mω
[0196]
e)电池重量：≈1kg
[0197]
f)充电温度：0℃至+50℃
[0198]
g)放电温度：-40℃至+50℃
[0199]
h)充电截止电压：16.8
±
0.1v
[0200]
i)放电截止电压：10.0v
[0201]
j)最大持续放电电流：≤7.0a(0～45℃)
[0202]
k)最大持续充电电流：≤6.0a
[0203]
l)应用领域：便携式仪器仪表
[0204]
结构设计
[0205]
信号分析仪机构设计时，将信道单元和采集单元进行分腔体设计，避免相互的干扰，腔体采用铝合金薄板，可减小设备重量，显示单元和信号处理板议题设计，利用金属件进行电磁屏蔽，wifi解析模块和时统定位模块保留其内部电路单元，去掉多余的接口，内嵌入单机结构中，同时采用单元模块独立分腔，避免相互的干扰。电池采用分析仪器相识的结构，通过扣接方式和信号分析仪背面连接。信号分析仪背面安装又绷带，方便操作员操作使用，分析仪两边留有快捷键，方便用户快速操作。
[0206]
上述实施例阐明的系统、装置、模块或单元，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。
[0207]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0208]
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。

技术特征：
1.一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，包括：信号处理单元、信道单元、显示单元、时统定位模块、wifi解析模块、电源单元和电池，其中，所述信号处理单元分别与信道单元、显示单元、时统定位模块、wifi解析模块、电源单元相连接，所述信道单元与wifi解析模块相连接，时统定位模块与定位天线相连接，信道单元与接收天线相连接，所述信道单元用于完成三个通道的滤波，完成带内信号的放大、带外信号的滤波；信号处理单元用于接收信道单元输出的信号并信号采集，对采集的宽带数据进行宽带搜索；可完成信号的搜索、分析和解调解码功能，可显示搜索结果；wifi解析模块用于完成wifi信号的搜索，当截获的信号去除掉wifi信号后的信号进行窄带的分析和解调、解码，完成雷达的识别；时统定位模块用于完成专用信号分析仪的定位和时统；显示单元用于显示信号搜索结果和解调解码结果；电源单元和电池用于为系统供电。2.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述信道单元由3个信道通道构成，完成800mhz～1000mhz、1100mhz～1500mhz、2600mhz～3100mhz通道的滤波，所述信道单元由3个独立的信道单元构成，由输入保护电路，滤波电路，放大电路和衰减电路组成，完成输入信号的滤波、放大和衰减等功能，同时可实现对过大输入信号的输入保护功能，每一个信道单元内部由多组滤波器构成，可以构成瞬时处理带宽为100mhz的滤波通道，用于后端的信号处理单元数据采集。3.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述信号处理单元的fpga选用内部集成了arm内核的xczu15eg-2ffvg1517，对外具有hdmi显示接口、usb接口。4.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述信号处理单元由一片xilinx公司的xczu15eg作为主处理芯片，外挂adi的rf芯片adrv9009，使用锁相环为adrv9009提供采集时钟及接口工作时钟，所有的控制接口均从xczu15eg引出，包括1路hdmi，1路usb，一路千兆以太网，lvttl及串口。5.根据权利要求4所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述信号处理单元的信号处理板主芯片采用xczu15eg和adrv9009，显示采用adv7511引出一组hdmi用于屏幕显示，引出一组usb可以为屏幕提供触摸屏功能(备用)，板上引出串口外挂北斗定位模块，板上具有emmc用于操作系统和数据存储，板上集成了至少4gb的ddr4高速缓存；adrv9009完成射频数据的采集，采集的数据变频、滤波到基带数据后，由fpga完成信号的搜索、分析、识别、解调和解码，宽带频谱、搜索结果、分析识别结果和解码结果传输到fpga内嵌的ram中，arm完成图像的显示，数据的存储、结果显示，以及用户交互见面。6.根据权利要求5所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述ddr控制器是64bit的，兼容ddr3和ddr4，采用ddr4，使用4片micron公司的mt40a512m16ge，单个芯片位宽为16bit，容量为1gb，4片拼接成64bit，容量为4gb。7.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述显示单元采用宽温屏，支持windows、linux操作系统，android炒作系统，支持win7/win8/win10系统的即插即用，linux系统可软件配置分辨率；显控单元为7寸hdmi模块采用单usb供电，供电电压为5v，电流小于500ma，板卡功耗低。
8.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述时统定位模块为具有b码输出的北斗、gps接收功能的定位模块；通过接收北斗和gps的定位信号驯服内部的ocxo高稳恒温晶振，能提供基于utc标志时间及自我完善性监控的、高稳定的一级时钟同步信号。9.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述wifi解析模块为宽温的路由器，通过对路由器的寄存器进行编程，路由器读出目前环境中的wifi信号工作频率、带宽和信号强度等参数，为系统剔除wifi提供支撑。10.根据权利要求1所述的一种多功能手持式通信信号分析仪，其特征在于，所述电池选用通过安全检测的容量不低于150wh的宽温电池，电池主要技术指标为：标称电压：14.8v(工作电压10.0v～16.8v)；标称容量：12ah外型尺寸：≈275*78*20.5mm；交流内阻：≤180mω；电池重量：≈1kg；充电温度：0℃至+50℃；放电温度：-40℃至+50℃；充电截止电压：16.8
±
0.1v；放电截止电压：10.0v；最大持续放电电流：≤7.0a(0～45℃)；最大持续充电电流：≤6.0a；应用领域：便携式仪器仪表。

技术总结
本发明请求保护一种多功能手持式通信信号分析仪，该手持式信号分析仪可用于对外场一次雷达天线辐射出的通信信号进行接收、分析、处理和显示，方便监测雷达的活动情况和截获目标情况。主要由信号处理单元、信道单元、显示单元、时统定位模块、WiFi解析模块、电源单元和电池构成。具有雷达信号接收功能、显示功能、信号处理功能、数据融合功能、自检功能、供电能力、定位功能等，是一种采用小型化设计，整机总量轻，体积小，便于单兵携带的便携式信号分析仪。本发明为手持式便携装备制造、多功能信号分析设备等的研制提供了技术支撑和理论依据，具有重要的研究意义和工程应用价值。重要的研究意义和工程应用价值。重要的研究意义和工程应用价值。


技术研发人员：邢隆 马宝泽 李国权 张文 林金朝
受保护的技术使用者：重庆邮电大学
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/23