一种基于PXIe总线的频谱监测设备设计
���u�M =���40|چ��"方案，将信号上变频至2350 MHz中频；1800～3000 MHz频段将信号下变频至1210 MHz。
二中频采用下变频方式，选择较低的频率140 MHz作为第二中频[7]。超短波接收模块原理框图如图4所示。
微波接收模块接收频段为3～18 GHz，采用分频段、超外差二次下变频的方案，如图5所示。微波接收模块的一中频（1210 MHz）及二中频（140 MHz）同超短波接收模块一致，可共用中频处理电路，同样避免中频信号等落入通带内造成干扰，这将提高电路的简洁性及可靠性[8]。
本振模块主要包括3块标准板卡，分别为短波接收模块、超短波接收模块和微波接收模块提供本振源。
短波频段一本振采用单环+DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字式频率合成器）的结构输出71.6～100 MHz本振信号，它具有频率步进细、相位噪声低和体积小的优点。
超短波频段一本振采用DDS+PLL方案（DDS用作锁相环合成器中的频率参考源）输出2380～4210 MHz本振信号。二本振采用集成VCO的低噪声锁相环芯片实现固定频点2210 MHz、1070 MHz输出。
微波频段一本振实现下变频所需的本地信号（4210～19 210 MHz），该模块采用DDS+PLL方案将锁相式频率合成以及直接式频率合成的优点集成起来。由于此方案采用了DDS小数分频（DDS分辨率高的特点），鉴相频率不受射频输出信道间隔的限制，解决了PLL的频率分辨率和换频时间之间的矛盾[9]，原理框图如图6所示；二本振仅固定输出1070 MHz频率信号，因此只采用单片锁相环芯片就可以达到要求。
参考时钟模块主要实现为整机其他模块提供基准时钟信号，它由10 MHz恒温晶振、100 MHz锁相环路、100 MHz时钟分路器组成。
中频信号处理模块是频谱监测设备实现中频信号数据采集和数字信号处理的核心单元。中频信号处理模块包括2通道16 bit高速ADC、高性能数字信号处理器件和总线接口，实现中频信号采样和信号处理。中频信号处理模块的组成原理如图7所示。
板载的FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）和DSP，完成信号捕获、数据存储、数据传输、DDC（Digital Down Converter，数字下变频）、FFT、数字解调、模拟解调、参数测量、信号识别和分选及其他的一些信号处理算法。
FPGA主要用于信号处理及接口控制，DSP完成信号的测量等功能。ADC采样的外时钟可作为内部VCO的参考时钟，或者直接作为ADC的采样时钟。ISL5216芯片为扩展窄带DDC芯片，可完成任意通道DDC带宽内多个窄带DDC功能。FPGA外接的DDR2存储器可用于数据缓存，对要求大容量数据存储、大带宽连续FFT等信号处理带来好处[10]。
（4）控制器模块。
控制器模块为频谱监测设备提供稳固的操作环境，用于连接并控制各模块。控制器模块内部集成了CPU、硬盘、内存、以太网、VGA、USB等芯片，并配置操作系统，安装数据库和频谱监测设备软件，可实现频谱监测终端功能。外接显示器、键盘和鼠标，即可在本地实现人机交互。也可以通过其他计算机控制，实现远程控制。控制器模块的配置如下：
◆CPU：Intel i5双核2.4 GHz；。
◆内存：DDR3 8 GB；。
◆硬盘：不低于320 G，并可扩展；。
◆网口：双千兆以太网；。
◆操作系统：Windows 7。
频谱监测设备软件主要功能模块包括：拓扑态势模块、任务管理模块、频谱扫描模块、信号分析模块、数据处理模块、辅助功能模块、数据访问模块。
3 设备应用实例。
频谱监测设备瞬时分析带宽可以达到40 MHz，经实际验证扫描速率不小于3 GHz/s（步进10 kHz），跳频信号侦测能力：1.6～30 MHz（不小于100跳/秒），30 MHz以上（不小于1000跳/秒）。设备软件可对跳频信号如驻留时间、换频时间、出现频率及次数等主要跳频参数进行分析，并给出分析结果。超短波电台跳频信号分析结果如图8所示。
3.2 信号识别与分析。
频谱监测设备可以通过电磁频谱终端软件进行指定信号分析，该功能是指对通用信号进行分析识别，可解调AM、FM、CW等模拟信号，可识别ASK、FSK、BPSK、QPSK、8PSK、16QAM、64QAM等数字信号。QPSK信号识别测试实例如图9所示。
4 结束语。
本文提出了一种基于PXIe总线的频谱监测设备设计方法，该方法可提供更高的数据带宽、更低的总线延迟，使得频谱监测性能显著提高，解决了传统接收机数据处理及传输慢的瓶颈问题，并采用模块化设计理念，提升了设备可重构性及扩展性。监测设备通过在软件上加载信号识别功能模块，实现了对跳频信号捕获、调制方式识别等功能。
参考文献：
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[7] Wu Qing—ping， Zhou Yu—feng. Design of a Network Receiver for 20MHz to 3GHz Ultra—short Wave Spectrum Monitoring[J]. IEEE 3rd International Conference on System Science， Engineering Design and Manufacturing Informatization， 2012（2）： 13—16.
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