设计方法。首先分析了传统典型L波段塔康、ATC的工作原理，然后根据传统超外差式的波形信号处理方法，提取了三种波形的共性并进行小颗粒度组件化分析。同时，针对特定波形的特定功能模块，进行了特定波形组件分析。最后，根据软件通信体系架构（以下简称SCA）设计约束对波形应用进行组件化设计。根据设计完成入波形组件库的波形应用组件，通过对组件管理与波形生成，得到了新的波形应用。采用组件化后的设计，在未来的新波形体制生成、波形应用管理等领域具有广阔的前景，符合未来软件无线电技术的发展。
关键词：射频综合;SCA;波形组件化
中图分类号：TN851 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2020）01-0056-02
Abstract： This paper studies the design method of changing the traditional L-band function application from single application to RF system integration in RF integrated system. Firstly， the working principle of traditional typical L-band Takang and ATC is analyzed， and then according to the traditional superheterodyne waveform signal processing method， the commonness of the three waveforms is extracted and analyzed by small granularity components. At the same time， the specific waveform components are analyzed for the specific functional modules of specific waveforms. Finally， according to the software communication architecture （hereinafter referred to as SCA） design constraints of the waveform application component-based design. According to the design and completion of the waveform application component into the waveform component library， a new waveform application is obtained through component management and waveform generation. The use of component-based design has a broad prospect in the future new waveform system generation， waveform application management and other fields， which is in line with the development of software radio technology in the future.
Keywords： RF synthesis; SCA; waveform componentization
引言
软件无线电的核心部分是指导软件无线电系统开发的一套独立于具体实现的方法集合。JTRS发布的SCA规范是对软件无线电系统的硬件体系结构、软件体系结构、安全体系结构以及应用程序接口（API）等四个方面进行了规范。传统的机载L波段波形设计都是采用单一模块单独设计的方法，波形之间采用独立式开发。但通过分析可知，L波段波形的工作频点相近，甚至有混叠的现象，在接收时，可以同时接收到其他功能波形的数据。因此，在软件无线电体制下，可以通过统一、通用的模块，对功能波形进行SCA标准的组件化、综合化设计。本文分析了L波段典型波形信号信息处理原理，并对其通用的部分进行了分析，最后采用基于SCA的软件通信体系架构对波形进行了组件化设计。
1 L波段波形分析
1.1 塔康波形分析
塔康接收机信号主要是通过包络检测，对信号进行低噪放，将信号幅度放大后进入下变频模块。在收发端口，信號需要通过内部混频器，得到70M中频信号以及其镜像信号。进入70M后的中频信号，由40Mhz ADC进行信号采样后，得到离散信号。根据带通采样原理，信号可以得到。经过数字下变频器DDC得到中心频率在零点的数字基带信号，其中NCO本地载波频率为10MHz。塔康信号采用ASK调制，用正交解调具有较强的抗载频失配能力，不要求本地载波和信号载波之间严格的同频同相。为了减轻后续信号处理的负担，对信号采用一定的抽取系数进行抽取。对同相、正交支路求平方和，再求平方根，得到TACAN高斯脉冲的幅度值，在下变频处理和塔康系统中频信号的解调以及15Hz和135Hz包络提取过程中要用到数字滤波技术，滤波器性能的好坏直接影响到后续环节的工作效果。常用的数字滤波器含有限和无限脉冲响应数字滤波器，恢复出的脉冲采样频率为对中频采样频率40MHz20倍抽取后得到的2MHz采样频率。进入基带的塔康信号为两种信号，即15Hz和135Hz的叠加信号以及辅助基准信号。通过低通滤波，可以得到数字信号相应的包络以及相位点。通过与辅助基准信号进行调制解算得到相应的方位信息。
1.2 ATC波形原理分析
对于二次雷达的发射和接受，相较于塔康的发射和接收，相对简单。ATC二次雷达的发射和接受分别工作在1030M和1090M两点，因此采用点频率信号进行混频滤波，下变频到70M，然后通过数字ADC，低通滤波，得到中心频率在10Mhz的数字信号。最后通过数字DDS，将信号变频到基带，恢复出包络信号。最后通过对包络信号脉冲的解算，从而得到询问信号，对端飞机应答信号等。对于二次雷达的发射，则和塔康一样，通过生成脉冲，在中频端控制中频发射的时间间隔，从而得到脉冲发射信号。
2 L波段波形组件化分析
2.1 射频端波形组件分析
通过对塔康、ATC波形原理的分析，可以发现在接收端，采用超外差信号的流向都为通过天线接口单元接收到信号进行低噪放，进行放大后经过两次变频到70M信号。因此，可以综合三种波形的接收体制，在射频端对各个功能模块进行组件功能划分，即分别为射频通道接收发射组件、模拟一次变频组件、模拟二次变频组件、混频器控制组件、混频器生成组件，上变频组件等。其中，混频器控制组件主要用于频点的控制，根据塔康频点切换工作方式，混频器控制组件具有提前接收频点控制和频率合成。接收收发组件主要完成对天线的工作模式的选择，即控制天线的输入和输出。混频器控制组件完成对天线接口前端的提前与混频频率选取，主要配合混频器生成组件的协同工作。混频器生成组件完成对混频器频率的生成，频率时延的控制，频率偏移的控制。变频组件主要完成对频点的下变频处理。上变频组件主要完成变频控制器的上变频处理。滤波器组件完成在混频后，对带通内的信号进行信号的滤除与解决。上变频触发组件由对上变频信号进行调制，对于ASK调制信号，即可以在此进行信号的调制。
2.2 信息处理组件分析
塔康测距主要通过检测出的询问脉冲和应答脉冲之间的时延，通过脉冲对的匹配，从而对距离解算。测向通过解算出包络后以及辅助脉冲后，通过相位差的计算，可以计算出飞机相对于塔台的方位角。然而，单点的解算很难达到位置和方位的精确解，因此采用有限时间推演法，通过采用一定的时间内样本数据的采集，进行滤波处理，通过卡尔曼滤波对位置和方位进行跟踪处理，从而可以得到相应的位置和方位的精确解。ATC波形即根据标准进行波形的数据位进行解算，询问和应答的解析方式相同，即通过制定的脉冲位，高电平为1，低电平为0，通过高低电平的组织，实现数据位的发送和接受。但是ATC波形不同模式下，具有相应的组包方式，在不同的询问方式下，具有相应不同的询问信号的解算方式。
3 基于SCA的波形组件设计
3.1 基于SCA的波形组件化技术
研究软件无线电基本应用接口及其功能与行为是进行波形设计的首要前提。基本应用接口在软件无线电核心框架（CF）中具体定义，CF是软件无线电体系结构的核心内容，是实现对硬软件资源的管理、波形应用的加卸载以及一系列基础服务而定义的一套标准的API接口。SCA规范要求波形开发采用模型驱动架构（MDA）的开发模式，MDA是对象管理组织提出的软件开发框架，使得波形应用的开发过程通过对软件系统的建模行为驱动。在基于MDA的波形开发中，核心的概念是平台无关模型（PIM）和平台相关模型（PSM）。通过对象描述语言IDL，用来抽象出接口，以IDL语言定义的文件具有强通用性、可移植性和高度抽样性，在具体使用时，需要将其按照PSM映射规则以某种程序语言进行映射，将IDL接口模型转换为与软件运行平台相关的软件代码。在对L波段波形进行组件化设计时，应按照高内聚松耦合的原则，对波形组件的通信接口组件明确定义，保证平台的可移植性和通用性，组件对外暴露的应是外部接口（包括接口和端口），而封装的是具体的功能实现，其中组件接口继承自基本应用接口，实现组件初始化与释放、启动与停止、查询与配置、连接与断开等用于核心框架管理与控制的操作;输入输出端口实现组件与其他组件或者设备、服务等的数据交互。
3.2 L波段波形组件的设计实现
通过对各个波形组件的分析，可以对波形组件的对外部关系、组件所完成的功能进行统一设计。其中，混频器控制组件主要完成射频前端接收过来信号的混频控制，主要由一块硬件电路实现，混频器的输入。数字低通滤波器组件主要完成数字下采样后低通滤波功能，主要由FPGA的IP和来实现，通过Matlab，可以仿真出一条有效的滤波器参数。由于每个应用波形使用的低通滤波器参数不尽相同，因此，对于每个波形都有一套相应的滤波参数对滤波器进行配置。参数配置后可以通过IP核的生成来实现滤波器的。
3.3 L波段波形组件化下波形装配
经过波形组件化设计后的波形应用组件需要经过SCA符合性验证，从而进入到波形组件应用库。在波形组件库中找到相应的波形功能应用组件，根据事先开发好的波形组件装配环境，以鼠标拖拽的方式拖至波形编辑透视图，将波形组件下发至各个功能硬件器件，通过调用结构进行总线连接，从而进行功能驗证。根据塔康和ATC在信号处理过程中的流程，通过波形组件化设计，实现波形组件应用装配功能。如图1所示：
4 结束语
本文研究了在射频综合条件下基于SCA的L波段波形组件化设计与应用。通过对L波段典型波形的原理分析，在超外差典型波形应用产品设计下，提出了一种基于波形组件的设计方法。在波形组件设计上，提取L波段波形组件的通用部分，采用SCA的波形组件设计方法，将L波段的波形组件划分为射频前端波形组件、信号处理波形组件、波形解算波形组件。设计的基于SCA的波形应用组件，通过SCA波形部署软件，部署在各自的功能应用平台上，实现无特定关系波形组件之间的有效结合，达到波形应用的生成。采用基于SCA的波形组件化设计方法，适用于未来软件无线电系统的波形之间的协同开发、功能共用以及新波形生成。
参考文献：
[1]黄子鸿.基于SCA的波形组件化技术研究与实现[D].湖南师范大学，2014.
[2]阂茜.空中交通管制模式二次雷达信号处理系统研究[D].中国电科14所，2014.