航空通信設備包括短波通信,、超短波通信設備，短波,、超短波通信設備又分為常規(guī)通信方式和跳頻通信方式,，跳頻通信因具有抗干擾性強、抗偵測能力好,、頻譜利用率高和易于實現(xiàn)碼分多址等優(yōu)點被稱為無線電通信的“殺手锏”,。跳頻通信設備的不斷裝備極大提高了我軍電子作戰(zhàn)的能力。然而跳頻通信設備卻面臨著維護,、保障的難題,。不同類型的通信設備對跳頻的性能要求不同，為達到對眾多跳頻通信設備性能的測試,，傳統(tǒng)設計方法往往要設計多個跳頻信號源，這樣在使用時一方面給外場機務工作者增加了工作負擔,，另一方面也造成了資源的巨大浪費,，再加上原來技術條件的限制，原跳頻檢測器所用信號源已不能滿足新裝備測試需要,，為提高新裝備維護,、保障能力，急需研制一種寬頻帶,、調(diào)速高,、抗干擾能力強、可擴展性好的跳頻通信檢測系統(tǒng),。
航空通信設備一旦脫離飛機,，就失去正常工作所必需的信號環(huán)境，這就需要為航空通信設備設計檢測控制器,，一方面為通信設備施加必須的射頻信號,、跳頻信號、音頻,、數(shù)字信號等激勵信號,；另一方面接收通信設備的發(fā)出響應信號進行相應的檢測。在檢測控制器設計中,，最重要也是最難實現(xiàn)的就是跳頻信號的實現(xiàn),，通過分析測試需求，提出了基于“DDS+PLL”來實現(xiàn)跳頻信號源的設計方法,，試驗結果表明該信號源具有頻率穩(wěn)定度高,、頻率分辨率高、頻率轉換時間短,、改變頻率方便等優(yōu)點,。
1 硬件電路設計
航空通信設備是一個快速發(fā)展的領域,，通信設備存在著種類繁多、型號復雜的現(xiàn)狀,，為達到跳頻測試系統(tǒng)的可靠性,、抗干擾性、可移植性,，尤其是可擴展性設計要求,，在設計信號源時還要綜合考慮不同跳速航空通信設備的測試問題，對于目前跳頻信號源對兩種常用的基于DDS和基于PLL的方案進行對比,，基于DDS的跳頻信號源具有頻率分辨率高的優(yōu)點,，但是最高工作頻率一般小于100 MHz，不能滿足超短波通信的需要,；而基于PLL的跳頻信號源具有工作頻率高的優(yōu)點,，但是頻率分辨率卻比較低，這兩種方案都不能滿足跳頻信號源的測試需求,，為達到測試要求,，通過比較各種方案的優(yōu)缺點。最終選擇這兩種方案的這種,，采用基于“DDS+PLL”的方法來實現(xiàn)跳頻信號源設計,，跳頻信號源電路原理如圖1所示。
跳頻信號源主要由DDS合成器,、2個PLL以及控制電路和濾波電路組成,。其中DDS合成器與一個PLL形成第1本振信號，另一個PLL得到第2個本振信號,?？刂齐娐分饕瓿珊铣深l率所需要的控制碼和控制邏輯，濾波電路則濾除一本振和二本振的干擾,，提高信號的頻譜純度,。
1．1 工作原理
由主控制器輸入片選信號CS(低電平有效)、模式控制信號MDl～MD4,，這些信號通過74HC573得到相應的控制信號,，包括波段控制碼、第一本振數(shù)據(jù)載入,、第二本振數(shù)據(jù)載入以及DDS控制碼,。
第一本振振蕩器用來提供信道所需要的混頻信號。該部分由DDS和鎖相環(huán)構成,，鎖相環(huán)采用MCl45158,，其內(nèi)部由選擇參考分頻比、可編程頻率分頻電路,、相位檢測器和數(shù)字式分頻器組成,，相位檢測器輸出的信號分別為φr,，和φv，它們反映已分頻的標準信號和已分頻的VCO頻率之間的相位關系,，當2個信號頻率相等時,，即本地處于鎖定狀態(tài)，φr和φv都有很窄的負脈沖出現(xiàn),；如果VCO的輸出頻率fv大于參考頻率fr,，或者相位超前，φv出現(xiàn)負脈沖,；如果VCO頻率小于參考頻率,，或者相位滯后，φr輸出負脈沖,。當兩者的頻率和相位相同時,，φr、φv輸出同為高電平,，這時環(huán)路達到穩(wěn)定,，也稱環(huán)路的鎖定狀態(tài)，φr,、φv與fr、fv之間的關系如圖2所示,。
1．2 跳頻控制碼
跳頻碼信號是控制通信設備工作頻率的信號,，某通信設備在100～400MHz頻率范圍內(nèi)工作，而在跳頻方式下工作時,，某一時刻只能工作在某一工作頻道上,，頻率碼就是控制通信設備工作頻道的信號。不同的頻道需要通信設備內(nèi)部的頻率合成器提供不同的頻率,，要想完成對通信設備跳頻性能的檢測,，就需要產(chǎn)生相應的頻率控制碼。在本設計中,，頻率合成采用了“DDS+PLL”為核心來實現(xiàn)跳頻信號源的設計,，鎖相環(huán)采用MCl45158，DDS采用AD9850,，根據(jù)鎖相環(huán)輸出頻率的關系,，可以得出一本振輸出頻率f1
式中，R1,、N1,、A1為分頻系數(shù)，通過三線串行碼來實現(xiàn)頻率碼的改變,；fDDS_O為DDS的輸出頻率,，fDDS_i為DDS晶振振蕩頻率,。該頻率控制通信設備的工作頻率實際上就是控制通信設備內(nèi)部的頻率合成器輸出相應的頻率。
二本振信號的產(chǎn)生和一本振有所不同,，它的產(chǎn)生主要由MCl45158鎖相環(huán)實現(xiàn),，其參考頻率和DDS的參考頻率相同，這樣保證了整個頻率合成器頻率穩(wěn)定度,，由于鎖相環(huán)采用與鎖相環(huán)路I的鎖相環(huán)相同,，因此當環(huán)路達到穩(wěn)定時，第二本振輸出頻率為：
式中,，N2,、R2、A2為鎖相環(huán)路Ⅱ的分頻系數(shù),，fDDS_i是DDS的晶體振蕩器的頻率,。
一本振和二本振輸出的高頻信號經(jīng)過混頻后得到某一時刻跳頻信號的輸出，該信號經(jīng)過射頻信號調(diào)理電路處理后輸出到待測設備,，實現(xiàn)待測設備所需要的激勵信號,。
2 軟件設計
如果說基于“DDS+PLL”硬件實現(xiàn)方式是跳頻信號源的“骨架”，那跳頻信號源的“血肉”就是軟件,；只有在軟件的配合下才有可能把跳頻信號源的作用發(fā)揮到最大,。軟件系統(tǒng)采用模塊化編程，包括主程序,、系統(tǒng)控制模塊,、數(shù)據(jù)處理模塊以及通信模塊。以系統(tǒng)控制模塊中頻率合成流程圖為例簡要說明軟件流程,，如圖3所示,。
頻率合成模塊監(jiān)測頻率控制中心的頻率碼是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化則把數(shù)據(jù)送到DDS和PLL單元,，否則則返回控制中心繼續(xù)掃面,；然后等待PLL達到鎖定，如果沒有達到鎖定,，則失鎖計數(shù)增加l,，對此信號進行判斷，如果該信號小于6,，則控制中心再一次發(fā)送頻率碼到DDS和PLL單元,，如果失鎖計數(shù)信號大于等于5，則發(fā)出失鎖告警信號顯示合成器故障,。一本振和二本振的信號經(jīng)過混頻器后形成跳頻通信所需要的某一時刻的頻率,。在不同時刻就會產(chǎn)生不同的頻率，頻率合成器產(chǎn)生的頻率最后送到調(diào)理電路進行處理,。
3 測試結果分析
把跳頻信號源輸出端接到頻譜分析儀上,，通過設置跳頻的跳速,，利用安泰信公司的頻譜分析儀來測試輸出信號的頻譜純度、頻譜精度,，可以得到如圖4所示的波形,。
從圖4可以看出，某一時刻,，該跳頻信號信號源頻輸出了個跳頻頻率,，如果通過軟件設置跳頻信號的跳速和PN碼序列，可以實現(xiàn)對通信設備的檢測,。改變跳頻信號源工作方式,，還可以作為多種通信設備的信號源，在施加跳頻激勵信號的情況下,，通過通信設備靈敏度,、音頻響應等主要技術指標的測試，對照通信設備技術指標可看出測試結果滿足設備技術要求,。
4 結束語
跳頻通信在現(xiàn)代航空通信設備的應用越來越多,，基于“DDS+PLL”實現(xiàn)的某通信設備檢測儀的信號源克服了跳頻通信設備測量的難題，該信號源充分利用了頻率合成中DDS產(chǎn)生頻率分辨率高和鎖相環(huán)輸出頻率高的優(yōu)點,，克服DDS輸出頻率低和鎖相環(huán)頻率分辨率低的缺點,，實現(xiàn)了對通信設備的檢測與控制，該信號發(fā)生器可以推廣到多種通信設備檢測儀的信號源的設計,，具有極大的軍事經(jīng)濟效益,。