第 36 卷 第 2 期 Vol.36 No.2 ·工程应用技术与实现· 计 算 机 工 程 Computer Engineering 文章编号：1000—3428(2010)02—0223—02 2010 年 1 月 January 2010 文献标识码：A 中图分类号：N945 通信对抗接收机建模与 Simulink 动态仿真 吴微露，丁亚飞 (解放军电子工程学院电子系，合肥 230037) 摘 要：针对通信对抗系统中超外差接收机的建模仿真问题，以 Matlab 中的 Simulink 软件包作为工具建立基于 Simulink 仿真平台的超外 差接收机的仿真模型，给出频率为 5 kHz 的调幅信号的动态仿真实例，并得到各关健点的仿真波形图和频域图，实验结果证明了该建模方 法的有效性。 关键词：超外差接收机；Simulink 技术；动态仿真 Modeling of Communication EW Receiver and Dynamic Simulink Simulation (Dept. of Electronic, Electronic Engineering Institute of PLA, Hefei 230037) WU Wei-lu, Ding Ya-fei 【Abstract】Aiming at the problem of modeling and simulation of superheterodyne receiver in communication Electronic Warfare(EW) system, this paper utilizes Simulink of software bundle in Matlab to construct simulation model of superheterodyne receiver based on Simulink platform. Dynamic simulation example of the amplitude modulation signal with the frequency of 5 kHz is given, and simulation waveforms and frequency chart are given. Experimental results show that the modeling method is effective. 【Key words】superheterodyne receiver; Simulink technology; dynamic simulation 1 概述 电子对抗在现代战争中起着越来越重要的作用，由于武 器系统和电子战装备不断更新、面临的作战环境日趋复杂， 因此世界军事强国根据作战的需要，非常重视电子对抗技术 和装备的发展[1]。随着现代电子技术特别是计算机技术的发 展，仿真技术越来越广泛地应用到电子战装备技术的研究中。 仿真技术与通信对抗装备的结合为电子战装备的改进和性能 评估提供了可靠的依据。Matlab 是美国 Mathworks 公司推出 的语言软件，交互式的模型输入与 Simulink 工具箱是 Matlab 软件的扩展。Simulink 是一种用来对系统进行可视化建模、 动态仿真与分析的集成环境，为用户提供了用框图进行建模 仿真的图形接口。因此，利用 Matlab 语言及其 Simulink 工具 箱对通抗接收机进行仿真和分析是非常方便有效的。 2 超外差接收机的建模 超外差接收体制是短波全景接收机经常采用的一种接收 机体制[2]。预选器从密集的信号环境中选出一定通带内的信 号，通过高放送入混频器中，与本振电压差拍变为中频信号； 再经过中放、检波和低放，送给处理器；通过改变本振频率 实现频率搜索。 2.1 数学模型建立 天线接收的射频信号经过传输信道后十分微弱，应用频 率搬移的方法，可以将增益分配到工作在不同频段的若干放 大器上，在获得很高增益的同时又保证了系统的稳定。 t ω ω 0 )cos a = M cos 天线接收调幅波为 t v V (1 + 0 高放后 v A v ⋅ v 1 = (1) cos v A = ⋅ 1 经混频、滤波，得 A v A V ⋅ V 2 0 2 A A V ⋅ 2 t ω 1 = V 0 ( 1 + M a ( 1 + M a cos ω ω ω 0 cos − t 1 ) ( cos ω ω ω 0 cos + t 1 ) ( ) t − ) t × = Av 1 中频放大后得 v v 3 2 检波结果为 v v 3 ( 4 − ω ω 0 ) t 搬移低频放大得 v 5 cos A V v 4 = − = 2 1 A 2 ⎛ ⎜ ⎝ = A 2 V A A V V 0 1 ( 1 + M a cos t ω ) A A V V V 1 0 = ⎞ ⎟ ⎠ A 2 A A A V M V V 2 0 V 1 cos tω a 可以看出，如果整个系统用一个表达式表示，不但繁琐， 而且接收过程不清楚。因此，采用了递推方式的模型，力争 把接收的每个环节都在 Simulink 中体现并得到仿真结果。 2.2 仿真中的等效低通信号 = ( ) r t ( ) x t 对于载波调制系统，低通等效方法是仿真的主要方法。 应用低通等效信号构建仿真模型可以显著降低系统的采样速 率。低通等效方法本身是直观的，简要描述如下：任何载波 调制信号 x(t)都可表示为 ( ) t φ Re = ⎦ (2) ⎤ 其中，r(t)是信号的幅度调制； ( )tφ 是相位调制；fc 是载波频 作者简介：吴微露(1973－)，女，讲师、硕士，主研方向：通信对抗 装备；丁亚飞，教授 收稿日期：2009-05-13 E-mail：xj_wwl7202@sohu.com cos 2 ⎡ ⎣ ( ) r t f t π + c ( ) r t Re ( ) j t φ f t π + c ( ) t φ ⎡ ⎣ ⎤ ⎦ ⎡ ⎣ = e e ⎤ ⎦ e f t c π 2 2 ) j ( j —223— 

= ( ) ( ) e j t r t φ 率。信号 ( ) x t 明显包括所有相关的信息变量，且具 有低通的性质，它常被称为信号的复低通等效或信号的复包 络。式(2)用来表示 x(t)的低通等效。如果 x(t)的带宽是 B，则 窄带条件 B<

控制模块主要由控制器和接口电路组成。控制模块采用 SOPC 技术实现，其原理框图如图 5 所示。用硬件描述语言 Verilog HDL 建立各接口模型，然后使用 SOPC Builder 软件 定制符合设计需要的 Nios II 软核处理器系统，再用 Quartus II 软件将 Nios II 处理器系统与接口的 Verilog HDL 模型一起编 译综合，并下载到 FPGA 中，从而生成一个硬件系统。使用 Nios II IDE 来为此系统中的 CPU 开发系统软件并下载运行， 最终得到一个完整的 SOPC 控制模块。 FPGA 来自测控 计算机的 命令 Inst. Data Avalon 交换 架构 Nios II 处理器 各 种 控 制 器 核 配置控 制器 配置文 件和应 用程序 存储 Flash 上下 位机 通信 总线 测控 计算机 RTUA 内部 总线 各可编 程调理 模块(数 字/模拟) RS232/RS422/ RS485接口电路 1394接口电路 USB接口电路 SCI接口电路 SPI接口电路 I2C接口电路 图 5 控制模块原理框图 在图 5 中，配置控制器根据上位机发来的命令从配置文 件 Flash 存储器中调用相应的配置文件对 FPGA 进行配置。 一般来说，先将被测对象进行分类，同种类型的被测对象其 信号调理电路具有较大的共性，可采用一个配置文件。控制 模块根据当前的被测对象类型采用 FPGA 重新配置的方式可 以形成一个匹配的下位机环境。同时，通过上下机通信总线 可以对信号调理模块实时编程配置以适应被测对象不同信号 的测试需求，实现了硬件系统可重构和信号调理电路可复用， 为被测对象的并行测试提供了有力的硬件支持。 8 RTUA 软件设计与实现 本文采用 Nios II IDE 进行 RTUA 软件开发。Nios II IDE 提供的硬件抽象层(HAL)系统库可以使上层应用程序方便地 访问系统硬件，用户只要改变上层应用程序就可以实现对系 统硬件的不同调用，从而改变系统的功能，达到重构的目的。 RTUA 软件体系结构如图 6 所示。 HAL 系统库与 ANSI C 标准库一起构成 HAL 的运行环 境。控制模块应用程序基于 HAL 开发，与测控计算机进行实 时交互。测控计算机采用 COM 组件 RTUA_COM 对 RTUA 进行通信和配置管理等功能。基于 COM 规范，当 RTUA 需 要升级改版时，如需添加新类型的插件板，只要增加新的 COM 接口即可，并且新接口可以不影响老接口的使用，可在 不更新代码情况下继续使用老的接口，从而实现了软件组件 功能重构，便于主测控软件的编写和管理。各外围设备的驱 动也是基于 HAL 的。 在实际测试过程中，主测控软件先根据当前被测对象类 型通过 RTUA_COM 组件调用合适的配置文件对 RTUA 进行 配置，构建一个适合被测对象的 RTUA 下位机环境。下位机 与上位机进行实时通信，下位机根据上位机发送的命令进行 各调理模块的配置、监控信息和参数的上传等。 主测控软件 配置管理 功能模块 测试流程 数据库 测控计算机 （上位机） RTUA_COM ANSI C HAL API 控制模块应用程序 ANSI C HAL API HAL HAL 控制模块 (下位机) 设备 驱动1 设备 驱动2 系统 硬件1 系统 硬件2 … … 设备 驱动n 系统 硬件n 系统硬件 图 6 RTUA 软件体系结构 9 结束语 本文提出一种自动测试系统可重构测试接口适配器设计 思想，与传统 TUA 设计相比，RTUA 的设计过程较复杂，但 却实现了 TUA 的通用性和扩展性。采用 RTUA 可以减少适 配器的数量、降低测试系统的构建成本，有效解决了资源专 用和适配器重复开发问题。 参考文献 [1] 李行善, 左 毅, 孙 杰. 自动测试系统集成技术[M]. 北京: 电 子工业出版社, 2004. [2] 刘京威, 曹 原, 郑全弟, 等. 基于 USB 总线技术的 ATS 信号调 理平台硬件设计[J]. 微计算机信息, 2005, 21(7): 6-8. [3] Sun Baojiang. Qin Honglei, Shen Shituan. An Automatic Design Technique for Hardware System of ATS[C]//Proceedings of AUTOTESTCON’06. New York, USA: [s. n.], 2006. [4] 陈 粤, 边泽强, 孟晓风. 基于信号参数集最小距离的并行测试 任务调度算法[J]. 系统仿真学报, 2006, 18(9): 2409-2411. [5] 孙宝江, 秦红磊, 胡文明, 等. 自动测试系统适配器自动设计技 术[J]. 航空学报, 2007, 28(3): 703-707. 编辑 顾姣健 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ (上接第 224 页) [3] 徐明远, 邵玉斌. Matlab 仿真在通信与电子工程中的应用[M]. 参考文献 [1] 罗 佳. 通信侦察测频接收机的建模与仿真[J]. 系统仿真学报, 西安: 电子科技大学出版社, 2005. 2006, 18(10): 2940-2944. [4] 邵玉斌. Matlab/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析[M]. 北 [2] 王启峰. 外差式接收机的动态性能分析[J]. 舰船电子工程, 2007, 京: 清华大学出版社, 2008. 27(6): 61-63. —228— 编辑 张 帆