一体化UHF/VHF/HF频段数据链测试仪的硬件设计

张丙飞 张刚

摘要：针对一体化UHF/VHF/HF频段一线数据链测试仪的硬件设计及工程实现进行了研究，在梳理一线数据链测试仪使用需求的基础上，立足现有成熟技术，采用模块化和组合化的设计方法，通过合理划分和共用模块，克服了由于短波和超短波的频率特性差异造成的硬件共用程度相对较低等问题，既满足了小型化和便携式的要求，又提高了设备的维护性、降低了研制风险。为降低数据链系统测试时对人员数量的要求，提高易用性，采用了无线遥控测试功能，经工程实践证明，可满足实际使用需要。

关键词：短波；超短波；数据链；测试仪；遥控

中图分类号：TN98文献标志码：A文章编号：1008-1739（2019）23-62-3

0引言

数据链从诞生至今，发展迅猛，目前已经成为现代军事的核心技术之一。各国均在努力发展数据链技术，典型的数据链有Link4，Link11，Link16等[1-2]。由于通信本身的固有特性，超短波通信稳定，但不能进行超视距通信，短波虽然具有超视距的通信功能，但是易受环境影响，通信不稳定、效果不佳。为保证不同环境下的通信需要，一般采用了超短波和短波2种通信体制来实现，兼顾了视距和超视距通信，Link11数据链就是典型代表[3]。

本文主要针对上述情况的一线测试仪的硬件设计开展研究工作。一线测试设备以功能检测为主要目的，一般外场使用，每次任务前均需开展，使用频次较高，对设备的便携性要求较高。张茜开展了超短波数据链测试仪的设计工作[4]，未对综合短波和超短波数据链检测功能及满足一线使用具有便携性要求的数据链测试仪进行研究。谢家鼎和钱柄利开展了基于软件无线电的数据链技术的研究工作[5-6]。向国菊提出了采用软件无线电的设计方法设计便携式数据链测试仪[7]，但是不能利用现有的成熟技术，工程实施时需要的工作量较大，技术风险不可控。

综上所述，能够利用现有成熟技术，设计一种综合短波和超短波数据链检测功能的一线数据链检测仪，具有实际应用价值。本文采用模块化和组合化的设计方法，通过合理划分和共用模块，克服了由于短波和超短波的频率特性差异造成的硬件共用程度相对较低等问题，具有小型化和便携式的特点。方案中还增加了无线遥控测试功能，降低了数据链系统测试对人员数量的要求，提高了易用性。

1工作方式与系统原理

1.1工作方式

在进行数据链系统测试时，受检数据链系统与数据链测试仪一般位于2个不同的物理位置，同时操控十分不便。因此，本系统在数据链测试仪中增加了遥控终端，由遥控终端遥控数据链测试仪主机。使用时，检测人员使用遥控终端在位于受检数据链系统一侧，通过操作受检数据链系统和使用遥控终端操作数据链测试仪主机完成数据链测试工作。

数据链测试仪主机、遥控终端和受检数据链系统之间的信息关系如图1所示。数据链测试仪主机与受检的数据链系统按照现有的数据链模式进行通信，支持各种通信方式的联通及测试。数据链测试仪主机与数据链测试仪遥控终端通过独立的射频线路联通，实现测试参数的设置、测试命令的下发和测试结果的回传。

1.2系统原理

数据链测试仪主机由主机和遥控终端组成。数据链测试仪主机由数据链模块、超短波通信模块、短波通信模块、检测显控模块、终端通信及接口转换模块、功放单元和电源模块等组成，原理框图如图2所示。

電源模块为系统提供所需的各种电源；数据链模块、超短波通信模块和短波通信模块构成核心数据链系统，与受检的数据链系统采用相同的技术体制；功放模块使用波段开关控制技术，实现超短波通信模块和短波通信模块分时共用。

2设计与实现

2.1模块设计

在实物上数据链测试仪分为主机和遥控终端2部分，主机由数据链模块、超短波通信模块、短波通信模块、检测显控模块、终端通信及接口转换模块、功放单元和电源模块组成端组成。各个功能模块由相应的板卡组合实现功能，具体由图3所示。

2.1.1检测显控模块

检测显控模块用于实现检测流程的实施控制及结果显示，内置检测处理软件主要由CPU板、键盘板和显示器等部分组成，与短波通信模块、超短波通信模块、数据链模块和终端通信模块交联，完成控制及信息的传递。检测显控模块的实物形式为1个显控盖板，通过自定位连接插座与上述机箱内其他模块交联，便于安装和拆卸。

2.1.2数据链模块

数据链模块实现数据链核心功能，与受检数据链系统的技术体制一致，由1个板卡组成。

2.1.3超短波通信模块

超短波通信模块实现超短波信道小信号级的处理功能，由主控板、调制解调板、发信道板、收信道板和超短波频合板5个板卡组成，原理框图如图4所示。

2.1.4短波通信模块

短波通信模块实现短波信道小信号级的处理功能，采用接收与发射部分电路共用的方案，由收发信道板和短波频合板组成，主要完成短波信道的收发，其原理框图如图5所示。

2.1.5终端通信及接口转换模块

终端通信及接口转换模块完成各模块之间信号转接、交联及遥控终端通信信道的处理，由1个板卡组成。

2.1.6功放模块

功放模块设计为宽带功放，超短波和短波共用，分时切换工作。功放模块主要由放大调幅模块、功率放大模块、收发开关、波段开关、滤波器及匹配电路和定向耦合器组成，其原理框图如图6所示。

为了与短波天线匹配，在功放模块的短波LC滤波器后端增加天线阻抗匹配电路，以达到在该波段内与天线的匹配，实现短波天线调谐功能，减小了整机体积。

2.1.7电源模块

电源模块将输入的单一供电电源转换为各个模块所需电源。

2.1.8遥控终端

遥控终端采用手持式方式设计，通过优化结构，使整机小型化；采用内置锂电池组供电，提高便携性；采用OLED显示屏，提高低温及高亮环境的适应性。遥控终端主要由CPU核心模块、显控模块、无线收发模块、电源模块、内置锂电池组和电源适配器组成。

2.2结构设计

数据链测试仪主机采用箱式结构，前面和左右两侧面各装一个把手，左侧板上部两侧分别安装有超短波和终端通信天线插座；右侧板右上部安装短波天线插座；后部安装交、直流电源插座。

内部采用模块化接口设计，底部安装母板，各模块直接插在母板上，并采用楔条锁紧装置，能够快速拆卸，底部母板提供各个板卡的供电及板卡间线路的交联。外形及内部结构示意图如图7所示。

3结束语

采用模块化和组合化的方法设计，通过共用电源模块和功放模块，有效降低了整机的尺寸和重量。通过合理的模块划分，采用快卸模块安装和母板连接的实现方式，使系统布局紧凑，提高了空间利用率，缩小了尺寸，同时提高了系统的维修性。通过增加遥控功能，降低检测时对人员的需求，提高了效率。工程实现的数据链测试仪具有小型化、便携式和易用性等特点，可满足实际使用需要。相较于传统以简单方式综合短波设备、超短波设备、数据链设备和检测显控设备的实现方法和采用软件无线电的实现方法，本文设计的一线测试仪，兼具了技术成熟和便携性的优点，可用于工程实现。

参考文献

[1]余晓刚，王华，龚诚.美军主要战术数据链介绍[J] .航空电子技术，2002（3）：25-28.

[2]孙义明，杨丽萍.信息化战争中的战术数据链[M].北京：北京邮电大学出版社，2005.

[3]韩剑，张杰.Link11數据链特点及干扰方法[J].电子信息对抗技术，2014，29（2）：39-43.

[4]张茜.超短波数据链测试仪设计[D].成都：电子科技大学， 2013.

[5]谢家鼎.基于软件无线电的数据链关键技术研究[D].西安：西安电子科技大学，2013.

[6]钱柄利.基于软件无线电的数据链信号检测技术研究[D].沈阳：沈阳理工大学，2016.

[7]向国菊.便携式数据链测试系统的设计[J].中国新通信， 2018，20（1）：69-71.