卫星导航系统干扰信号源基带设计与实现
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I(n)
m 序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的序 列，一个 n 级的线性反馈移位寄存器有 n 个串联的寄 存器和一个模 2 加法反馈逻辑组成。图中 Ci 代表反馈 线的连接状态，若 Ci 为 1 代表反馈连接，为 0 代表反 馈断开。 BPSK 调制将二进制的码流映射为 1 ，与载波相 乘后即可完成 BPSK 信号的产生。
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
Design and Implementation of baseband for jamming signal generator in satellite navigation system
Xu Lei1，2
1. The 54th Research Institute of CECT, Shijiazhuang,China 2. Satellite Navigation Technology and Equipment Engineering Technology Research Center of Hebei province, Shijiazhuang, China
K 'j
Figure 2. Curve: block diagram of the IF signal generation board 图 2.中频信号产生板卡结构框图
本文在中频信号产生板卡的FPGA上采用DDS技 术实现了单频、扫频、脉冲、调制、高斯白噪声、跳 频等多种复杂干扰信号的生成，输出信号的带宽最高 达70MHz，中频在0~400MHz连续可调。
S I (t ) cos(2k f t m( )d ) t S (t ) sin( 2k f m( )d ) Q
Figure 6. Curve: block diagram of the BPSK signal 图 6.BPSK 信号实现框图
码钟采用 DDS 的方式实现， 相位累加器的最高位 即为产生的时钟。频率控制字的计算方法与式（2）相 同。 基带脉冲序列可由m序列产生，m序列实现框图 如图7所示。
xuleipower @126.com Abstract: Jamming signal generator can generate navigation against signal, which is a special testing equipment provides evaluation for the anti-jamming performance of navigation system and user terminal, and then promoting anti-jamming capability of the system, enhancing the viability of navigation systems in complex electromagnetic environment and confrontation conditions. With the rapid development of ultra-high-speed DACs, high-performance FPGA, and other electronic devices, the use of digital frequency synthesis (DDS) method to produce any signal has been more widely used. The article using DDS method generated single-frequency, swept, pulse, modulated, gaussian white noise, frequency-hopping and other complex jamming signal on a common hardware platform. The output frequency can be adjusted from 0 to 400MHz continuously, test results show that the IF signal quality meets the requirements. Keywords: global navigation satellite system; Jamming signal generator; DDS
由于正余弦波形的对称性，波形存储器只需存储一个 象限的波形。相位累加器用于波形寻址的有效A位输 出中，高两位被用作确定象限，低（A-2）位用来寻 址波形存储器。频率控制字K的计算公式为 f (2) K o 2N fc 式中， f o 为输出信号频率， f c 为系统时钟频 率。
3 干扰基带信号设计与实现
1 T
ห้องสมุดไป่ตู้
fc
Figure 4. Curve: block diagram of the swept signal 图 4.扫频信号实现框图
3.1 单频信号产生
单频信号的表达式为 S (t ) Ae j 2fot 式中 A 为信号的幅值， f o 为信号的频率。 实现框图如图 3 所示。 (1)
卫星导航系统干扰信号源基带设计与实现
许磊 1，2
1.中国电子科技集团公司第54研究所，石家庄，中国，050081 2.河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心，石家庄，中国，050081 xuleipower @126.com
【摘要】干扰信号源主要完成导航对抗信号的产生，为导航应用系统和用户终端抗干扰性能的评估提 供专用的测试设备，进而促进系统抗干扰能力的提升，增强导航系统在复杂电磁环境、对抗条件下的 生存能力。随着超高速 DAC、高性能FPGA等电子器件的迅速发展，利用直接数字频率合成(DDS)方 法来产生任意波形信号得到了越来越广泛的应用。 本文在通用的硬件平台上采用DDS技术实现了单频、 扫频、脉冲、调制、高斯白噪声、跳频等多种复杂干扰信号的生成，基带板卡的中频输出在0~400MHz 范围内连续可调，经测试验证产生的信号质量符合要求。 【关键词】卫星导航；干扰源；DDS
? ? ? ? ? ? SRAM SRAM
3.2 扫频信号产生
扫频信号的表达式为
S (t ) Ae
j 2 ( fo f j t 2 / 2 )
(3)
式中 f o 为扫频信号的中心频率， f j 为频率变化 率。由表达式（3）可得信号的瞬时频率为 t2 1 d f (t ) 2 ( f o f j ) f o f j t (4) 2 dt 2 用数字的方法实现，t 被离散的采样点 n 代替， T 为频率增量 f j' 的更新周期，瞬时频率函数 f (n) 为
2 干扰信号源总体设计方案
干扰信号源采用一种基于“上位机+PCI总线
资助信息：本论文受科技支撑项目（2011BAH24B04）资助
Figure 1. Curve: overall block diagram of the jamming signal generator 图 1.干扰信号源总体结构框图
图 3.单频信号实现框图
fc
Figure 3. Curve: block diagram of the single-frequency signal
脉冲宽度计数控制字的表达式为 K W round (TW f c ) 1 脉冲信 式中 TC 为脉冲周期，TW 为脉冲宽度。
(9)
实现时采用单象限波形存储结构。 在这种结构中，
在相位累加器前面增加一个提供快速频率变化的 频率累加器。该频率累加器的输入为初始频率控制字 K o 以及频率增量控制字 K 'j ，控制字的计算公式为 f (6) Ko o 2N fc
K 'j f j' fc 2N f j T fc 2N
(7)
3.3 脉冲信号产生
脉冲信号重复周期和脉冲宽度的控制可以 通过计数器和比较器实现。周期计数控制字的表 达式为 K T round (TC f c ) 1 (8)
+FPGA+DSP+DAC+模拟正交调制”的架构，可用于 多类型、多带宽、输出中频可变的干扰信号波形实时 产生。干扰信号源的总体结构框图如图1所示。
上位机软件
PCI总线
时 频 单 元
中频 信号 产生 板卡
中频 信号 产生 板卡
中频 信号 产生 板卡
射 频 单 元
射 频 单 元
射 频 单 元
射 频 单 元 射频输出
C0
C1
C2
Cn
Figure 7. Curve: block diagram of the M sequence 图 7.m 序列实现框图
(11)
由于调制信号是在数字域上实现，所以式（11） 中的积分采用数字累加的方法实现，调频信号的离散 数学表达式为 n ( m (iTs ) m ((i 1)Ts )) ) S (n) cos(k f Ts i 1 I 2 (12) n ( m (iTs ) m ((i 1)Ts )) S (t ) sin(k T ) f s i 1 Q 2 FM信号的实现框图如图5所示，用数字累加的方 法求出相位值，并将相位值转换为相位地址，再通过 查找正余弦波形存储器输出I、Q基带数据。
1 引言
导航干扰信号源作为导航对抗信号的生成设备， 可以根据用户设置的干扰场景发射不同强度、不同类 型、不同频段、各种组合的干扰信号，从而为导航应 用系统和用户终端提供抗干扰测试环境。干扰信号源 必须具有足够的灵活性和一定的扩展性，以便实现对 各类型干扰信号的模拟仿真。 干扰信号源包括上位机软件、中频信号产生板卡 和射频模拟调制电路三大模块。本文着重研究各类型 干扰信号的基带实现，这是整个干扰源信号产生的核 心环节，最后给出了板卡输出信号的测试结果。
中频信号产生板卡由DSP、 高性能FPGA、 SRAM、 时钟分配芯片、高速DAC等组成，结构框图如图2所 示。上位机通过PCI总线将干扰信号的状态参数、控 制命令传送给带有PCI接口的DSP，DSP将解析后的参 数发送给FPGA，由FPGA完成干扰基带信号的模拟， 并将数字信号送到高速DAC完成I、Q正交调制及D/A 变换。
' f f ( n) f o i 0 j n 1
? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 1#I ? ? ? ? 1#Q
(5)
PCI ? ?
DSP
FPGA
? ? DAC
? ? ? ? 2#I
由式（5）可知，使用两级累加器可实现扫频信 号的产生，实现框图如图 4 所示。
Ko
? ? ? ? 2#Q FLASH SRAM SRAM ? ? ? ?
3.5 高斯白噪声信号产生
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
号的脉内特性可以为单载波、线性调频信号等。 用脉冲信号的上升沿作为触发控制单载波和线性 调频信号的产生，单载波和线性调频信号可以采 用前两小节讨论的方法实现。
频率控 制字K
相位 M序 码钟 码流 BPSK 累加 列产 调制 器 生器
输出
3.4 调制信号产生
调制分为模拟调制和数字调制，模拟调制包括 AM、FM、PM，数字调制包括ASK、FSK、PSK。现 以FM和BPSK这两种典型的信号为例对实现方法进行 讨论。 3.4.1 FM信号 调频（FM）是一种非线性调制，是指载波的瞬时 频率随着基带信号成比例变化的调制，即 d D f m(t ) (10) dt 式中 D f 2k f 为调制指数， m(t ) 为基带信 号。由式（10）可得调频信号的表达式为
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
干扰信号源由上位机软件、中频信号产生板卡和 模拟射频调制单元组成。上位机软件根据用户设置的 干扰场景，完成干扰信号的参数控制、功率控制、播 发控制以及各个板卡的状态监控。中频信号产生板卡 接收上位机下发的信号参数，完成干扰基带信号生成 以及相对频率、电平的精确控制，并将基带信号调制 到中频输出。模拟射频调制单元将中频信号调制到指 定频点。
m 序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的序 列，一个 n 级的线性反馈移位寄存器有 n 个串联的寄 存器和一个模 2 加法反馈逻辑组成。图中 Ci 代表反馈 线的连接状态，若 Ci 为 1 代表反馈连接，为 0 代表反 馈断开。 BPSK 调制将二进制的码流映射为 1 ，与载波相 乘后即可完成 BPSK 信号的产生。
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
Design and Implementation of baseband for jamming signal generator in satellite navigation system
Xu Lei1，2
1. The 54th Research Institute of CECT, Shijiazhuang,China 2. Satellite Navigation Technology and Equipment Engineering Technology Research Center of Hebei province, Shijiazhuang, China
K 'j
Figure 2. Curve: block diagram of the IF signal generation board 图 2.中频信号产生板卡结构框图
本文在中频信号产生板卡的FPGA上采用DDS技 术实现了单频、扫频、脉冲、调制、高斯白噪声、跳 频等多种复杂干扰信号的生成，输出信号的带宽最高 达70MHz，中频在0~400MHz连续可调。
S I (t ) cos(2k f t m( )d ) t S (t ) sin( 2k f m( )d ) Q
Figure 6. Curve: block diagram of the BPSK signal 图 6.BPSK 信号实现框图
码钟采用 DDS 的方式实现， 相位累加器的最高位 即为产生的时钟。频率控制字的计算方法与式（2）相 同。 基带脉冲序列可由m序列产生，m序列实现框图 如图7所示。
xuleipower @126.com Abstract: Jamming signal generator can generate navigation against signal, which is a special testing equipment provides evaluation for the anti-jamming performance of navigation system and user terminal, and then promoting anti-jamming capability of the system, enhancing the viability of navigation systems in complex electromagnetic environment and confrontation conditions. With the rapid development of ultra-high-speed DACs, high-performance FPGA, and other electronic devices, the use of digital frequency synthesis (DDS) method to produce any signal has been more widely used. The article using DDS method generated single-frequency, swept, pulse, modulated, gaussian white noise, frequency-hopping and other complex jamming signal on a common hardware platform. The output frequency can be adjusted from 0 to 400MHz continuously, test results show that the IF signal quality meets the requirements. Keywords: global navigation satellite system; Jamming signal generator; DDS
由于正余弦波形的对称性，波形存储器只需存储一个 象限的波形。相位累加器用于波形寻址的有效A位输 出中，高两位被用作确定象限，低（A-2）位用来寻 址波形存储器。频率控制字K的计算公式为 f (2) K o 2N fc 式中， f o 为输出信号频率， f c 为系统时钟频 率。
3 干扰基带信号设计与实现
1 T
ห้องสมุดไป่ตู้
fc
Figure 4. Curve: block diagram of the swept signal 图 4.扫频信号实现框图
3.1 单频信号产生
单频信号的表达式为 S (t ) Ae j 2fot 式中 A 为信号的幅值， f o 为信号的频率。 实现框图如图 3 所示。 (1)
卫星导航系统干扰信号源基带设计与实现
许磊 1，2
1.中国电子科技集团公司第54研究所，石家庄，中国，050081 2.河北省卫星导航技术与装备工程技术研究中心，石家庄，中国，050081 xuleipower @126.com
【摘要】干扰信号源主要完成导航对抗信号的产生，为导航应用系统和用户终端抗干扰性能的评估提 供专用的测试设备，进而促进系统抗干扰能力的提升，增强导航系统在复杂电磁环境、对抗条件下的 生存能力。随着超高速 DAC、高性能FPGA等电子器件的迅速发展，利用直接数字频率合成(DDS)方 法来产生任意波形信号得到了越来越广泛的应用。 本文在通用的硬件平台上采用DDS技术实现了单频、 扫频、脉冲、调制、高斯白噪声、跳频等多种复杂干扰信号的生成，基带板卡的中频输出在0~400MHz 范围内连续可调，经测试验证产生的信号质量符合要求。 【关键词】卫星导航；干扰源；DDS
? ? ? ? ? ? SRAM SRAM
3.2 扫频信号产生
扫频信号的表达式为
S (t ) Ae
j 2 ( fo f j t 2 / 2 )
(3)
式中 f o 为扫频信号的中心频率， f j 为频率变化 率。由表达式（3）可得信号的瞬时频率为 t2 1 d f (t ) 2 ( f o f j ) f o f j t (4) 2 dt 2 用数字的方法实现，t 被离散的采样点 n 代替， T 为频率增量 f j' 的更新周期，瞬时频率函数 f (n) 为
2 干扰信号源总体设计方案
干扰信号源采用一种基于“上位机+PCI总线
资助信息：本论文受科技支撑项目（2011BAH24B04）资助
Figure 1. Curve: overall block diagram of the jamming signal generator 图 1.干扰信号源总体结构框图
图 3.单频信号实现框图
fc
Figure 3. Curve: block diagram of the single-frequency signal
脉冲宽度计数控制字的表达式为 K W round (TW f c ) 1 脉冲信 式中 TC 为脉冲周期，TW 为脉冲宽度。
(9)
实现时采用单象限波形存储结构。 在这种结构中，
在相位累加器前面增加一个提供快速频率变化的 频率累加器。该频率累加器的输入为初始频率控制字 K o 以及频率增量控制字 K 'j ，控制字的计算公式为 f (6) Ko o 2N fc
K 'j f j' fc 2N f j T fc 2N
(7)
3.3 脉冲信号产生
脉冲信号重复周期和脉冲宽度的控制可以 通过计数器和比较器实现。周期计数控制字的表 达式为 K T round (TC f c ) 1 (8)
+FPGA+DSP+DAC+模拟正交调制”的架构，可用于 多类型、多带宽、输出中频可变的干扰信号波形实时 产生。干扰信号源的总体结构框图如图1所示。
上位机软件
PCI总线
时 频 单 元
中频 信号 产生 板卡
中频 信号 产生 板卡
中频 信号 产生 板卡
射 频 单 元
射 频 单 元
射 频 单 元
射 频 单 元 射频输出
C0
C1
C2
Cn
Figure 7. Curve: block diagram of the M sequence 图 7.m 序列实现框图
(11)
由于调制信号是在数字域上实现，所以式（11） 中的积分采用数字累加的方法实现，调频信号的离散 数学表达式为 n ( m (iTs ) m ((i 1)Ts )) ) S (n) cos(k f Ts i 1 I 2 (12) n ( m (iTs ) m ((i 1)Ts )) S (t ) sin(k T ) f s i 1 Q 2 FM信号的实现框图如图5所示，用数字累加的方 法求出相位值，并将相位值转换为相位地址，再通过 查找正余弦波形存储器输出I、Q基带数据。
1 引言
导航干扰信号源作为导航对抗信号的生成设备， 可以根据用户设置的干扰场景发射不同强度、不同类 型、不同频段、各种组合的干扰信号，从而为导航应 用系统和用户终端提供抗干扰测试环境。干扰信号源 必须具有足够的灵活性和一定的扩展性，以便实现对 各类型干扰信号的模拟仿真。 干扰信号源包括上位机软件、中频信号产生板卡 和射频模拟调制电路三大模块。本文着重研究各类型 干扰信号的基带实现，这是整个干扰源信号产生的核 心环节，最后给出了板卡输出信号的测试结果。
中频信号产生板卡由DSP、 高性能FPGA、 SRAM、 时钟分配芯片、高速DAC等组成，结构框图如图2所 示。上位机通过PCI总线将干扰信号的状态参数、控 制命令传送给带有PCI接口的DSP，DSP将解析后的参 数发送给FPGA，由FPGA完成干扰基带信号的模拟， 并将数字信号送到高速DAC完成I、Q正交调制及D/A 变换。
' f f ( n) f o i 0 j n 1
? ? ? ? ? ?
? ? ? ? 1#I ? ? ? ? 1#Q
(5)
PCI ? ?
DSP
FPGA
? ? DAC
? ? ? ? 2#I
由式（5）可知，使用两级累加器可实现扫频信 号的产生，实现框图如图 4 所示。
Ko
? ? ? ? 2#Q FLASH SRAM SRAM ? ? ? ?
3.5 高斯白噪声信号产生
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
号的脉内特性可以为单载波、线性调频信号等。 用脉冲信号的上升沿作为触发控制单载波和线性 调频信号的产生，单载波和线性调频信号可以采 用前两小节讨论的方法实现。
频率控 制字K
相位 M序 码钟 码流 BPSK 累加 列产 调制 器 生器
输出
3.4 调制信号产生
调制分为模拟调制和数字调制，模拟调制包括 AM、FM、PM，数字调制包括ASK、FSK、PSK。现 以FM和BPSK这两种典型的信号为例对实现方法进行 讨论。 3.4.1 FM信号 调频（FM）是一种非线性调制，是指载波的瞬时 频率随着基带信号成比例变化的调制，即 d D f m(t ) (10) dt 式中 D f 2k f 为调制指数， m(t ) 为基带信 号。由式（10）可得调频信号的表达式为
第四届中国卫星导航学术年会电子文集
干扰信号源由上位机软件、中频信号产生板卡和 模拟射频调制单元组成。上位机软件根据用户设置的 干扰场景，完成干扰信号的参数控制、功率控制、播 发控制以及各个板卡的状态监控。中频信号产生板卡 接收上位机下发的信号参数，完成干扰基带信号生成 以及相对频率、电平的精确控制，并将基带信号调制 到中频输出。模拟射频调制单元将中频信号调制到指 定频点。