基于IC—R8500的宽带搜索接收机设计与实现

1.引言

IC-R8500是iCom公司研制的一款功能强大，性能卓越的通用接收机，由于其具备很宽频率覆盖范围（0.1MHz-2000MHz）、较高的接收灵敏度、多种多样的接收解调方式及输出方式，已为无线电管理部门、广播电视系统、国家安全部门、公安系统以及民航等单位音频监控的首选设备之一。

IC-R8500接收机虽然也提供扫描搜索信号功能，但是其扫描模式仍然是以点频或信道切换的方式进行的（最高扫描速度仅为40信道/秒），这直接导致该接收机在一些需要高速扫描的应用中受到局限。本文通过宽带AD与高速DSP处理相结合的方法，实现了在通用计算机上对短波波段（0.5MHz-30.0MHz）信号的宽带搜索、数据采集、处理及显示。

2.总体方案设计

IC-R8500接收机具备三个中频输出端口：一中频、二中频、三中频，其中一中频在不同波段各不相同（分别是48.8MHz、778.7MHz、266.7MHz），二中频则固定为10.7MHz，三中频为0.455MHz。本文采用对二中频（10.7MHz）输出进行带通采样（采样速率为8MHz），采样后的数据传输到DSP处理卡进行FFT及加窗等处理，然后通过PCI总线传输给工控机进行相关的分析和显示，接收机相关参数的设置和控制则通过RS232串口实现。据此，我们给出总体设计方案如图1所示。

实际设计中，我们提取二中频信号带宽为2.0MHz，这样只要经过对不到15帧的数据进行处理即可实现对0.5MHz-30.0MHz整个短波波段的快速扫描搜索，搜索时间大大缩短，频率分辨率也得到了较大的提高。

3.软件模块设计与实现

本系统软件核心功能模块主要有：IC-R8500接收机控制模块（R8500ctrl）、数据采集与DSP处理模块（DataAcquisitor）、模拟的宽带搜索接收机模块（CScanReceiver）。其中模拟的宽带搜索接收机模块通过底层IC-R8500接收机控制模块对接收机相关工作参数（如工作频率等）进行设置，然后启动数据采集模块采集数据，同时调用DSP处理模块对采样数据实施FFT等处理，经过处理的数据经过计算机PCI数据总线传输到内存中，由系统软件进行相关显示和分析。其中R8500ctrl控制器模块和DataAcquisitor数据采集处理模块使用两个不同的动态链接库（Dll）实现，模拟搜索接收机模块使用C++类实现，控制器模块和数据采集处理模块之间的同步使用C++语言中的信号量实现，各模块的逻辑结构如图2所示。

3.1 IC-R8500接收机控制模块

IC-R8500接收机具备两种操作模式：本地面板操作模式和远程程序控制操作模式，并且两者可以方便切换，iCom公司针对IC-R8500/R7100/R75等接收机统一制定了专门的基于RS232接口的通信协议—CIV数据通信协议。通过该数据通信协议，使用高级程序设计语言即可方便实现对接收机工作参数的设置及对接收机各种状态信息的读取，该CIV数据通信协议按照数据流向可分为两大类：PC机通过RS232串口发往接收机的数据通信协议（图3）及接收机通过RS232串口发往PC机的数据通信协议（图3）。

控制器模块R8500ctrl采用Win32标准动态链接库实现，内部封装了对接收机的主要操作函数，如：电源开关、接收机初始化、设置工作频率、前端天线衰减、AGC控制、频率步进等。

3.2 数据采集处理模块

数据采集处理模块完成两个功能：数据采集和数据处理，其中数据采集由A/D模块实现，数据处理则由DSP模块实现，采集和处理的同步由硬件通过中断方式实现，通常可将这两个模块集成在一个PCB板卡上，通过PCI总线和计算机集成。

该部分的软件功能主要是通过硬件驱动程序实现启动数据采集，DSP数据处理完毕后发送消息通知操作系统取回处理之后的时域/频域数据。数据采集处理模块DataAcquisitor采用Win32标准动态链接库实现，内部封装了对采集处理卡的主要操作函数，如：板卡打开/关闭、采样速率设置、DMA缓冲设置、同步对象设置、启动/停止数据采集等。

3.3 宽带搜索接收机模块模块

宽带搜索接收机模块通过宽带数据采集处理模块实现在频域对信号的搜索，这种搜索方式可以在一帧数据中实现对2MHz带宽的全部信号的频域搜索，较IC-R8500提供的频率或信道搜索方式速度快、频率分辨率高。

搜索接收机模块CScanReceiver在逻辑上封装了IC-R8500接收机控制器和Data-Acquisitor数据采集处理模块两个子模块。其工作流程如图4所示。

4.测试与结果

4.1 IC-R8500接收机理论搜索速度与频率分辨率

使用IC-R8500接收机内置的信道搜索功能，其最高搜索速度为40信道/秒，以短波波段信道带宽4KHz为例，则扫描整个0-30MHz频率范围需要时间和频率分辨率分别为：

4.2 本文方法搜索速度与频率分辨率分析

在使用本文方法研制的宽带搜索接收机中，中频采样速率为，采样点数N=8192，数据带宽取2MHz，DSP时钟频率为20MHz，则其频率分辨率为：

扫描时间主要包括：数据采样时间、数据处理时间（DSP硬件）、计算机数据分析时间、计算机数据显示时间、IC-R8500接收机换频等待时间等，其中：

1）数据采样时间；

2）数据处理时间；

3）计算机数据分析时间及显示时间由于受到分析复杂程度及计算机配置高低影响，难以精确估算，试验中经过多次观察发现：；

4）IC-R8500接收机换频等待时间：

根据上述分析可知，计算机每处理一帧数据大约需要时间1s左右，则对于0-30MHz短波波段，采用首尾衔接的方式进行单次频率扫描共需要对15个间隔2MHz不同的频率点进行处理，因此平均扫描时间在15s左右。试验中多次试验结果表明：扫描30MHz频率范围所需时间在12s-17s之内随机分布。据此可知：采用本文方法研制的宽带搜索接收机在扫描速度和频率分辨率上都较IC-R8500接收机好，达到了预期的设计目标。

5.结束语

本文基于iCom公司IC-R8500高性能接收机，通过宽带AD与高速DSP处理相结合的方法，实现了在通用计算机上对短波波段（0.5MHz-30.0MHz）信号的宽带搜索、数据采集、处理及显示。理论计算与试验结果表明：采用本文方法设计实现的宽带搜索接收机无论在频率分辨率还是在处理时间上都较IC-R8500要高，达到了预期的设计目标。

下一步工作中可以考虑在计算机软件中增加更多的信号分析功能，如增加对个别感兴趣信号的分析测量功能，增加对信号异常的监测与报警功能等。另外可以选用换频速度更快的接收机，减少换频等待时间，提高扫描搜索的速度。

参考文献

[1]IC-R8500 Communications Receiver Instruction Manual，1-1-32 Kamiminami，Hirano-ku，Osaka 547-0003 Japan，1996.

[2]Jeffery Richter著.王建生等译.Windows核心编程[M].机械工业出版社，2000（5）：172-190.