一种短波数字化电台网络模拟训练系统

摘要

本发明公开的一种短波数字化电台网络模拟训练系统，包括主控计算机，主控计算机和以太网交换机、语音交换机相连接，以太网交换机还和路由器、模拟电台终端相连接，模拟电台终端和语音交换机相连接。本发明短波数字化电台网络模拟训练系统，以实际电台为仿真对象，采用分布式交互模拟(DIS)技术，在局域网内实现电台的通信仿真过程，该系统可适用于多人多机电台操作训练，也可用于单人单机电台操作训练。

权利要求

1.一种短波数字化电台网络模拟训练系统，其特征在于，包括主控计算机(1)，主控计算机(1)和以太网交换机(3)、语音交换机(4)相连接，所述的以太网交换机(3)还和路由器(2)、模拟电台终端(5)相连接，模拟电台终端(5)和语音交换机(4)相连接，其中的主控计算机(1)，用于对整个系统的仿真活动进行管理、监控及调度；路由器(2)，用于通过接入广域网实现远程教学管理；

以太网交换机(3)，用于构建一个星型的交换式以太网，实现模拟电台终端(5)和主控计算机(1)之间的互连，对主控计算机(1)的控制信息以及模拟电台终端(5)的状态信息进行传递，实现系统仿真的各种训练功能，保证模拟电台终端(5)与主控计算机(1)的信息传输；

语音交换机(4)，用于以音频交换机作为网络中心节点构建音频信号传输网，音频信号传输网独立于数据传输网络，语音交换机(4)通过接收主控计算机(1)发送的控制指令，实现模拟电台终端(5)话音通信链路的建立与拆除，实现仿真终端点对点、点对多点话音通信；

模拟电台终端(5)，用于实现工作模式设置与调用，操作行为响应的仿真以及工作状态信息的上传。

2.按照权利要求1所述的短波数字化电台网络模拟训练系统，其特征在于，所述的模拟电台终端(5)包括主控模块(7)，主控模块(7)上连接有网络通信模块(10)、键盘扫描及显示驱动模块(8)和话音信号处理模块(9)。

说明书

一种短波数字化电台网络模拟训练系统

技术领域

[0001] 本发明属于通信仿真技术领域，具体涉及一种短波数字化电台网络模拟训练系统。

背景技术

[0002] 目前，短波数字化电台广泛配发于部队，由于是新装备，存在着操作人员少，新装备使用率不高的问题，而该装备操作人员的培训工作仍采用传统的施训模式，其弊端主要表现在：

[0003] 1、训练效率无法保证

[0004] 一方面，兵员服役期的缩短使得业务训练时间相应缩短，而训练标准却不可能降低，只能通过提高训练效率保证训练质量；而另一方面，造价高昂的实际装备无法大规模用于训练，往往只能多人共用一机，轮流操作，训练效率十分低下。

[0005] 2、设备维护成本高

[0006] 传统的培训方式，将装备长期置于不间断、高频度的重复操作状态下，导致装备磨损严重，增加了使用维护投入，同时，也难以达到装备完好率要求。

[0007] 3、不利于信息资源安全保密

[0008] 训练中设备频繁的开机操作，极易造成射频信号泄露，造成工作频段、发射功率等设备参数的外泄。

[0009] 4、对操作人员身体损伤较大

[0010] 训练中由于电台工作于射频段，所产生的辐射对人的身体有影响，特别是长期从事教学或者一直工作与电台前面的人员，无形的伤害了操作人员。

[0011] 5、不利于频谱管理

[0012] 训练中电台的频繁开关机以及更换频率，极易对周边的电磁环境造成干扰，不利于频谱管理。

发明内容

[0013] 本发明的目的是提供一种短波数字化电台网络模拟训练系统，解决了现有技术中存在的训练效率低、设备维护成本高、不利于信息资源安全保密、对操作人员身体损伤较大及不利于频谱管理的问题。

[0014] 本发明所采用的技术方案是，一种短波数字化电台网络模拟训练系统，包括主控计算机，主控计算机和以太网交换机、语音交换机相连接，以太网交换机还和路由器、模拟电台终端相连接，模拟电台终端和语音交换机相连接，其中的

[0015] 主控计算机，用于对整个系统的仿真活动进行管理、监控及调度；

[0016] 路由器，用于通过接入广域网实现远程教学管理；

[0017] 以太网交换机，用于构建一个星型的交换式以太网，实现模拟电台终端和主控计算机之间的互连，对主控计算机的控制信息以及模拟电台终端的状态信息进行传递，实现系统仿真的各种训练功能，保证模拟电台终端与主控计算机的信息传输；

[0018] 语音交换机，用于以音频交换机作为网络中心节点构建音频信号传输网，音频信号传输网独立于数据传输网络，语音交换机通过接收主控计算机发送的控制指令，实现模拟电台终端话音通信链路的建立与拆除，实现仿真终端点对点、点对多点话音通信；

[0019] 模拟电台终端，用于实现工作模式设置与调用，操作行为响应的仿真以及工作状态信息的上传。

[0020] 本发明的特点还在于，其中的模拟电台终端包括主控模块，主控模块上连接有网络通信模块、键盘扫描及显示驱动模块和话音信号处理模块。

[0021] 本发明短波数字化电台网络模拟训练系统有益效果是，以实际电台为仿真对象，采用分布式交互模拟(DIS)技术，在局域网内实现电台的通信仿真过程，该系统可适用于多人多机电台操作训练，也可用于单人单机电台操作训练。

附图说明

[0022] 图1是本发明短波数字化电台网络模拟训练系统的结构示意图；

[0023] 图2是本发明训练系统中模拟电台终端5的结构示意图；

[0024] 图3是本发明训练系统中模拟电台终端5采用的主控制器芯片LPC2132的原理图；

[0025] 图4是本发明训练系统中模拟电台终端5采用的矩阵键盘接口电路图；

[0026] 图5是本发明训练系统中模拟电台终端5采用的功能指示灯电路图；

[0027] 图6是本发明训练系统中模拟电台终端5采用的话音处理单元话音发端工作原理图；

[0028] 图7是本发明训练系统中模拟电台终端5采用的话音处理单元话音收端工作原理图；

[0029] 图8是本发明训练系统采用的程控语音交换机原理图。

[0030] 图中，1.主控计算机，2.路由器，3.以太网交换机，4.语音交换机，5.模拟电台终端，6.广域网，7.主控模块，8.键盘扫描及显示驱动模块，9.话音信号处理模块，10.网络通信模块。

具体实施方式

[0031] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0032] 一、本发明短波数字化电台网络模拟训练系统的结构及工作过程[0033] 本发明短波数字化电台网络模拟训练系统的结构如图1所示，包括主控计算机1，主控计算机1和以太网交换机3、语音交换机4相连接，以太网交换机3还和路由器2、模拟电台终端5相连接，模拟电台终端5和语音交换机4相连接，路由器2通过RJ45连接到广域网6，其中的

[0034] 主控计算机1，用于对整个系统的仿真活动进行管理、监控及调度；

[0035] 路由器2，用于通过接入广域网6实现远程教学管理功能；

[0036] 以太网交换机3，用于构建一个星型的交换式以太网，实现模拟电台终端5和主控计算机1之间的互连，对主控计算机1的控制信息以及模拟电台终端5的状态信息等进行传递，实现系统仿真的各种训练功能，保证模拟电台终端5与主控计算机1实时、可靠、便捷的信息传输；

[0037] 语音交换机4，用于以音频交换机作为网络中心节点构建音频信号传输网，音频信号传输网独立于数据传输网络，语音交换机4通过接收主控计算机1发送的控制指令，实现模拟电台终端5话音通信链路的建立与拆除，实现了仿真终端点对点、点对多点话音通信等通信功能；

[0038] 模拟电台终端5，用于实现工作模式设置与调用，操作行为响应的仿真以及工作状态信息的上传。

[0039] 本发明短波数字化电台网络模拟训练系统的工作过程为：

[0040] 模拟电台终端5、太网交换机3和主控计算机1通过双绞线依次连接组成局域网，在局域网内每个模拟电台终端5都有自己固定的IP地址以及统一编址的台号，参训人员对模拟电台终端5进行训练操作，每一个按键动作以及工作模式设置的变动都通过ARM和显示芯片在面板上显示相应的动作并形成一个数据报文，通过以太网交换机3向主控计算机1发送；主控计算机1根据从数据传输网络接收的数据报文实现对模拟电台终端5操作过程的监控，同时从中提取各模拟电台终端5的信道或者频率信息，汇总判断后，形成音频交换控制命令，通过RS232串口控制语音交换机4进而实现各模拟电台终端5之间的语音通信，同时系统工作时主控计算机1还可以通过向相应的模拟电台终端5发送指令来设置相应的工作模式、背景环境、故障代码等信息。以太网交换机3还通过路由器2接入广域网6接收督导检查计算机的命令从而实现远程教学和管理。局域网内信息的传输采用UDP通信协议，串口采用标准的9针RS232接口。

[0041] 为了便于施工，无论是计算机局域网络还是程控语音交换网络均使用超5类非屏蔽双绞线(UTP)构成。计算机局域网络线序定义为T568A标准，程控语音交换网络线序自行定义。系统工作过程中以太网中的数据传输少而对数据收发的实时性要求很高，在这种情况下，UDP的低开销和多播(组播)能力比TCP更合适系统的需求。NIU采用的是UART串口转化为网口的网卡(ZNE-10T)，因此对NIU的操作本质上是对串口的操作，利用UART驱动发送数据，发送帧格式服从NIU中UDP报文的格式要求。

[0042] ZNE-10T的通信接口电路包括与微控制器接口及与以太网接口两部分。与微控制器采用串行接口进行通信；以太网接口则为RJ45标准接口。表1给出了该模块各管脚功能的定义。

[0043] 表1ZNE-10T管脚定义

[0044]管脚 信号 管脚 信号
1 EthernetTX+ 20～23可控制通用I/O0～I/O3
2 EthernetTX- 13、14 VCC(+5VDC)
3 EthernetRX+ 12 GND
管脚 信号 管脚 信号
4 EthernetRX- 11 SHELL
5、15、19 LED信号线 10 RST_H
6 TXD 9 nCOM_CFG
7 RXD 8 W/R_485

[0045] 其中，管脚5、15、19是LED信号，用于串口或以太网数据发送、接收指示；W/R_485是RS485发送控制端，保证RS485半双工输出，发送数据时为高电平，接收数据为低电平；RST_H为模块复位引脚，低电平有效，在该管脚输入大于20μs的负脉冲，模块复位；将nCOM_CFG管脚拉低，模块进入串口配置模式；I/O0～I/O3是可控制通用I/O口；SHELL为外壳地引脚，可连接RJ45接口的屏蔽外壳。

[0046] 二、本发明短波数字化电台网络模拟训练系统中的模拟电台终端5设计[0047] 模拟电台终端5实现了工作模式设置与调用，操作行为的响应，工作状态信息的上传，自检和故障查询的模拟，以及实装话音信号的模拟等功能。该终端采用嵌入式设计，实现系统可编程技术，其结构如图2所示，包括主控模块7，主控模块7上连接有网络通信模块10、键盘扫描及显示驱动模块8、话音信号处理模块9。

[0048] (1)主控模块7

[0049] 主控模块以PHILIPS公司推出的ARM7系列芯片LPC2132为主控制器，包括11.0592MHz时钟电路，CAT1025复位芯片、JTAG等外围电路及与其它模块的接口电路。

[0050] LPC3132的结构如图3所示，其主要特点如下：

[0051] ·小型LQFP64封装；

[0052] ·片内16KB静态RAM，64KB的Flash程序存储器，128位宽度接口/加速器实现高达60MHz的操作频率；

[0053] ·片内Boot装载程序实现在系统编程(ISP)和在应用编程(IAP)；

[0054] ·含有2个32位定时器(带有4路捕获和4路比较通道)、PWM单元(6路输出)和看门狗；

[0055] ·实时时钟具有独立的电源和时钟源，在节电模式下极大地降低了功耗；

[0056] ·多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速的12C接口、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP；

[0057] (2)仿真电台矩阵键盘接口

[0058] 如图4所示，矩阵键盘接口模块采用智能显示驱动芯片SD7218A作为键盘扫描及显示驱动芯片，把键盘扫描和部分显示功能电路相结合。

[0059] SD7218A是一片具有两线式串行接口(准I2C)的、可同时驱动8位共阴极数码管(或64只独立LED)、100Bytes静态RAM的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵。

[0060] 本发明采用LPC2132自带的I2C接口与SD7218A的串行接口直接相连设计硬件电路，SDA接DATA脚，SCL与CLK脚相连。这种设计方法复用了I2C接口，利用总线的相似性使用硬件I2C接口提高了系统软件的稳定性。

[0061] (3)功能指示灯显示模块

[0062] 功能指示灯显示模块采用HLMP系列的发光二极管，如图5所示，该系列的发光二极管发出的光亮度高、方向性好、均匀，使用SD7218A对其进行驱动。其中公共端与数据口的DIG00以及DIG01相连，另一端与位扫描口与八段数码管的段选择引脚SEGA-DP连接，这里可以将所连的发光二极管看作是两个数码管，各个独立的发光二极管看作是数码管不同的段，在编程实现时可以直接利用SD7218A的段点亮功能点亮相应的发光二极管。

[0063] (4)话音处理单元

[0064] 话音处理单元的作用在于采取音频自动增益控制(AGC)、音频滤波、放大、音频静噪等措施对话音进行处理，以增大通信距离，提高话音清晰度。

[0065] 话音发端的工作过程如图6所示，将话筒采集到的话音送入音频前置放大电路，经过音频AGC处理后，在PTT开关电路控制下，将话音信号送出；话音收端的工作过程如图7所示，首先将话音信号进行音频AGC处理，经音频带通滤波器(300-3400Hz)滤除音频带外干扰噪音，而后，信号分为两路，一路作为静噪取样信号至音频静噪电路，一路至静噪门，静噪门的通断由音频静噪电路控制，通过静噪门后，信号再次分为两路，分别至耳机及扬声器输出。

[0066] 三、本发明短波数字化电台网络模拟训练系统中无线话音通信的有线模拟[0067] 系统构建了一个独立于数据传输网络的音频信号传输网，以音频交换机作为网络中心节点，通过接收主控计算机1发送的控制指令，实现模拟电台终端5话音通信链路的建立与拆除。

[0068] 本发明采用2片MT8816构建了16×16语音交换器，如图8所示。MT8816是采用CMOS工艺制造的单片集成电路，它具有功耗低，可靠性高的特点。该器件包含一个8×16阵列的开关阵列，也就是开关阵列为8列16行，列为Y，行为X。当开关接通时，模拟开关阵列将把对应的X行同Y列相联；当开关断开时，X行与Y列之间绝对隔离。只有当数据被写入存储器时，相应被寻址存储器位置的交叉点开关状态才改变，其余的开关保持它们原先的状态。在控制存储器写入适当的数据，可得到X和Y输入/输出端相互连接的任何组合。在RESET输入为逻辑“1”时，不管CS为高电平还是低电平，存储器内所有数据都将复原为逻辑“0”，使所有交叉点开关断开。

[0069] 主控计算机1时刻监测模拟电台终端5工作状态，当系统中某些电台工作频率和模式都相同时，主控计算机1通过RS232接口向语音交换机4发送连接命令，命令经语音交换机4中AT89C51识别后，向相应MT8816写控制命令，实现对应模拟电台终端5之间的对讲、群呼和组呼等语音交换功能，否则进行拆线处理。具体工作过程为：

[0070] 以嵌入式处理器LPC2132芯片为模拟电台终端5的处理核心，由它控制和协调模拟电台终端5的工作，通过智能显示驱动芯片SD7218A作为键盘扫描及显示驱动芯片，对终端的各个按键进行识别并通过HLMP系列的发光二极管以及点阵显示器HCMS-2975对操作过程的工作模式以及频率等信息进行显示，然后LPC2132网络接口模块将模拟电台终端5状态信息以及各种参数传输至主控计算机1，主控计算机1识别电台终端的状态通过RS232控制2片MT8816构建的16×16语音交换器实现各仿真终端之间的话音通信。

[0071] 本发明短波数字化电台网络模拟训练系统，以实际电台为仿真对象，采用分布式交互模拟(DIS)技术，在局域网内实现电台的通信仿真过程，该系统可适用于多人多机电台操作训练，也可用于单人单机电台操作训练。