一种近距导航模拟器的设计方案

ScienceandTechnology&Innovation┃科技与创新文章编号：2095－6835（2021）15－0177－02一种近距导航模拟器的设计方案刘祥水

（国营芜湖机械厂，安徽芜湖241000）摘要：深入分析了某型号近距导航系统的工作原理，研究了其接收发射原理，提出了以FPGA、单片机为主控系统，搭载射频收发系统、电源系统的模拟器的设计方案，并对模拟器的各功能模块和软件架构进行了详细介绍，对于实现该模拟器的工程化设计具有重要意义。关键词：近距导航；模拟器；嵌入式计算机系统；飞机中图分类号：V2171引言近距导航系统是飞机重要的导航设备，在该型装备维护、维修、大修过程中，需要对该系统的接收、发射性能进行检查，这就需要一种装置能够发射系统所需的导航信号，同时也需要该装置能够接收近距导一般系统发来的呼叫信号同时转换发射功能。所以该模拟器是近距导航系统修理的必要装备。通过对该型近距导航系统性能进行分析，总结出需要模拟器具备如下功能：①模拟地面近距导航定位信标台发出“35”“36”基准信号、方位信号和距离回答信号，用于检查近距导航系统在导航状态下各工作波道的测位和测距能力在导航、着陆状态和沿地面显示应答通道工作能力；②模拟地面近距导航定位信标台发出的地面显示询问信号、无线信标呼叫信号，用于检查近距导航系统在地面显示应答、信③模拟地面近距导航定位信标台发标识别和飞机识别能力；出航向信标、下滑信标和距离回答信号，用于检查近距导航系统着陆引导能力；④模拟器具备自检功能。3硬件设计3.1总体构成模拟器共分为三部分：嵌入式计算机系统、射频收发系统、电源系统，如图1所示。计算机系统与射频收发系统之间通过RS232接口总线进行数据交换。模拟器采用主-从操作的分布式控制，一体化嵌入式计算机进行人机交互和显示输出，通过RS232等外部总线控制收发射频电路的工作状态、模式和参数，并接受基带信号处理器电路的状态和解算距离值。一体化嵌入式计算机的采用I7四代低功耗处理器，集成4G的DDR3内存，通过LVDS接口连接显示器。一体化嵌入式计算机和宽温显示器为一体，固定在前面板。图1模拟器整体架构图

文献标志码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2021.15.0792主要功能.com.cn. All Rights Reserved.射频收发系统由射频发射板、射频接收板和基带信号数字处理板，以及收发天线组成，射频发射板、射频接收板和基带信号数字处理板之间通过模板进行电源、接口和数据信号的交联，射频接收板的解调信号通过同轴电缆传输到基带信号处理板。射频发射板的调制射频信号与天线之间，以及来自天线的射频接收信号之间，通过射频同轴电缆连接。模拟器采用专用的加固机箱，一体化嵌入式计算机及显示器从前面板安装，前部安装AC/DC和DC/DC电源，后部安装射频接收、发射的3块电路板母板，减少电源和计算机系统的辐射干扰。机箱上部安装天线，前面板安装带触摸屏的显示器，射频测试插座、电源开关、计算机按钮等。3.2射频接收模块该板件接收726～813MHz的射频信号，经过一次下变频，再经过滤波、衰减放大、脉冲检测，最后提供精确的视频检波信号输出，主要由以下功能模块组成：下变频器、窄带带通滤波器、高速频率合成器、数字脉冲功率自动增益控制，对数检波视放、比较整形、控制、通信等电路。接收板组件的工作原理由天线接收726～813MHz的射频信号，输入的信号幅度为﹣52～+30dBm，经过带通滤波·177·科技与创新┃ScienceandTechnology&Innovation器，以及功分器分成两路信号，一路进入大动态脉冲功率检测支路，测量窄脉冲幅度，提供衰减控制信号；另一路经过衰减器、数控衰减器、放大器进入混频器，与来自跳频本振源的本振信号混频，通过滤波器生成600MHz的中频信号，再经过DLVA，高速比较器，整形电路输出TTL脉冲信号。3.3基带信号数字处理模块设计基带信号板由32位单片机和FPGA器件以及外围电路组成。主要功能如下：①与主板的PC机通信，接收控制数据包，回传状态数据和接收脉冲编码参数。②根据PC的控制数据包和默认控制数据形成脉冲编码信号，控制发射电路的工作状态和输出频率、幅度。③对射频接收电路的检波输出进行检测，测量脉冲宽度和脉冲间隔；判断近距导航系统发射的距离询问、呼叫识别等编码脉冲，根据设置的数据进行自动应答。④对检测的脉冲进行分组和状态识别。3.4射频发射模块2021年第15期

近距导航模拟器有三种基本工作模式：导航、着陆、空空。在三种基本工作模式下，模拟器采用分时的方式工作，每种状态只有两种或一种发射信号和一种接收信号，因此可采用两套频率综合产生器、两套调制和功率放大器、射频调制信号经射频合路器综合，由一个发射天线辐射。为便于进行复杂的脉冲编码调制和着陆状态的调制幅度准确控制，并简化调制电路，使用高速射频开关和数控衰减器，实现射频信号的编码调制和调制信号的相对幅度开展。3.5电源模块设计根据模拟器的使用场景不同，其工作时可使用机上24V电源和外部交流220V市电，外部交流经AC/DC模块转换为27V，通过内部DC/DC和滤波器形成模拟器电路所需+12V和+5V，控制电路和射频电路单独供电，减少相互之间的干扰。电源模块如图2所示。.com.cn. All Rights Reserved.4软件设计图2电源模块框图

数计算和设置，射频电路的选择，输出射频衰减量的控制。数据采集软件包含中断处理软件和状态轮询软件，接收机和FPGA解码器形成的射频有效码型变化信号都需要通过中断响应的方式，单片机实时进行处理，对测距应答的处理延时偏差不超过0.1ms。5结论本文介绍了某型模拟器的必要性、可行性、实施步骤和各功能模块的功能，并设计了测试软件程序保证了模拟器的操作性，通过对各功能模块及外围电路的设计，提出了模拟器的整体设计方案，并通过工程化实现最终实现的该型控制台的设计制造。参考文献：［1］马二涛，李建海，刘保华，等.某型机载近距导航设备检测仪的设计与实现［J］.电讯技术，2010，50（3）：69-72.［2］范谋堂，程文聪.机载近距导航信标模仿仪的硬件设计与实现［J］.空军雷达学院学报，2005（1）：51-53.————————作者简介：刘祥水（1981—），男，硕士研究生，工程师，从事惯性技术、无线电导航技术研究相关工作。〔编辑：丁琳〕软件设计包含FPGA、单片机和人机交互三个子模块。模拟器的FPGA设计采用XILINX公司的FPGA开发平台XILINXISE8.2i；32位单片机开发系统选用集成开发软件。应用程序在linux系统下进行人机交互，作为主控和显示软件，对应的32位单片机系统为从机。单片机软件是连接PC机人机交互和模拟器输出信号产生与输入信号处理的桥梁，软件包含四部分：单片机和接口初始化、通信接口软件、FPGA和信号产生控制软件、数据采集和处理软件。单片机和接口初始化主要完成CPU存储空间的分配和工作始终的配置以及中断向量设置和任务调度分配。通信软件包括：数据接收缓存、接收数据包提取、接收数据包处理、发送数据获取、发送数据缓存与封装。对于单片机FPGA请求事件和突发事件的处理、突发数据的接收缓存是至关重要的，而接收数据包的解包和处理、发送数据的输出等任务是可滞后的，程序设计中要保证数据不被丢失，不导致内存冲突而导致软件崩溃。FPGA电路控制软件主要任务为：启动编码和解码电路的工作，编码格式设置、脉冲宽度和脉冲隔时间设置，编码脉冲重复输出控制，编码和解码电路工作状态读取，解码数据实时处理。信号产生控制软件主要对频率综合产生器的参·178·