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無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源的系統(tǒng)設(shè)計,完整參考方案

作者: 時間:2015-05-04 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  一、概述

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/273561.htm

  在現(xiàn)代航空中,導(dǎo)航是一種十分重要的技術(shù)。通常,我們把引導(dǎo)運載體按既定航線航行的過程稱為導(dǎo)航。利用技術(shù)對運載體航行的全部(或部分)過程實現(xiàn)導(dǎo)航,稱為導(dǎo)航。到目前為止,導(dǎo)航系統(tǒng)是世界上軍、民航使用最為廣泛的導(dǎo)航裝置,幾乎所有的軍、民航機場都裝有無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。當前,我國民用和軍用航空中近程導(dǎo)航的現(xiàn)狀也仍是以無線電導(dǎo)航為主,并且由于現(xiàn)有的飛機著陸系統(tǒng)裝置仍不健全,因此,無線電導(dǎo)航系統(tǒng)對于保障飛機的歸航和進場引導(dǎo)就顯得尤為重要。目前廣泛應(yīng)用的民用機載無線電導(dǎo)航系統(tǒng)有自動定向機、甚高頻全向信標系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)、氣象雷達、應(yīng)答機、測距機、低高度無線電高度表、多普勒導(dǎo)航系統(tǒng)和奧米伽導(dǎo)航系統(tǒng)。

  無線電導(dǎo)航系統(tǒng)由地面導(dǎo)航臺及機載設(shè)備組成,機載設(shè)備主要由環(huán)形天線、垂直天線、天線放大器、環(huán)匹配器、接收機、中央控制單元、無線電航向指示器、耳機及連接電纜等構(gòu)成,能自動地、連續(xù)地測量飛機相對地面導(dǎo)航臺的航向角,便于為飛機導(dǎo)航。

  在實際導(dǎo)航測試中,為模擬無線電導(dǎo)航中組合天線的輸出射頻信號,經(jīng)常要求設(shè)計各種滿足導(dǎo)航系統(tǒng)性能和技術(shù)指標要求的信號源。信號源所產(chǎn)生的信號形式、參數(shù)及工作方式等都要根據(jù)系統(tǒng)要求實時地進行靈活調(diào)整。因此,信號源必須具備信號產(chǎn)生方法靈活、參數(shù)變化速度快、信號頻譜純度高,系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等特點。而信號源的信號形式和參數(shù)實時可變的特點主要體現(xiàn)在信號產(chǎn)生器的技術(shù)上。以此為背景,為優(yōu)化配置系統(tǒng)軟硬件資源,提高處理速度,提高可重構(gòu)性,本無線電導(dǎo)航應(yīng)用基于MicroBlaze軟核的嵌入式系統(tǒng),以軟核作為信號源的控制核心,同上位機進行數(shù)據(jù)與命令通信,控制FPGA加載不同的軟件合成導(dǎo)航信號,從而充分發(fā)揮FPGA的設(shè)計特點,使設(shè)計的信號源能滿足實際應(yīng)用的各項要求。

  二、無線電導(dǎo)航總體設(shè)計方案

  本無線電導(dǎo)航總體設(shè)計思想采用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)技術(shù),設(shè)計精確的時鐘參考源精度、頻率和相位累加器字長和正弦波函數(shù)表,實現(xiàn)研制技術(shù)要求的輸出頻率變化范圍、頻率變化步長和頻率精度的調(diào)制正弦信號形式。

  系統(tǒng)方案采用大規(guī)模FPGA精確實現(xiàn)DDS,采用ADC擴展外調(diào)制信號,采用嵌入式軟核MicroBlaze作為控制核心,控制RS422/232接口與上位機通信,圖1是無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源組成總體方案。

  

圖1 無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源總體方案圖

 

  圖1 無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源總體方案圖

  系統(tǒng)利用VC6.0編寫上位機軟件,通過RS422/232接口同信號源通信,完成主控單元命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送以及信號源的工作參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換,控制導(dǎo)航信號頻率,方位,通道選擇,工作模式以及其他參數(shù)。該系統(tǒng)方案中,MicroBlaze是主控單元,F(xiàn)PGA是底層合成單元,所有的命令(包括邏輯狀態(tài)數(shù)據(jù))和數(shù)據(jù)均通過MicroBlaze同上位機進行交換,系統(tǒng)的時鐘信號由一個外部振蕩器(穩(wěn)補型或恒溫型)提供時鐘,在FPGA內(nèi)部進行時鐘鎖相,產(chǎn)生系統(tǒng)所需頻率的多個時鐘信號。MicroBlaze接收上位機數(shù)據(jù)與命令并解析后將頻率、方位等參數(shù)回傳給FPGA,F(xiàn)PGA利用預(yù)設(shè)參數(shù)產(chǎn)生精確導(dǎo)航信號并將其傳至高速DA輸出。


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