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

　　一、概述

　　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(yùn)載體按既定航線航行的過程稱為導(dǎo)航。利用無線電技術(shù)對運(yùn)載體航行的全部(或部分)過程實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航，稱為無線電導(dǎo)航。到目前為止，無線電導(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(jī)場都裝有無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。當(dāng)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(jī)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(jī)的歸航和進(jìn)場引導(dǎo)就顯得尤為重要。目前廣泛應(yīng)用的民用機(jī)載無線電導(dǎo)航系統(tǒng)有自動(dòng)定向機(jī)、甚高頻全向信標(biāo)系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)、氣象雷達(dá)、應(yīng)答機(jī)、測距機(jī)、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(jī)載設(shè)備組成，機(jī)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(jī)、中央控制單元、無線電航向指示器、耳機(jī)及連接電纜等構(gòu)成，能自動(dòng)地、連續(xù)地測量飛機(jī)相對地面導(dǎo)航臺的航向角，便于為飛機(jī)導(dǎo)航。

　　在實(shí)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(jì)各種滿足導(dǎo)航系統(tǒng)性能和技術(shù)指標(biāo)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(shí)時(shí)地進(jìn)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(diǎn)。而信號源的信號形式和參數(shù)實(shí)時(shí)可變的特點(diǎn)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)航數(shù)字信號源應(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(jī)進(jìn)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(jì)特點(diǎn)，使設(shè)計(jì)的信號源能滿足實(shí)際應(yīng)用的各項(xiàng)要求。

　　二、無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源總體設(shè)計(jì)方案

　　本無線電導(dǎo)航數(shù)字信號源總體設(shè)計(jì)思想采用直接數(shù)字頻率合成器(DDS)技術(shù)，設(shè)計(jì)精確的時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)DDS，采用ADC擴(kuò)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(jī)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

　　系統(tǒng)利用VC6.0編寫上位機(jī)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(jī)進(jìn)行交換，系統(tǒng)的時(shí)鐘信號由一個(gè)外部振蕩器(穩(wěn)補(bǔ)型或恒溫型)提供時(shí)鐘，在FPGA內(nèi)部進(jìn)行時(shí)鐘鎖相，產(chǎn)生系統(tǒng)所需頻率的多個(gè)時(shí)鐘信號。MicroBlaze接收上位機(jī)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。