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基于PCI无风扇工控机 -9846的航空导航VOR信号综测仪设计

blog 2020-11-03 10 0

  航空电子设备的测试要求利用有限的资源,构建功能多样化的自动测试系统。机载电子设备的信号多且复杂,涵盖了低频和高频信号、无风扇工控机连续和离散信号,同时还包括一些非电信号。传统的测试系统采用分立仪器搭建,这种方法成本高,测量自动化程度低,扩展性差。随着民用航空运输业的发展,大部分机载飞行电子设备高度数字化、集成化,已不可能靠人工手动对其进行测试检查。所以目前世界各发达国家均采用自动测试设备完成此类工作。

  软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托,通过软件编程来实现无线电台的各种功能,从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。自动测试系统对信号源的灵活性和全面性提出了更高的要求,传统的信号发生器难以满足需求。与之相比,基于软件无线电的信号发生器由于它所具有的灵活性、开放性等特点,有着突出的优势,更加适应需要。同时,这也将为相关的教学研究提供便利。

  将凌华科技PCI-9846H运用于自动测试系统信号源的测试和校准中,以航空导航VOR信号为例,对信号进行采集和处理,还原出基本信息。证明数字化仪的性能指标可以满足需要。

  甚高频全向信标的基本功用是为机载VOR接收机提供一个复杂的无线电信号,经机载VOR接收机解调后,测出地面甚高频全向信标台相对于飞机的磁方位即VOR方位。机载接收机接收到的空间合成VOR信号包括基准相位信号和可变相位信号,通过对两种信号相位的比较来实现定向。VOR工作频率范围108MHz~117.95MHz,波道间隔0.05MHz。

  式中,mR是副载波对射频载波的调幅系数,fs为副载波频率,mf为对副载波的调制系数,F为基带信号频率,f0为射频频率。

  基准相位信号在空间0°~360°各径向方位上辐射信号的强度和所含30Hz信号的相位都不变,辐射场的水平方向性图为一个圆。

  可变相位信号(Variable Phase Signal)只包含单纯的射频载波,频率范围108MHz~117.95MHz。两对正交的边带天线分别辐射正弦调制边带波和余弦调制边带波,场强均按30Hz的规律变化,这样在空间就生成了一个30Hz正弦规律改变的调幅波,表达式为:

  空间接收到的合成信号(Composite Signal)包括基准相位信号和可变相位信号的叠加,如图1所示,表达式为:

  采用以GPP(General-Purpose Processor,通用处理器)为基础的体系结构,直接用工控机进行数字信号处理。对于这种无线电系统,从实体上无法观察到一个真正的电台,它完全从软件角度解决无线电通信问题。由于通用机不是一个实时的同步系统,不适于严格定时采样信号的实时处理,只能通过中断来保持一定的同步。但是因其开放性、灵活性、可编程性和人机界面方面的优势,最接近理想的软件无线电,也更适于测试、教学和研究。

  系统选用流水线形式进行连接,与信号流方向一致,具有很高的效率,时延短,处理数率高,可以一定程度上弥补GPP信号处理速度慢的不足。但是由于各模块之间采用实际电路互联,模块间耦合紧密,独立程度不高。如果系统功能改变,需要增加、去除或修改某一模块,牵扯到相应的模块变动,甚至总体结构的改变。因为设计目的是针对测试系统信号源的测试和校准,信号相对固定,不需要频繁变动,所以选用流水式结构,结构框图如图2所示。信号的产生和处理由工控机完成,任意波形发生模块(Arbitrary Waveform Generator,AWG)实现波形输出(高频时需要用到数字上变频卡),如果做无线发射和接收时需要附加天线和射频放大器。信号的采集和数模转换由凌华科技PCI-9846高速数字化仪完成,转换结果可以实时显示,也可以保存成波形文件以便后续处理。

  中频信号用PXI-5421产生。这是一款可进行板载信号处理(OSP)的任意波形发生器,具有16位分辨率和-91dBc封闭式无寄生动态范围(SFDR),可为要求数字上变频和基带插值的应用提供仪器质量标准。作为一款功能齐全的AWG,PXI-5421还能够生成通用的电子测试信号,其最大输出范围为12Vpp,50Ω电阻载荷,最高频率43MHz。上变频卡采用NI PXI-5610,其内有2.7GHz上变频器,具有高实时带宽和稳定的时基,其精度可达±50ppb。在射频生成应用中,与模块化函数发生器紧密集成,可产生频率范围50kHz到2.7GHz的信号,可调增益范围130dB。PXI-5421产生高频VOR信号送至PXI-5610做上变频处理,变频到需要的甚高频波段。

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