CN102830389A - 一种基于pxi合成仪器的微波着陆模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其包括计算机和基于PXI合成仪器的矢量信号源，所述计算机通过PXI背板总线与基于PXI合成仪器的矢量信号源进行数据通讯。由于本发明的矢量信号源是通过配置模块化硬件和软件单元进而生成的，因此本发明便于对软硬件进行升级，而且当矢量信号源中的功能模块出现故障时，只需直接更换功能模块即可，从而达到便捷快速维修的效果，还有本发明体积小以及重量轻。本发明作为一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器广泛应用在航空设备检测领域中。

Description

一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器

技术领域

本发明涉及微波着陆系统的测试技术，尤其涉及一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器。

背景技术

术语解释：

合成仪器：允许配置和重新配置模块化硬件和软件单元，创建多部测量设备的功能。

PXI：面向仪器系统的PCI扩展。

微波着陆模拟器，是一用于模拟微波着陆系统中地面设备发出的信号的仪器，它主要是为了实现对微波着陆系统进行检测而设计的设备。而对于传统的微波着陆模拟器，其均是台式仪器，因此体积过大、不便于携带以及投资成本高，还有它的硬件和软件是已固化的，这样会造成难以操作控制、不便于升级和维修。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用模块化设计以及易于操控的基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器。

本发明所采用的技术方案是：一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其包括：

计算机，用于生成功能基带信号，并将生成的功能基带信号加载到基于PXI合成仪器的矢量信号源；

基于PXI合成仪器的矢量信号源，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并将具有完整发射周期的顺序对信号发射出去；

所述计算机通过PXI背板总线与基于PXI合成仪器的矢量信号源进行数据通讯。

进一步，所述基于PXI合成仪器的矢量信号源包括：

IQ信号发生器，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并且对具有完整发射周期的顺序对信号进行IQ调制后，输出具有完整发射周期的顺序对I信号以及顺序对Q信号；

上变频器，用于将顺序对I信号和顺序对Q信号加载到射频载波上输出；

所述IQ信号发生器通过PXI背板总线与计算机进行数据通讯，IQ信号发生器的输出端通过射频电缆连接到上变频器的输入端。

进一步，所述IQ信号发生器的输出模式为脚本模式。

进一步，所述数字基带信号包括方位功能基带信号、仰角功能基带信号、反方位功能基带信号、基本数据字以及辅助数据字。

进一步，所述方位功能基带信号由前导码、扇区信号和角度引导信号构成。

本发明的有益效果是：由于本发明的矢量信号源是通过配置模块化硬件和软件单元进而生成的，因此本发明便于对软硬件进行升级，而且当矢量信号源中的功能模块出现故障时，只需直接更换功能模块即可，从而达到便捷快速维修的效果，还有本发明体积小以及重量轻。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器的结构框图；

图2是本发明一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器中构造好的前导码波形示意图；

图3是本发明一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器中构造好的方位功能基带信号的波形示意图。

具体实施方式

由图1所示，一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其包括：

计算机，用于生成功能基带信号，并将生成的功能基带信号加载到基于PXI合成仪器的矢量信号源；

基于PXI合成仪器的矢量信号源，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并将具有完整发射周期的顺序对信号发射出去，所述的标准的时隙和顺序，它们是根据国际民航组织的《标准与推荐措施（SARPS）》进而得出的；

所述计算机通过PXI背板总线与基于PXI合成仪器的矢量信号源进行数据通讯。实质上对于所述的计算机，其是用于运行微波着陆模拟器软件程序的载体，而所述的微波着陆模拟器软件程序，其就是用于生成功能基带信号，并将生成的功能基带信号加载到基于PXI合成仪器的矢量信号源上，另外，所述的微波着陆模拟器软件程序还用于接收和处理用户设置的参数，以及控制所述矢量信号源输出信号。因此，计算机通过运行微波着陆模拟器软件程序，就能实现生成功能基带信号，并将生成的功能基带信号加载到基于PXI合成仪器的矢量信号源，以及接收和处理用户设置的参数，还有控制所述矢量信号源输出信号。

进一步作为优选的实施方式，所述基于PXI合成仪器的矢量信号源包括：

IQ信号发生器，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并且对具有完整发射周期的顺序对信号进行IQ调制后，输出具有完整发射周期的顺序对I信号以及顺序对Q信号，而一完整信号发射周期是由每4个顺序对信号进而构成的，而一顺序对是由功能基带信号按照标准的时隙和顺序进而构成的；

上变频器，用于将顺序对I信号和顺序对Q信号加载到射频载波上输出，即将顺序对I信号和顺序对Q信号的频率转换成更高的频率；

所述IQ信号发生器通过PXI背板总线与计算机进行数据通讯，IQ信号发生器的输出端通过射频电缆连接到上变频器的输入端。

本发明是通过模拟微波着陆系统中地面设备发出的信号的仪器，并且将信号发送到微波着陆系统中的机载接收机上，进而对机载接收机进行设备检测的，因此上变频器输出的信号是发射到机载接收机上的。

而由于IQ信号发生器和上变频器均是基于PXI合成仪器进而生成的，因此它们均是由模块化仪器以及由计算机编程的软件模块进而生成，这样它们均便于软件应升级以及操控，而且当功能模块发生损坏时，即可以直接将其替换，从而达到快速便捷维修的效果。还有，本发明通过采用软件功能模块，进而取代传统微波着陆模拟器中的某些硬件功能电路，因此相较于传统微波着陆模拟器，本发明的硬件模块更为简化，从而本发明的产品体积小以及重量轻。

进一步作为优选的实施方式，所述IQ信号发生器的输出模式为脚本模式，即计算机加载相应的脚本程序后，IQ信号发生器就会根据脚本程序进而输出相应的信号，即IQ信号发生器是通过运行所述的脚本程序，进而根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并且对具有完整发射周期的顺序对信号进行IQ调制后，输出具有完整发射周期的顺序对I信号以及顺序对Q信号。也就是说，所述的脚本程序，其实现的功能就是根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并且对具有完整发射周期的顺序对信号进行IQ调制后，输出具有完整发射周期的顺序对I信号以及顺序对Q信号。

上述的本发明，其工作原理为：首先通过计算机中的软件进而构造功能基带信号的波形，以及所述的脚本程序；然后将功能基带信号的波形数据和脚本程序加载到IQ信号发生器中的板载内存中，IQ信号发生器就会调用脚本程序，进而将功能基带信号生成具有完整发射周期的顺序对I信号和顺序对Q信号，所述顺序对I信号包括正负顺序对I信号，顺序对Q信号包括正负顺序对Q信号；最后，上变频器就会将正负顺序对I信号和正负顺序对Q信号加载到射频载波上进而输出到微波着陆系统中的机载接收机，从而实现微波着陆系统中地面设备的模拟。

进一步作为优选的实施方式，所述功能基带信号包括方位功能基带信号、仰角功能基带信号、反方位功能基带信号、基本数据字以及辅助数据字。

所述方位功能基带信号由前导码、扇区信号和角度引导信号构成，而它们三者的构造方法分别如下：

所述的前导码，其包括三个部分：载波捕获、接收机基准时间码和功能识别码，共占25个码元时间，而载波捕获是一段未经调制的纯载波，占13个码元时间；接收机基准时间码是作为同步的基准时间，其固定形式为11101，占5个码元时间；功能识别码是用来说明机载接收机接收到的信号是属于何种功能的信号，占7个码元时间。所述前导码如表1所示。

另外，前导码是经过差分二元相移键控调制后的编码，在构造基带信号波形时，以正电平代表0，负电平代表1，并且在上变频调制时，若前导码为正电平，则载波相位为0，反之，前导码为负电平，则载波相位为180度。构造好的前导码的波形如图2所示。

所述的扇区信号，其是由机载天线选择脉冲、扇区外指示信号以及接收机处理器检查脉冲构成的，其中，机载天线选择脉冲是6位差分二元相移键控调制的“0”码，并提供0.328ms的固定振幅信号，当机载接收机接收到的机载天线选择脉冲后，就会根据机载天线选择脉冲的强弱进而自动选择天线；扇区外指示信号，它是为了防止在覆盖区外的伪引导信号引起机载接收机的误读，并且扇区外指示信号又分为左扇区外指示信号、右扇区外指示信号以及后扇区外指示信号，而每个扇区外指示信号分别占2个0.064ms时间，同时它们的半幅值点脉冲为0.1±0.01ms以及上升和下降时间小于0.01ms。在扇区外，扇区外指示信号大于本区域内的任何其他引导信号，而在扇区内，扇区外指示信号至少小于扫描波束电平5dB,同时扇区外指示信号脉冲宽度为128μs，比前导码低4dB，三个脉冲分别为后、左、右扇区外指示信号的脉冲；接收机处理器检查脉冲，在方位扫描信号的前后留有0.128ms来发射检查脉冲，并且接收机处理器检查脉冲的射频包络和扫描波束的射频包络相同，另外在扫描波束开始前，发射“往”检查脉冲，而在扫描波束过后再发射“返”检查脉冲，同时“往”检查脉冲与“返”检查脉冲之间的时间间隔固定为13±0.128ms。

所述的角度引导信号，其构造的关键是将需要模拟的方位转换成往返扫描脉冲的间隔上，而往返扫描脉冲之间有一个固定的0.6ms间歇时间。角度引导信号包括进场方位引导、高速率进场方位引导、反方位引导、进场仰角引导以及拉平引导。其中，反方位引导的时序安排依次是，前导信号、莫尔斯码、天线选择脉冲、扇区外指示信号、“往”检查脉冲、“往”扫描信号、停歇、扫描中点、“返”扫描、“返”检查脉冲以及结尾保护时间，而拉平引导的时序安排依次是，前导信号、停歇信号、“往”扫描、停歇、扫描中点、“返”扫描以及结尾保护时间，同时“往”检查脉冲和“返”检查脉冲的宽度均为128μs，而电平则与前导码的电平相等，以及旁瓣填满从前导码结束到“往”扫描结束与从“返”扫描开始到扫描结束的全部时隙，旁瓣宽度为64μs，比前导码低20dB。另外，“往”扫描脉冲与“返”扫描脉冲分别分布在“往”“返”扫描时隙中，宽度为128μs，比前导码高6dB。而方位，即仰角引导角，其计算的公式（1）如下，

θ=(T₀- t)V/2

其中，θ为方位，即仰角引导角；t为“往”“返”扫描波束中心之间的时间间隔，其单位为微秒；T₀为相对零度的“往”“返”扫描波束中心之间的时间间隔，其单位为微秒；V为扫描速度比例常数。

而定义进场方位的功能定时以及定义不同功能的角引导参数分别由表2和表3所示，如下：

由上述的表2和表3所示，表2为进场方位的功能定时，表3为不同功能对应的角引导参数。根据上述表3中的V和T₀代入公式（1）中，进而推导出公式（2），如下：

t/2 = 3400 - 50*θ

同时，由表2中可知，后扇区外指示信号的起始时间为2048μs以及扫描中心的时刻为9060μs，因此相对于起始码，进场方位功能中的“往”扫描脉冲起始时间t₁和“返”扫描脉冲起始时间t₂分别为公式（3）和公式（4），如下，

t₁ =9060-(3400-50*θ）-64

t₂=9060+(3400-50*θ）-64

其中，t₁表示“往”扫描脉冲起始时间，t₂表示“返”扫描脉冲起始时间。因此根据公式（3）和公式（4），就能将需要的模拟方位转换成“往”“返”扫描脉冲的时间间隔。而构造好的方位功能基带信号的波形如图3所示。

还有，仰角功能基带信号、反方位功能基带信号以及拉平引导功能基带信号，三者的构造方法与方位功能基带信号的构造方法相同，只是内容不同。

基本数据字，其包括记载机载接收机处理角度时所需的参数以及用来修改或调整机载接收机输出量的数据，以及基本数据字是差分二元相移键控调制信号发送的。每个基本数据字均由前导码引导，而前导码中的功能识别码表明后续数据给出的内容。基本数据字共6个，每个基本数据字分别占32位，其中前12位组成前导码，末尾2位为奇偶校验码，而除了第5个基本数据字是以装备反方位台为前提外，其它基本数据字至少每秒发生一次。基本数据字的结构如表4所示，如下：

辅助数据字包括那些由机载接收机接收并译码后进而提供给其它机载设备使用的数据，共分为A、B、C三部分。辅助数据字的构造与基本数据字的构造方法相同，只是内容不同。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其特征在于：其包括：

计算机，用于生成功能基带信号，并将生成的功能基带信号加载到基于PXI合成仪器的矢量信号源；

基于PXI合成仪器的矢量信号源，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并将具有完整发射周期的顺序对信号发射出去；

所述计算机通过PXI背板总线与基于PXI合成仪器的矢量信号源进行数据通讯。

2.根据权利要求1所述一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其特征在于：所述基于PXI合成仪器的矢量信号源包括：

IQ信号发生器，用于根据标准的时隙和顺序，进而将功能基带信号构造成相应具有完整发射周期的顺序对信号，并且对具有完整发射周期的顺序对信号进行IQ调制后，输出具有完整发射周期的顺序对I信号以及顺序对Q信号；

上变频器，用于将顺序对I信号和顺序对Q信号加载到射频载波上输出；

所述IQ信号发生器通过PXI背板总线与计算机进行数据通讯，IQ信号发生器的输出端通过射频电缆连接到上变频器的输入端。

3.根据权利要求2所述一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其特征在于：所述IQ信号发生器的输出模式为脚本模式。

4.根据权利要求1所述一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其特征在于：所述数字基带信号包括方位功能基带信号、仰角功能基带信号、反方位功能基带信号、基本数据字以及辅助数据字。

5.根据权利要求4所述一种基于PXI合成仪器的微波着陆模拟器，其特征在于：所述方位功能基带信号由前导码、扇区信号和角度引导信号构成。

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