CN103713522B - 微波着陆地面设备天线模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微波着陆地面设备天线模拟器，电路由FPGA、衰减器、合路器、检波器、A/D采样电路、内场角度控制电路、外场角度控制电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路、总线控制器、移相器1、移相器2、移相器3和移相器4连接构成；天线模拟器中的FPGA通过编程数据，产生方位仰角选择、时序控制、内场角度波形数据、外场角度波形数据、同步信号产生、失效移相器信号电路功能；微波着陆地面设备主机产生的方位同步信号送至FPGA后，在延时82us后，由FPGA产生模拟仰角同步反馈信号，再送至微波着陆地面设备主机；本发明用于对微波着陆地面设备主机进行全面的功能测试，应用于研发生产的测试，功能完善，效果良好，故障率低，填补国内空白。

Description

微波着陆地面设备天线模拟器

技术领域

本发明涉及航空电子技术领域，特别涉及一种微波着陆地面设备天线模拟器。

背景技术

微波着陆系统是用于飞机精密进场着陆的大型导航系统，已在部分发达国家的军、民航使用，近几年我军微波着陆系统得到迅速发展，成为保障航空兵部队主战飞机作战和训练的主要装备。

微波着陆系统（MLS），工作在微波波段，采用时间基准波束扫描技术。其基本工作原理是：MLS地面设备按照严格的时序产生所需要的各种“空间信号”，为空中要求着陆的飞机提供角度引导和数据信息，机载设备接受来自地面设备发射的信号，经过处理获得飞机相对于跑道的位置信息（方位角、仰角等），配合精密测距器，飞机获得相对于机场的三维坐标，飞行员根据飞机仪表的指示，自主地操作飞机安全降落，也可以送到飞机的自动驾驶仪，操纵飞机实现自动进近和自动着陆。

目前我厂正在生产微波着陆地面设备，在主机进行调试和维修时必须在室外天线测试场地上，连接扫描天线、数据天线和外场天线，才能完整反映设备运行状态，进行调试和维修。这样大大增加测试工作量和测试时间。因此，为了改变现有技术的不足，需要研制微波着陆地面设备天线模拟器，使主机进行调试和维修过程在保证效果的前提下，减少测试工作量和测试时间。

发明内容

本发明的目的就是为克服现有技术的不足，提供一种微波着陆地面设备天线模拟器的设计方案，通过电路结构的创新设计，结合电路控制数据处理流程，实现完整地模拟微波着陆地面设备各类天线所反馈的各种信号，使装置功能接口完备，测角精度≤0.02°，完全替代天线进行微波着陆地面设备主机测试。

本发明是通过这样的技术方案实现的：微波着陆地面设备天线模拟器，其特征在于，其电路由FPGA、衰减器、合路器、检波器、A/D采样电路、内场角度控制电路、外场角度控制电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路、总线控制器、移相器1、移相器2、移相器3和移相器4连接构成；

天线模拟器中的FPGA通过编程数据，产生方位仰角选择、时序控制、内场角度波形数据、外场角度波形数据、同步信号、失效移相器信号电路功能；

来自于微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号，控制微波着陆地面设备的功率放大器产生射频信号，通过微波着陆地面设备天线开关，经射频电缆直接连接至微波着陆地面设备天线模拟器内部的衰减器，衰减器对由天线开关输入的多路射频信号进行衰减处理，获得适当幅度的射频信号；

该多路射频信号再进入合路器将多路射频信号混合后，再经检波器检波，检波产生的视频信号，再进入A/D采样电路，A/D采样电路进行A/D转换，A/D转换为数字信号送入FPGA的I/O端口，用于控制第一D/A转换电路外场角度信号和第二D/A转换电路内场角度信号的输出幅度；

微波着陆地面设备主机产生的移相器控制信号经过总线控制器后，送至各个移相器，FPGA对各个移相器工作情况进行检测，并将失效的移相器数量上报微波着陆地面设备主机；

FPGA将微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号、天线控制信号严格按照其时序关系模拟产生内场角度信号和外场角度信号，经第一D/A转换电路、第二D/A转换电路进行DA转换后送至微波着陆地面设备主机监测器进行检测；

天线模拟器中的内场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；内场角度控制信号用于控制内场角度信号产生的角度值。

天线模拟器中的外场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；外场角度控制信号用于控制外场角度信号产生的角度值。

微波着陆地面设备主机产生的方位同步信号送至FPGA后，在延时82us后，由FPGA产生模拟仰角同步反馈信号，送至微波着陆地面设备主机；用于模拟微波着陆地面设备方位主机与仰角主机之间的同步控制功能。

本发明的有益效果是：微波着陆地面设备天线模拟器应用于研发生产中对本公司生产的微波着陆地面设备主机的测试中而且经过应用试验，功能完善，效果良好，故障率低，填补国内空白。

附图说明

图1、微波着陆（MLS）系统工作原理框图；

图2、微波着陆地面设备天线模拟器原理框图；

图3、D/A转换及滤波放大原理框图；

图4、控制数据处理流程图。

具体实施方式

为了更清楚的理解本发明，结合附图和实施例详细描述本发明：

如图1至图4所示，微波着陆地面设备天线模拟器，其电路由FPGA、衰减器、合路器、检波器、A/D采样电路、内场角度控制电路、外场角度控制电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路、总线控制器、移相器1、移相器2、移相器3和移相器4连接构成；

天线模拟器中的FPGA通过编程数据，产生方位仰角选择、时序控制、内场角度波形数据、外场角度波形数据、同步信号、失效移相器信号电路功能；

来自于微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号，控制微波着陆地面设备功率放大器产生射频信号，通过微波着陆地面设备天线开关，经射频电缆直接连接至微波着陆地面设备天线模拟器内部的衰减器，衰减器对由天线开关输入的多路射频信号进行衰减处理，获得适当幅度的射频信号；

该多路射频信号再进入合路器将多路射频信号混合后，再经检波器检波，检波产生的视频信号，再进入A/D采样电路，A/D采样电路进行A/D转换，A/D转换为数字信号送入FPGA的I/O端口，用于控制第一D/A转换电路外场角度信号和第二D/A转换电路内场角度信号的输出幅度；

微波着陆地面设备主机产生的移相器控制信号经过总线控制器后，送至各个移相器，FPGA对各个移相器工作情况进行检测，并将失效的移相器数量上报微波着陆地面设备主机；

FPGA将微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号、天线控制信号严格按照其时序关系模拟产生内场角度信号和外场角度信号，经第一D/A转换电路、第二D/A转换电路进行DA转换后送至微波着陆地面设备主机监测器进行检测；

天线模拟器中的内场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；内场角度控制信号用于控制内场角度信号产生的角度值。

天线模拟器中的外场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；外场角度控制信号用于控制外场角度信号产生的角度值。

微波着陆地面设备主机产生的方位同步信号送至FPGA后，在延时82us后，由FPGA产生模拟仰角同步反馈信号，送至微波着陆地面设备主机；用于模拟微波着陆地面设备方位主机与仰角主机之间的同步控制功能。

微波着陆地面设备天线模拟器，模拟器产生的内场角度信号和外场角度信号，其角度在-42°～+42°范围内可调，调整最小单位0.01°，速率：39Hz/s，其产生的模拟信号的角精度≤±0.02°；用于检测微波着陆系统主机监测器测量精度。

模拟器产生的内场角度信号和外场角度信号输出幅度，受由天线开关输入的射频信号幅度控制，实时反映微波着陆系统主机的功率放大器和天线开关的工作状态和输出幅度，用于微波着陆系统主机监测器功率检测，检测精度≤±2W。

微波着陆地面设备天线模拟器可以完整地模拟微波着陆地面设备各类天线所反馈的各种信号，功能接口完备，模拟信号的角精度≤0.02°，完全可以替代天线进行主机测试。

1)、严格按照主机时序模拟产生扫描天线、数据天线和外场天线的反馈信号，送至主机进行检测。

2)、对经过功率放大器和天线开关后的射频信号功率进行检测。

3)、对移相器进行检测，并将检测结果送至主机。

4）、模拟产生同步信号，对主机的同步功能进行检测。

系统工作时对波形及时序要求非常严格，并需要实时数据存储和运算，因此天线模拟器采用FPGA芯片作为信号产生单元，实现信号的高速处理。FPGA将主机产生的发射机控制信号、天线控制信号严格按照其时序关系模拟产生内场扫描天线和外场天线反馈信号，经D/A转换后送至主机监测器进行检测。同时经过功率放大器和天线开关后的射频信号在合路器混合后，经检波器检波为视频信号。其视频信号的电平幅度经A/D采样后，送至FPGA用于控制扫描天线和外场天线反馈信号的电平幅度。

主机产生的移相器控制信号经过总线控制器后，送至各个移相器，FPGA对各个移相器工作情况进行检测，并将正常移相器数量上报主机。

方位主机产生的同步信号送至FPGA后，在延时82us后FPGA产生仰角同步反馈信号，送至方位主机。用于模拟方位主机与仰角主机之间的同步控制功能，其功能包括：

1）天线模拟器具备可模拟微波着陆地面设备天线产生的各类反馈信号，用于微波着陆地面设备主机的测试和维修。

2）产生内场扫描天线和外场天线反馈信号的时序控制和功率控制部分电路。

3）具备产生微波着陆地面设备方位主机或仰角主机的同步信号的功能。

根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。

Claims (3)

1.一种微波着陆地面设备天线模拟器，其特征在于，其电路由FPGA、衰减器、合路器、检波器、A/D采样电路、内场角度控制电路、外场角度控制电路、第一D/A转换电路、第二D/A转换电路、总线控制器、移相器1、移相器2、移相器3和移相器4连接构成；

天线模拟器中的FPGA通过编程数据，产生方位仰角选择、时序控制、内场角度波形数据、外场角度波形数据、同步信号、失效移相器信号电路功能；

来自于微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号，控制微波着陆地面设备功率放大器产生射频信号，通过微波着陆地面设备天线开关，经射频电缆直接连接至微波着陆地面设备天线模拟器内部的衰减器，衰减器对由天线开关输入的多路射频信号进行衰减处理，获得适当幅度的射频信号；

该多路射频信号再进入合路器将多路射频信号混合后，再经检波器检波，检波产生的视频信号，再进入A/D采样电路，A/D采样电路进行A/D转换，A/D转换为数字信号送入FPGA的I/O端口，用于控制第一D/A转换电路外场角度信号和第二D/A转换电路内场角度信号的输出幅度；

微波着陆地面设备主机产生的移相器控制信号经过总线控制器后，送至各个移相器，FPGA对各个移相器工作情况进行检测，并将失效的移相器数量上报微波着陆地面设备主机；

FPGA将微波着陆地面设备主机产生的发射机控制信号、天线控制信号严格按照其时序关系模拟产生内场角度信号和外场角度信号，经第一D/A转换电路、第二D/A转换电路进行DA转换后送至微波着陆地面设备主机监测器进行检测；

天线模拟器中的内场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；内场角度控制信号用于控制内场角度信号产生的角度值；

天线模拟器中的外场角度控制信号连接到FPGA的I/O端口；外场角度控制信号用于控制外场角度信号产生的角度值；

微波着陆地面设备主机产生的方位同步信号送至FPGA后，在延时82us后，由FPGA产生模拟仰角同步反馈信号，送至微波着陆地面设备主机；用于模拟微波着陆地面设备方位主机与仰角主机之间的同步控制功能。

2.如权利要求1所述的微波着陆地面设备天线模拟器，其特征在于，模拟产生微波着陆系统主机所需要的外围输入信号，包括内场角度信号、外场角度信号、移相器数据、同步信号，同时可对单个移相器工作状态进行检测。

3.如权利要求1所述的微波着陆地面设备天线模拟器，其特征在于，模拟器产生的内场角度信号和外场角度信号，其角度在-42°～+42°范围内可调，调整最小单位0.01°，速率：39Hz/s，其产生的模拟信号的角精度≤±0.02°；用于检测微波着陆系统主机监测器测量精度；

模拟器产生的内场角度信号和外场角度信号输出幅度，受由天线开关输入的射频信号幅度控制，实时反映微波着陆系统主机的功率放大器和天线开关的工作状态和输出幅度，用于微波着陆系统主机监测器功率检测，检测精度≤±2W。