CN104101338B - 一种基于pxi合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法和装置，该方法包括有以下步骤：A、利用直接数字式频率合成器生成载波信号；B、利用数据采集卡采集两路参考信号；C、利用直接数字式频率合成器，结合上述两路参考信号生成并输出同步的调制信号；D、将上述调制信号加上直流偏移后与载波信号相乘，得到调幅信号；E、将调幅信号通过模拟转换器输出。本发明装置通过基于PXI的合成仪器数据采集卡与中频收发器，实现罗盘模拟器的功能，不仅重量轻、体积小、精度高，同时增强了移植性、减少维修时间和成本。本发明作为一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法和装置可广泛应用于航空技术领域。

Description

一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法和装置
技术领域
本发明涉及航空技术领域，尤其是一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法和装置。
背景技术
航空技术的发展，需要机载设备维护也要跟得上步伐，传统的罗盘测试需要用到几台台式仪器同时工作，如射频信号源，任意模型发生机，音频信号源等台式仪器。用这种方法实现的罗盘测试设备体积大，一经定型后硬件和软件即已固化，不便于携带和操控，成本高、不便于升级且出现故障后维修时间长。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种基于PXI合成仪器实现的轻便、升级快、维修时间短的无线电复合罗盘模拟方法。
为了解决上述技术问题，本发明的另一目的是：提供一种基于PXI合成仪器的轻便、升级快、维修时间短的无线电复合罗盘模拟装置。
本发明所采用的技术方案是：一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法，包括有以下步骤：
A、利用直接数字式频率合成器生成载波信号；
B、利用数据采集卡采集两路参考信号；
C、利用直接数字式频率合成器，结合上述两路参考信号生成并输出同步的调制信号；
D、将上述调制信号加上直流偏移后与载波信号相乘，得到调幅信号；
E、将调幅信号通过模拟转换器输出。
进一步，所述步骤B中的两路参考信号为正弦参考信号和余弦参考信号。
进一步，所述步骤C包括有以下子步骤：
C1、测量余弦参考信号的频率，利用直接数字式频率合成器生成同频率的余弦调制信号，所述余弦调制信号相对余弦参考信号的相移为θ；
C2、以正弦参考信号的正斜率过零点作为触发条件触发余弦调制信号的发出。
本发明所采用的另一技术方案是：一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，包括有：
数据采集卡，用于采集两路参考信号，并提供触发信号；
中频收发器，包括有第一直接数字式频率合成器、第二直接数字式频率合成器、数字上变频器和模拟转换器；
所述第一直接数字式频率合成器用于根据参考信号生成载波信号；
所述第二直接数字式频率合成器用于根据参考信号生成基带信号；
所述数字上变频器用于生成的调幅信号；
所述模拟转换器用于将调幅信号转换为模拟无线电罗盘方位信号输出。
进一步，所述数据采集卡用于采集正弦参考信号和余弦参考信号。
进一步，所述数据采集卡还用于根据正弦参考信号的正斜率过零点提供触发信号。
进一步，所述第二直接数字式频率合成器用于利用余弦参考信号的频率，通过第二直接数字式频率合成器生成同频率的系带信号，所述基带信号相对余弦参考信号的相移为θ。
进一步，所述数字上变频器用于将基带信号加上直流偏移后与载波信号相乘，从而生成调幅信号。
进一步，所述数据采集卡和中频收发器均为基于PXI合成仪器。
本发明的有益效果是：本发明方法通过基于PXI合成仪器对无线电罗盘工作的模拟，并实现精确同步，采用直接数字合成技术控制基带信号与载波信号频率，输出信号幅度范围1uV～100mV，输出的频率精度达到50ppm，模拟罗盘方位信号精度零位误差±0.1°，其他方位误差±0.3°，不仅重量轻体积小，同时也增强了移植性以及减少维修时间和成本。
本发明的另一有益效果是：本发明装置通过基于PXI的合成仪器数据采集卡与中频收发器，实现罗盘模拟器的功能，采用直接数字合成技术控制基带信号与载波信号频率，输出信号幅度范围1uV～100mV，输出的频率精度达到50ppm，模拟罗盘方位信号精度零位误差±0.1°，其他方位误差±0.3°，不仅重量轻体积小，同时也增强了移植性以及减少维修时间和成本。
附图说明
图1为本发明方法的步骤流程图；
图2为本发明装置的工作原理示意图；
图3为无线电罗盘的组合天线原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
首先结合图3说明无线电罗盘的工作原理：
无线电罗盘工作频率150kHz～1800kHz，波道间隔500Hz。
参照图3，机载无线电罗盘通过两路正交的环形天线和一路垂直天线接收地面台发射的射频信号，纵向(正弦)环形天线与横向(余弦)环形天线接收的信号分别与机载无线电罗盘接收机输出的2路参考信号进行平衡调幅调制，两个调制信号相位相差90°。经调制后的两个信号合成后产生一个组合调制信号，这个组合调制信号与参考信号的相位差就是飞机的罗盘方位。
组合型环形/垂直天线的纵向(正弦)环形天线和横向(余弦)环形天线接收地面电台信号加至各自平衡调制器的信号电压分别用V1和V2表示：
V1＝Asinθcosωct
V2＝Acosθcosωct
其中，A为信号电压的幅值，θ为飞机与地面电台的相对方位角，ωc为接收地面电台信号的载波角频率。
两个平衡调制器输出信号分别为V3和V4：
V3＝V1sinωmt＝Asinθcosωctsinωmt
V4＝V2cosωmt＝Acosθcosωctcosωmt
其中，sinωmt为正弦参考信号，cosωmt为余弦参考信号。
将V3和V4合成后的组合调制信号V5：
V5＝V3+V4
＝Acosωct(sinθsinωmt+cosθcosωmt)
＝Acosωctcos(ωmt-θ)
从上式中可见，组合调制信号V5是一个包含相对方位角θ的函数。垂直天线接收的信号及将其移相90°后的输出信号分别为V6和V7：
V6＝Bsinωct
V7＝Bcosωct
将移相后的垂直天线信号V7与组合调制信号V5叠加，得到V8：
V8＝V5+V7
＝Acosωctcos(ωmt-θ)+Bcosωct
＝Bcosωct[1+A/Bcos(ωmt-θ)]
从V8的表达式可以看出，V8信号是一个普通调幅信号，调制信号是余弦参考信号移相θ后的信号。
无线电罗盘接收机接收到V8信号后，与两路参考信号进行相干解调，解调后的方位具有二值性，为了消除二值性，无线电罗盘接收机输出的正弦参考信号会周期性倒相，例如WL-11型无线电罗盘是6个周期倒相一次，WL-9A型无线电罗盘是8个周期倒相一次。因此V8信号在正弦参考信号倒相时应为V8’：
V′8＝V5+V7
＝Acosωctcos(ωmt-θ)+Bcosωct
＝Bcosωct[1+A/Bcos(ωmt+θ)]
V8信号是无线电罗盘接收机的输入信号，也是无线电罗盘(复合)模拟器要模拟的信号。
本发明无线电罗盘的模拟方法和装置就是用于模拟上述V8信号。
以下参照图1和图2说明本发明的具体实施方式：
A、利用第一直接数字式频率合成器(DDS)生成载波信号；
B、利用数据采集卡采集两路参考信号，即正弦参考信号和余弦参考信号；
C、利用第二直接数字式频率合成器(DDS)，结合上述两路参考信号生成并输出同步的调制信号；
具体为：
利用数据采集卡采集两路参考信号，测量余弦参考信号的频率，利用DDS产生同频率的余弦调制信号，即基带信号，所述余弦调制信号相对余弦参考信号移相θ，θ就是要模拟的罗盘方位，基带信号为cos(ωmt+θ)。
数据采集卡采集参考信号时，以正弦参考信号正斜率过零点作为触发，将此触发信号通过PXI背板总线输出至中频收发器，中频收发器内部根据触发信号输出基带信号，实现基带信号与参考信号同步。
D、将上述调制信号(即基带信号)加上直流偏移后在数字上变频器(DUC)与载波信号相乘，得到调幅信号；
E、将调幅信号通过模拟转换器输出，实现无线电罗盘方位信号V8的模拟：
V8＝Acosωct[1+mcos(ωmt±θ)]
上式中的参数m为调制度。
本发明通过基于PXI合成仪器的通用的模块化数据采集卡与模块化中频收发器实现罗盘模拟器的功能，其输出信号幅度范围为1uV～100mV；模拟罗盘方位信号精度零位误差为±0.1°，其他方位误差为±0.3°；采用直接数字合成技术控制基带信号与载波信号频率，输出的频率精度达到50ppm；从上述数据可知本发明基于PXI合成仪器提高了本发明装置的精度。同时，由于本发明技术基于PXI合成仪器实现，无需修改硬件平台，只需对合成仪器进行软件上的编程控制，因此升级过程方便快捷。本发明方法和装置的使用基于PXI合成仪器实现的重量轻体积小的模拟器，其模块化实现方便了软硬件的升级，在其内部出现故障只需适配器即可恢复正常工作，维修时间通常在1小时以内，与现有技术相比，极大地缩短了维修时间。
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以作出种种的等同变换或替换，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 (7)

1.一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法，其特征在于：
包括有以下步骤：
A、利用第一直接数字式频率合成器生成载波信号；
B、利用数据采集卡采集两路参考信号，两路参考信号为正弦参考信号sinωmt和余弦参考信号cosωmt；
C、利用第二直接数字式频率合成器，结合上述两路参考信号生成并输出同步的余弦调制信号cos(ωmt+θ)；
D、将上述调制信号加上直流偏移后与载波信号相乘，得到调幅信号；
E、将调幅信号通过模拟转换器输出，实现无线电罗盘方位信号V8的模拟，V8＝Acosωct[1+mcos(ωmt±θ)]，上式中的参数m为调制度。
2.根据权利要求1所述的一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟方法，其特征在于：所述步骤C包括有以下子步骤：
C1、测量余弦参考信号的频率，利用直接数字式频率合成器生成同频率的余弦调制信号，所述余弦调制信号相对余弦参考信号的相移为θ；
C2、以正弦参考信号的正斜率过零点作为触发条件触发余弦调制信号的发出。
3.一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，其特征在于：
包括有：
数据采集卡，用于采集两路参考信号，两路参考信号为正弦参考信号sinωmt和余弦参考信号cosωmt，并提供触发信号；
中频收发器，包括有第一直接数字式频率合成器、第二直接数字式频率合成器、数字上变频器和模拟转换器；
所述第一直接数字式频率合成器用于根据参考信号生成载波信号；
所述第二直接数字式频率合成器用于根据参考信号生成基带信号cos(ωmt+θ)；
所述数字上变频器用于生成的调幅信号；
所述模拟转换器用于将调幅信号转换为模拟无线电罗盘方位信号V8输出，V8＝Acosωct[1+mcos(ωmt±θ)]，上式中的参数m为调制度。
4.根据权利要求3所述的一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，其特征在于：所述数据采集卡还用于根据正弦参考信号的正斜率过零点提供触发信号。
5.根据权利要求3所述的一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，其特征在于：所述第二直接数字式频率合成器用于利用余弦参考信号的频率，通过第二直接数字式频率合成器生成同频率的基带信号，所述基带信号相对余弦参考信号的相移为θ。
6.根据权利要求3所述的一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，其特征在于：所述数字上变频器用于将基带信号加上直流偏移后与载波信号相乘，从而生成调幅信号。
7.根据权利要求3所述的一种基于PXI合成仪器的无线电复合罗盘模拟装置，其特征在于：所述数据采集卡和中频收发器均为基于PXI合成仪器。
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