CN105390039B - Cni外场模拟系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供CNI外场模拟系统，包括电源、控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键，控制板卡主要是由FPGA处理器和DSP处理器构成，FPGA处理器与DSP处理器以动态闪存DRAM作为传输媒介，DSP处理器连接显示器和按键，FPGA处理器连接高频组件，高频组件连接天线，集成了微波着陆外场模拟器、高度表外场模拟器、塔康精密测距简易外场模拟器、MB信标模拟器等外场模拟器功能于一体的新型外场模拟器，它具有通用性好、携带方便、测量性能好等优点。

Description

CNI外场模拟系统

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种CNI外场模拟系统。

背景技术

目前，市场上针对部队设备研发检测设备均采用专用型，即一种型号的被测件对应一种专用的检测设备，通用性很差。根据调研发现，部队对设备维护的人员数量较少，大量的检测设备大大增加了维护人员的工作量，甚至不能及时完成工作。同时，由于市场上针对微波着陆外场模拟器、YDKS-1A、YDKS-1B、YDKS-2A外场模拟器、JJM-3(JJM-2)塔康精密测距简易外场模拟器、VOR/ISL航向下滑模拟器、MB信标模拟器等外场模拟器的检测设备大多体积巨大，不方便携带，这也额外增加了维护人员的工作量。另外，目前市场上的此类检测设备大多需要多个电源供电，而在外场环境中，电源的提供本身就是一大难题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供CNI外场模拟系统，集成了微波着陆外场模拟器、高度表外场模拟器、塔康精密测距简易外场模拟器、MB信标模拟器等外场模拟器功能于一体的新型外场模拟器，它具有通用性好、携带方便、测量性能好等优点。

本发明一种CNI外场模拟系统是通过以下技术方案来实现的：

CNI外场模拟系统，包括电源、控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键，电源用于提供控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键所需要的电源。

控制板卡主要是由FPGA处理器和DSP处理器构成，FPGA处理器与DSP处理器以动态闪存DRAM作为传输媒介。

DSP处理器连接显示器和按键，DSP处理器主要用于高速信号处理以及驱动显示器，按键为输入载体，用于设置脉宽、频率、工作频点、功能选择，并通过显示器将数据显示出来。

FPGA处理器用于高速控制、解码编码脉冲和产生编码脉冲，FPGA处理器连接高频组件，高频组件用于产生微波着陆外场模拟器、高度表外场模拟器、塔康精密测距简易外场模拟器、MB信标模拟器所需的各类射频信号，并通过FPGA处理器控制选择输出某一类信号；高频组件连接天线，天线用于接收和发射射频信号，实现射频信号的空间传输。

为了使设备能在外场环境中使用，本实用新型采用锂电池供电，所述电源包括电源管理芯片、锂电池和DC-DC变压器，电源管理芯片连接锂电池，电源管理芯片用于管理锂电池的充放电；锂电池连接DC-DC变压器，DC-DC变压器用于对锂电池输出电压作降压处理。

用于产生各类射频信号的高频组件是由第一程控衰减器、第二程控衰减器、环形器、耦合器、功率检测单元、第一混频器、第二混频器、检波解调器、本振信号产生模块、调制处理模块、信号调理单元、功率放大器组成，

由第一程控衰减器连接环形器、环形器连接耦合器、耦合器连接功率检测单元组成第一数据输出路，所述第一数据输出路输出功率数据，

第一数据输出路：天线将接收的射频信号先通过第一程控衰减器再进入环形器，再进入耦合器和功率检测单元。

由第二程控衰减器与本振信号产生模块同时连接第一混频器、第一混频器连接检波解调器组成第二数据输出路，所述第二数据输出路输出本振频率。

第二数据输出路：环形器输出的射频信号再进入第二程控衰减器，与本振信号同时一起输入第一混频器，最后解调器，输出8421BCD编码格式的本振频率。

由第二程控衰减器与本振信号产生模块同时连接第二混频器、第二混频器连接调制处理模块、调制处理模块连接信号调理单元、信号调理单元连接功率放大器、功率放大器连接天线组成射频信号发射路，射频信号发射路可发射自身设备的射频信号和接收到的射频信号相应的信号。

射频信号发射路：第二程控衰减器输出的射频信号与本振信号同时输入第二混频器，再进入调制处理模块和信号调理单元，最后进入功率放大器，信号调理单元是固定衰减或固定放大器，衰减或放大通过FPGA输出口控制，功率放大器为程控功率放大器，放大的倍数通过FPGA的输出控制。射频信号最后通过天线发射出去。

所述本振信号产生模块包括频率输出单元、多路开关、第一频率源、第二频率源、第三频率源，第一频率源、第二频率源、第三频率源连接多路开关，多路开关连接频率输出单元，多路开关控制输出某一种或某两种或三种频率形成本振信号。

所述第二混频器接入使能信号Enable，当使能信号Enable＝1时，第二混频器才能输出射频信号，射频信号发射路发射接收到的射频信号相应的信号；当使能信号Enable＝0时，第二混频器输出的是本振信号，射频信号发射路发射自身设备的射频信号。

所述调制处理模块是由高度表处理通路、微波着陆外场模拟器处理通路、塔康精密测距简易外场模拟器处理通路、MB信标模拟器处理通路组成，

高度表处理通路是由检波视放器连接数控单元组成；

微波着陆外场模拟通器处理路由DPSK移相单元连接AM调幅处理单元组成；

塔康精密测距简易外场模拟通器处理路是由调频处理单元构成；

MB信标模拟器处理通路是由调相处理单元构成。

所述高频组件设置有第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，FPGA处理器分别连接第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，第一控制端口连接第一程控衰减器，第二控制端口连接第二程控衰减器，第三控制端口连接多路开关，第四控制端口连接调制处理模块，第五控制端口连接功率放大器。

所述DPSK移相单元中关于DPSK解调是由DSP处理器完成的，DSP处理器采用自适应解调技术。

所述FPGA处理器与高频组件均采用8421BCD编码的数据格式，采用8421BCD编码即保存数据值的准确度，又免却使用浮点运算所耗费的时间，提高运算效率。

所述DSP处理器采用LMS算法处理数据，采用LMS算法是用于DPSK解调和ADC数据采集，利用到LMS算法以提高采集精度。

本发明具有的有益效果：本发明采用模块化设计，将高频部分设计为通用性较强的射频收发机，并受控于FPGA，射频信号并通过天线接收和发射射频信号，实现射频信号的空间传输，控制板卡是FPGA与DSP处理器构成具有控制、解码、编码以及显示功能的模块；并采用便携式结构，内置锂电池，体积小，重量轻，操作简便，是部队外场通讯导航系统外场测试的理想设备。

附图说明

以下结合附图所示实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。

图1为本发明的CNI外场模拟系统结构图。

图2为本发明高频组件的结构图。

图3为本发明高频组件中调制处理模块的结构图。

具体实施方式

如图1所示，CNI外场模拟系统，包括电源、控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键。

为了使设备能在外场环境中使用，本发明采用锂电池供电，所述电源包括电源管理芯片、锂电池和DC-DC变压器，电源管理芯片连接锂电池，电源管理芯片用于管理锂电池的充放电；锂电池连接DC-DC变压器，DC-DC变压器用于对锂电池输出电压作降压处理，用于提供控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键所需要的各种电源。

控制板卡主要是由FPGA处理器和DSP处理器构成，FPGA处理器与DSP处理器以动态闪存DRAM作为传输媒介，实现FPGA处理器与DSP处理器之间的高速传输。

DSP处理器连接显示器和按键，DSP处理器主要用于高速信号处理以及驱动显示器，按键为输入载体，用于设置脉宽、频率、工作频点、功能选择，并通过显示器将数据显示出来；显示器采用的低功耗液晶显示作为参数设置和显示。

FPGA处理器作为信号控制的中枢，用于高速控制、解码编码脉冲和产生编码脉冲，FPGA处理器连接高频组件，高频组件用于产生微波着陆外场模拟器、高度表外场模拟器、塔康精密测距简易外场模拟器、MB信标模拟器所需的各类射频信号，并通过FPGA处理器控制选择输出某一类信号；高频组件连接天线，天线用于接收和发射射频信号，实现射频信号的空间传输。

如图2所示，用于产生各类射频信号的高频组件是由第一程控衰减器、第二程控衰减器、环形器、耦合器、功率检测单元、第一混频器、第二混频器、检波解调器、本振信号产生模块、调制处理模块、信号调理单元、功率放大器组成。

由第一程控衰减器连接环形器、环形器连接耦合器、耦合器连接功率检测单元组成第一数据输出路，所述第一数据输出路输出功率数据，

第一数据输出路：天线将接收的射频信号先通过第一程控衰减器再进入环形器，再进入耦合器和功率检测单元。

由第二程控衰减器与本振信号产生模块同时连接第一混频器、第一混频器连接检波解调器组成第二数据输出路，所述第二数据输出路输出本振频率。

第二数据输出路：环形器输出的射频信号再进入第二程控衰减器，与本振信号同时一起输入第一混频器，最后进入检波解调器，输出8421BCD编码格式的本振频率。

由第二程控衰减器与本振信号产生模块同时连接第二混频器、第二混频器连接调制处理模块、调制处理模块连接信号调理单元、信号调理单元连接功率放大器、功率放大器连接天线组成射频信号发射路，射频信号发射路可发射自身设备的射频信号和接收到的射频信号相应的信号。

射频信号发射路：第二程控衰减器输出的射频信号与本振信号同时输入第二混频器，再进入调制处理模块和信号调理单元，最后进入功率放大器，信号调理单元是固定衰减或固定放大器，衰减或放大通过FPGA输出口控制，功率放大器为程控功率放大器，放大的倍数通过FPGA的输出控制。射频信号最后通过天线发射出去。

所述本振信号产生模块用于产生高频组件需要的本振信号，本振信号产生模块包括频率输出单元、多路开关、第一频率源、第二频率源、第三频率源，第一频率源、第二频率源、第三频率源连接多路开关，多路开关连接频率输出单元，多路开关控制输出某一种或某两种或三种频率形成本振信号。

第一频率源、第二频率源、第三频率源连接多路开关，多路开关控制输出某一种或某两种或三种频率形成本振信号，本振信号再频率输出单元输出。

模拟仪需要发射两种射频信号：一根据接收到的射频信号输出相应的信号；二自身设备产生相应的射频信号。所述第二混频器接入使能信号Enable，当使能信号Enable＝1时，第二混频器才能输出射频信号，射频信号发射路发射接收到的射频信号相对应的信号；当使能信号Enable＝0时，第二混频器输出的是本振信号，射频信号发射路发射自身设备的射频信号。

第二混频器输出信号将进入调制处理模块，该模块是发射部分的核心部分，针对不同的被测件将做不同的处理，如图3所示，所述调制处理模块是由高度表处理通路、微波着陆外场模拟器处理通路、塔康精密测距简易外场模拟器处理通路、MB信标模拟器处理通路组成。

对高度表，高度表处理通路是将射频信号通过检波视放器和数控单元做调制处理后再进入信号调理单元；

对微波着陆外场模拟器，微波着陆外场模拟器处理通路是将射频信号通过DPSK移相单元对信号做DPSK移相移相调制和AM调幅处理单元做AM调幅处理；DPSK移相单元输出信号的DPSK解调是由DSP处理器完成的，DSP处理器采用自适应解调技术。

对塔康精密测距简易外场模拟器，塔康精密测距简易外场模拟器处理通路是将射频信号做调频处理；

对MB信标模拟器，MB信标模拟器处理通路是将射频信号做调相处理。

所述高频组件设置有第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，FPGA处理器分别连接第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，第一控制端口控制第一程控衰减器，第二控制端口控制第二程控衰减器，第三控制端口控制多路开关，第四控制端口控制调制处理模块，第五控制端口控制功率放大器。

所述FPGA处理器与高频组件均采用8421BCD编码的数据格式，采用8421BCD编码即保存数据值的准确度，又免却使用浮点运算所耗费的时间，提高运算效率。

所述DSP处理器采用LMS算法处理数据，采用LMS算法是用于DPSK解调和ADC数据采集，利用到LMS算法以提高采集精度。

本发明所举实施方式或者实施例对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所举实施方式或者实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.CNI外场模拟系统，包括电源、控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键，其特征在于：电源用于提供控制板卡、高频组件、天线、显示器和按键所需要的电源；

控制板卡主要是由FPGA处理器和DSP处理器构成，FPGA处理器与DSP处理器以动态闪存DRAM作为传输媒介；

DSP处理器连接显示器和按键，DSP处理器主要用于高速信号处理以及驱动显示器，按键为输入载体，用于设置脉宽、频率、工作频点、功能选择，并通过显示器将数据显示出来；

FPGA处理器用于高速控制、解码编码脉冲和产生编码脉冲，FPGA处理器连接高频组件，高频组件用于产生微波着陆外场模拟器、高度表外场模拟器、塔康精密测距简易外场模拟器、MB信标模拟器所需的各类射频信号，并通过FPGA处理器控制选择输出某一类信号；高频组件连接天线，天线用于接收和发射射频信号，实现射频信号的空间传输；

所述高频组件是由第一程控衰减器、第二程控衰减器、环形器、耦合器、功率检测单元、第一混频器、第二混频器、检波解调器、本振信号产生模块、调制处理模块、信号调理单元、功率放大器组成；

第一数据输出路：天线将接收的射频信号先通过第一程控衰减器再进入环形器，再进入耦合器和功率检测单元，输出功率数据；

第二数据输出路：环形器输出的射频信号再进入第二程控衰减器，第二程控衰减器输出的射频信号与本振信号产生模块产生的本振信号同时一起输入第一混频器，最后进入检波解调器，输出本振频率；

射频信号发射路：第二程控衰减器输出的射频信号与本振信号产生模块产生的本振信号同时输入第二混频器，再进入调制处理模块和信号调理单元，最后进入功率放大器，射频信号最后通过天线发射出去。

2.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述电源包括电源管理芯片、锂电池和DC-DC变压器，电源管理芯片连接锂电池，电源管理芯片用于管理锂电池的充放电；锂电池连接DC-DC变压器，DC-DC变压器用于对锂电池输出电压作降压处理。

3.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述本振信号产生模块包括频率输出单元、多路开关、第一频率源、第二频率源、第三频率源，第一频率源、第二频率源、第三频率源连接多路开关，多路开关控制输出某一种或某两种或三种频率形成本振信号，本振信号由频率输出单元输出。

4.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述第二混频器接入使能信号Enable，当使能信号Enable＝1时出，第二混频器输出射频信号；当使能信号Enable＝0时，第二混频器输出本振信号。

5.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述调制处理模块是由高度表处理通路、微波着陆外场模拟器处理通路、塔康精密测距简易外场模拟器处理通路、信标模拟器处理通路组成；

(a)高度表处理通路是由检波视放器连接数控单元组成；

(b)微波着陆外场模拟器处理通路由DPSK移相单元连接AM调幅处理单元组成；

(c)塔康精密测距简易外场模拟器处理通路是由调频处理单元构成；

(d)MB信标模拟器处理通路是由调相处理单元构成。

6.根据权利要求3所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述高频组件设置有第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，FPGA处理器分别连接第一控制端口、第二控制端口、第三控制端口、第四控制端口、第五控制端口，第一控制端口连接第一程控衰减器，第二控制端口连接第二程控衰减器，第三控制端口连接多路开关，第四控制端口连接调制处理模块，第五控制端口连接功率放大器。

7.根据权利要求5所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述DPSK移相单元中关于DPSK解调是由DSP处理器来执行的，DSP处理器采用自适应解调技术。

8.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述FPGA处理器与高频组件均采用8421BCD编码的数据格式。

9.根据权利要求1所述的CNI外场模拟系统，其特征在于：所述DSP处理器采用LMS算法处理数据。