CN108333958A - 一种复用形通用航空模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复用形通用航空模拟器，时钟模块用于提供100MHz‑6GHz和3‑20GHz本振信号；基带信号发生器，用于产生基带信号并输出；双通道上变频模块，根据100MHz‑6GHz本振信号，对基带信号进行调制，形成所需模拟的模拟器的发射信号；20G上变频模块，根据3‑20GHz本振信号，对基带信号进行调制，生成所需模拟的模拟器的发射信号；双通道下变频模块，根据3‑20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，形成中频信号；20G下变频模块，根据3‑20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，生成中频信号；双通道数字化仪模块，用于对中频信号AD采样并进行信号处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析。本发明能够模拟多种航空器，极大的降低了传统多模拟器系统的体积和成本。

Description

一种复用形通用航空模拟器

技术领域

本发明属于通用航空测试技术领域，特别涉及一种复用形通用航空模拟器。

背景技术

现有的模拟器设备主要采用传统单体独立设计思路，在技术上只要通过简单的嵌入式控制器和外围的AD/DA等元器件采集和发射信号，这种方法的特点是设计较为简单，对于单一模拟器的需求来说，具有一定的可行性，但存在体积大，毫无扩展性的缺点。当需要多种类模拟器协调工作时，就需要将不同种类的多个模拟器堆积起来使用，每个模拟器都是一个独立的嵌入式控制系统，这样的整体设计存在体积庞大，资源利用率低，使用不便的缺点。

发明内容

有鉴于此，为解决上述问题，本发明提出一种复用形通用航空模拟器，极大的缩小了系统体积，将传统的整机模拟器缩小到一个板卡，合成仪器技术最大化的复用了系统的硬件资源，同时加大了系统的可扩展性。

实现本发明的技术方案如下：

一种复用形通用航空模拟器，包括时钟模块、双通道基带源模块、双通道数字化仪模块、双通道上变频模块、双通道下变频模块、20G上变频模块及20G下变频模块；

时钟模块由6GHz本振源和3-20GHz本振源组成，用于为双通道上变频模块提供100MHz-6GHz本振信号，用于为双通道下变频模块、20G上变频模块和20G下变频模块提供3-20GHz本振信号；

基带信号发生器，用于产生基带信号并输出；

双通道上变频模块，根据输入的100MHz-6GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，形成所需模拟的模拟器的发射信号；

20G上变频模块，根据输入的3-20GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，生成所需模拟的模拟器的发射信号；

双通道下变频模块，根据输入3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，形成中频信号输出给双通道数字化仪模块；

20G下变频模块，根据3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，生成中频信号并输出双通道数字化仪模块；

双通道数字化仪模块，用于对中频信号AD采样并进行信号处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析。

进一步地，本发明所述6GHz本振源主要由100MHz晶振、DDS、PLL、分频倍频电路单元及信号调理单元构成，其中，100MHz晶振产生的PLS信号，经DDS和PLL输出100MHz～3GHz信号，所述分频倍频电路单元将所述100MHz～3GHz信号进行分段，分为100MHz-3GHz信号和1.5GHz-3GHz信号，通道I将100MHz-3GHz信号经调理直接输出，通道II将1.5GHz-3GHz信号经过倍频、滤波、放大后输出，两个通道输出的信号经过开关合路后统一输出100MHz-6GHz的信号；信号调理单元对输出的分频倍频电路单元输出的100MHz-6GHz的信号进行功率增益调理后，输出-10dBm～10dBm的100MHz-6GHz的本振信号。

进一步地，本发明所述3-20GHz本振源主要由100MHz晶振、DDS、PLL、分频倍频电路单元及信号调理单元构成，其中，100MHz晶振产生的PLS信号，经DDS和PLL输出5GHz～10GHz信号，分频倍频电路单元将锁相环PLL输出的5-10GHz信号扩频到3-20GHz信号，再进行分段，通道I将5-10GHz信号调理后输出，通道II将5-10GHz信号经过倍频滤波放大处理后，输出10-20GHz信号，通道III将6-10GHz信号经过分频滤波放大处理后，输出3-5GHz信号，3个通道输出的信号经过开关合路后统一输出3-20GHz信号，信号功率调理单元对所述3-20GHz信号功率进行调理，输出-10dBm～10dBm的3-20GHz本振信号。

进一步地，本发明所述基带信号发生器主要由正交信号合成+内插模块、NCO单元、信号调理单元、正交高速DA、序列波形发生单元及基带信号生成单元构成；

NCO单元，用于产生可控的正弦波并输出给正交信号合成+内插模块；

序列波形发生单元，用于产生序列波形并输出给正交信号合成+内插模块；

基带信号生成单元，用于产生基带信号并输出给正交信号合成+内插模块；

正交信号合成+内插模块，用于正弦波、序列波形及基带信号进行处理，生成所需的正交信号，再进行内插滤波；

正交高速DA，用于对正交信号合成+内插模块输出的信号进行数模转化，生成模拟量波形；

所述信号调理单元，用于对所述模拟量波形进行幅度、偏移量控制及滤波衰减，输出I、Q两路基带信号。

进一步地，本发明所述双通道数字化仪模块包括宽带模拟预处理和AD转换电路、FPGA系统、大容量存储管理单元、电源系统、触发管理单元和时钟同步/管理单元；

宽带模拟预处理和AD转换电路，对输入的中频信号进行放大、抗混叠滤波后进行双通道采样，再将两通道的数据输出给FPGA系统；

FPGA系统，对接收数据流进行数据拼接和高速数字下变频处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析；

触发管理单元，当接收外触发信号，完成预设功能；

时钟同步/管理单元，用于模拟器内各模块时钟的同步处理；

晶振，用于产生基准时钟，供时钟同步/管理单元使用。

进一步地，本发明双通道上变频模块包括功分器、调制器、衰减器、开关滤波器组、放大衰减滤波链路、放大衰减信号调理电路及开关；

输入的100MHz-6GHz本振信号经功分器分成两路，其中一路经放大衰减滤波链路对本振信号进行增益处理后输出，另一路经放大衰减滤波链路对本振信号进行增益处理后，为调制器提供本振信号；

双通道上变频模块上的一通道输入基带信号中选择I+路，再经放大衰减信号调理电路调理；双通道上变频模块上的另一通道输入基带信号经调制器调制、衰减器衰减后、开关滤波器组滤波及放大衰减信号调理电路调理；双通道的调理后的信号经开关合理后输出。

进一步地，本发明双通道下变频模块，将输入的射频信号分成三段，分别为50MHz～350MHz、350MHz～3GHz、3GHz～6GHz，其中50MHz～350MHz经增益处理后直接输出，350MHz～3GHz先经过一次变频到3.5GHz后再变频至500MHz输出，3GHz～6GHz先经过一次变频到2.5GHz再变频到140MHz输出。

进一步地，本发明所述20G上变频模块包含两个调制器、滤波放大衰减链路、调理链路、倍频器、衰减器、开关、放大衰减链路及滤波器；

输入的3-20GHz本振信号经衰减器、开关后分为两段，分别为12-17GHz本振信号以及8.5-13.25GHz本振信号，其中12-17GHz通道本振信号经过调理链路后作为其中一调制器的本振信号，8.5-13.25GHz本振信号经倍频器进行倍频处理，输出17-26.5GHz本振信号，再经过滤波放大衰减链路调理后作为另一调制器的本振信号；输入的基带信号经两个调制器调制，再经滤波器处理后经开关进行合路，合路信号经放大衰减链路处理后输出。

进一步地，本发明所述20G下变频模块包括12-20GHz的混频器、20-26.5GHz的谐波混频器、开关、调理电路、放大衰减链路、开关滤波器组、限幅器、衰减器、放大器及滤波放大衰减链路；

输入的3-20GHz本振信号经衰减器、开关后分成两路，两路信号分别经调理电路后送入12-20GHz的混频器和20-26.5GHz的谐波混频器；

输入的12-26.5GHz的射频信号经限幅器、开关后分成两段，分别为12-20GHz信号和20-26.5GHz信号；其中12-20GHz信号经放大衰减链路进行功率调节后，再送入开关滤波器组对镜像信号进行处理，然后送入12-20GHz混频器，20-26.5GHz信号经功率放大器后送入20-26.5GHz的谐波混频器；两个混频器输出的两路中频信号经过开关进行合路，再进行滤波放大衰减链路进行的信号调理后输出。

进一步地，本发明所述7个模块之间通过PXIe总线进行信号传输。

有益效果

本发明航空模拟器设置7种模块，根据所需模拟的航空器的不同，选择相应的模块使用，其具备多种类航空模拟器特点，能够模拟多种航空器，极大的降低了传统多模拟器系统的体积和成本。

本发明完全在多模块FPGA硬件平台实现，兼容性好，编译速度快，可跨平台使用。

本发明使用PXIe标准总线增强系统通用性，可扩展性。

附图说明

图1为本发明总体结构示意图；

图2为6GHz本振源方案框图；

图3为6GHz本振源DDS驱动电路方案框图；

图4为6GHz本振源锁相环路PLL方案框图；

图5为6GHz本振源频率扩展单元方案框图；

图6为6GHz本振源增益调理单元方案框图；

图7为3-20GHz本振源方案框图；

图8为3-20GHz本振源DDS驱动电路方案框图；

图9为3-20GHz本振源锁相环路方案框图；

图10为3-20GHz本振源频率扩展方案框图；

图11为3-20GHz本振源增益处理方案框图；

图12为基带信号发生器方案框图；

图13为基带信号发生器FPGA设计框图；

图14双通道数字化仪方案框图；

图15多功能数字化仪信号处理框图；

图16双通道上变频器方案框图；

图17为双通道下变频器方案框图；

图18为20GHz上变频器方案框图；

图19为20GHz下变频器方案框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明一种复用形通用航空模拟器，包括时钟模块、双通道基带源模块、双通道上变频模块、双通道数字化仪模块、双通道下变频模块、20G上变频模块和20G下变频模块；由于通用航空测试领域中使用的模拟器不止作为信号源有发射信号的功能(如微波着陆系统，仪表着陆，VOR等)，还有一些模拟器具体信号接收的功能(如ACS应答机)。所以复用形通用航空模拟器应该同时具备这两个功能，当作为发射机(信号源)具有生成并发射信号的功能，当作为接收机具有接收信号，分析信号的功能。出于发射机/接收机的功能完善以及处理方法通用性等考虑，并充分考虑系统的可扩展性和可裁剪性，系统将采用7种类模块，分别为时钟模块、双通道基带源模块、双通道上变频模块、双通道数字化仪模块、双通道下变频模块、20G上变频模块和20G下变频模块。

时钟模块由6GHz本振源和3-20GHz本振源组成，用于为双通道上变频模块提供-10dBm～10dBm的100MHz-6GHz本振信号，用于为双通道下变频模块、20G上变频模块和20G下变频模块提供-10dBm～10dBm的3-20GHz本振信号；

基带信号发生器，用于产生基带信号并输出；

双通道上变频模块，根据输入的100MHz-6GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，形成所需模拟的模拟器的发射信号；

20G上变频模块，根据输入的3-20GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，生成所需模拟的模拟器的发射信号；

双通道下变频模块，根据输入的3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，形成中频信号输出给双通道数字化仪模块；

20G下变频模块，根据3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，生成中频信号并输出双通道数字化仪模块；

双通道数字化仪模块，用于对中频信号AD采样并进行信号处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析。

当本发明航空模拟器模拟不同的对象时，所使用的模块也有所区别，并不是在任何情况下7个模块都同时使，具体如下：

当模拟器只需发射信号，所需模块为时钟模块、双通道基带源模块、双通道上变频模块和20G上变频模块。双通道基带源模块生成所需模拟的基带信号波形，通过双通道上变频模块和20G上变频模块进行变频处理，发射出去(例如模拟甚高频全向信标模拟器、仪表着陆系统模拟器、微波着陆模拟器、卫星导航模拟器)，若双通道基带源模块输出基带信号波形如果符合所模拟信号波形，可直接作为输出信号(如模拟无线电罗盘天线模拟器)。

双通道上变频模块和20G上变频模块都是用于对基带信号进行调制，生成发射信号，当模拟器发射信号的频率较高时，选择20G上变频模块，当模拟器发射信号的频率较低时，选择双通道上变频模块，当需要发射两种不同频率范围内的信号时，也可能同时利用到双通道上变频模块和20G上变频模块，正是由于双通道上变频模块和20G上变频模块的设置，使得该模拟器所发射信号的频率范围达到1KHz-20GHz。

当模拟器不仅需要发射信号，并且要接收来波信号进行分析处理，所需模块为时钟模块、双通道基带源模块、双通道上变频模块、20G上变频模块、20G下变频模块、双通道下变频模块和双通道数字化仪模块。双通道基带源模块生成所需模拟的基带信号波形，通过双通道上变频模块和20G上变频模块进行变频处理，发射出去；当目的航空器接收到该信号后会返回相应的应答信号，应答信号首先要经过20G下变频模块和双通道下变频模块进行下变频处理，处理后输出的中频信号给到双通道数字化仪模块，进行相应的数据解析；(如模拟无线电高度模拟器、塔康模拟器、A\C\S模式应答机信号模拟器、TCAS模拟器、抗干扰电台模拟器、J链内场模拟器、气象雷达模拟器)。

双通道下变频模块20G下变频模块都是对接收的信号进行下变频处理，但是两者进行下变频的频率范围不同，当模拟器接收信号的频率较高时，选择20G下变频模块，当模拟器接收信号的频率较低时，可选择双通道下变频模块，当需要利用两种不同频率的信号时，也可能同时利用到双通道下变频模块和20G下变频模块，正是由于双通道下变频模块和20G下变频模块的设置，使得该模拟器所接收信号的频率范围达到1KHz-20GHz。

表1为本发明航空模拟器所能模拟的模拟器列表，以及在模拟不同模拟器时，所利用到的模块，例如，下模拟甚高频全向信标模拟器时，所利用到的模块为双通道基带源模块和双通道上变频模块。

表1

下面对每一个模块进行详细说明：

时钟模块

时钟模块由两个本振源模块组成：100MHz-6GHz本振源和3-20GHz本振源。6GHz本振源如图2所示。

100MHz-6GHz本振源模块，相位噪声指标较低，模块体积较小，方案利用单锁相环方案应该可以实现。DDS+PLL输出100MHz～3GHz信号，再通过直通、倍频等处理实现100MHz～6GHz宽带信号输出，宽带信号经过放大器、衰减器、滤波器组成的信号功率调理单元输出-10dBm～+10dBm的100MHz～3GHz宽带本振信号。

DDS驱动电路将晶振输出100MHz信号经过放大倍频滤波等处理后，输出DDS所需要的1GHz驱动信号，如图3所示。

图4为6GHz本振源锁相环路PLL示意图。

分频倍频电路单元将锁相环PLL输出的100MHz-3GHz扩频到100MHz-6GHz，其中通过开关分段，通道1将100MHz-3GHz信号调理后输出，通道2将1.5GHz-3GHz信号经过倍频滤波放大的处理后，输出3GHz-6GHz信号，两个通道输出的信号经过开关合路后统一输出，如图5所示。

6GHz本振源增益调理单元示意图如图6所示。

3-20GHz本振源如图7所示

3-20GHz本振源模块先利用DDS+PLL输出5GHz～10GHz信号，再通过分频、倍频等处理实现3GHz～20GHz宽带信号输出，宽带信号经过放大器、衰减器、滤波器组成的信号功率调理单元输出-10dBm～+10dBm的3-20GHz宽带本振信号。

DDS驱动电路将晶振输出100MHz信号经过放大倍频滤波等处理后，输出DDS所需要的1GHz驱动信号，如图8所示。

3-20GHz本振源锁相环路如图9所示。

分频倍频电路单元将锁相环输出的5-10GHz扩频到3-20GHz，其中通过开关分段，通道1将5-10GHz信号调理后输出，通道2将5-10GHz信号经过倍频滤波放大的处理后，输出10-20GHz信号，通道3将6-10GHz信号经过分频滤波放大处理后，输出3-5GHz信号，3通道输出的信号经过开关合路后统一输出，如图10所示。

图11为3-20GHz本振源增益处理示意图。

双通道基带源模块

如图12所示，NCO单元(数字控制振荡器)，用于产生可控的正弦波，是直接数据频率合成器、快速傅立叶变换等的重要组成部分；正交信号合成+内插模块，用于对正弦波信号、序列波形及基带信号进行处理，生成所需的正交信号，并进行内插滤波；正交高速DA，用于对正交信号合成+内插模块输出的信号进行数模转化，生成模拟量波形；所述信号调理单元，用于对所述模拟量波形进行幅度、偏移量控制及滤波衰减，输出I、Q两路基带信号；所述信号调理单元包括幅度控制单元、偏移控制单元、衰减+滤波单元，幅度控制单元用于控制输出波形的幅度，偏移控制单元用于控制输出波形的偏移量，衰减+滤波用于对于输出信号进行滤波和衰减处理；可扩展大容量内存管理：板载DDR3，用于存储各类数据，具有存储量大的特点；序列波形发生单元，用于产生序列波形并输出给正交信号合成+内插模块；基带信号生成单元，用于产生基带信号并输出给正交信号合成+内插模块；时钟同步管理单元，用于系统内时钟的同步处理；触发管理单元，用于内触发和外触发的响应；PXIE总线为系统的高速传输总线。

基带信号发生器用于产生合成仪器信号源中的基带信号，以实现各类数字调制FSK、BPSK、QPSK、8PSK、16QAM等功能。基带的IQ信号为差分形式,基带信号带宽为DC～50MHz，通道带宽可达300MHz。功率根据IQ调制器输入端要求可设，幅度范围为-10dBm～0dBm(50Ω)。基带信号发生器由双通道1.25GS/s，14bit DA电路构成，型号为TI公司的DAC3482。主要由板载数字信号处理单元、NCO单元、信号调理单元、正交高速DA、序列波形发生单元、基带信号生成单元、大容量内存管理单元、时钟管理、触发管理等模块构成。模块共有两路DA输出，通过两路DA可同时完成IQ基带源输出。由于DA采样率和FPGA的处理速度足够高，可以保证各类矢量信号的带宽。而选用DA的分辨率为16bit，因此足够矢量信号调制的精度。

基带信号发生器的核心是FPGA设计，模块产生过程中需要大量的复杂数学运算，采用高性能的FPGA完成各种复杂的运算，为系统的实时性能提供更为有利的支持，并通过FPGA的实时下载实现功能的改变。通过加载和配置不同的IP核和参数，可以实现不同的仪器功能，是通用航空模拟器设计重配置的实现方式之一。FPGA的数字信号处理主要有以下功能：

PN序列发生，提供基带数据源；

●调制映射，将串行比特数据流转换成I，Q两路具有幅度特征的脉冲调制信号；

●成形滤波，用来完成对基带信号的滤波，形成适合调制的基带波形；

●CIC滤波器，完成对基带数据的重采样，实现大范围的码元速率。

●DDS模块，主要用于FSK调制中，通过改变DDS的频率控制字来控制I、Q两路输出信号的频率

上述这5类单元都在FPGA中通过IP核的设计实现，FPGA设计框图如图13所示：

双通道数字化仪模块

如图14所示，双通道数字化仪模块是合成仪器矢量信号分析、频谱分析功能实现的核心模块。它完成对中频信号的AD采集并根据仪器需求进行信号处理，完成信号的频谱分析，对各种数字调制如FSK、BPSK、QPSK、16QAM等方式的解调分析。通过对FPGA内不同IP和的配置和加载调用可实现不同的航空模拟器功能，是复用形通用航空模拟器设计的关键部分之一。

双通道数字化仪模块由宽带模拟预处理和AD转换电路、FPGA系统、大容量存储管理单元、电源系统、触发管理单元和时钟同步单元等几部分组成，

宽带模拟预处理和AD转换电路，对输入的中频信号进行放大、抗混叠滤波后进行双通道1G采样，再将两通道的数据输出给FPGA系统；包括放大器、抗混叠滤波器及双通道A/D转换器，放大器对输入中频信号进行放大处理；抗混叠滤波对放大后的信号进行滤波处理，具有抗混叠特性；双通道A/D转换器对滤波后的信号进行模拟数字转换，供后续处理需要，采样率为1GHz；FPGA系统，对接收数据流进行数据拼接和高速数字下变频处理；所述FPGA系统包括数字信号处理单元、AD控制管理模块、触发与时钟管理模块及存储管理模块，其中数字信号处理单元，对模拟信号转化过来的数字信号进行处理，包括傅立叶变换，特征值提取，主成分分析等；AD控制管理模块，用于宽带模拟预处理和AD转换电路中的AD转换进行控制；触发与时钟管理单元，用于控制系统内触发，控制系统时钟；存储管理，用于管理各类控制器到存储器的信号存取；触发管理单元，用于接收外触发信号；时钟同步/管理单元，用于系统内时钟的同步处理；晶振，用于产生基准时钟，供时钟同步/管理单元使用；电源系统，用于给系统各个部分提供电源；存储器，用于存储各类数据；PXIE总线，系统的高速传输总线。

核心是AD采集与信号处理。信号经宽带模拟前端后进入AD和数字信号处理系统，实现对信号的频域分析和矢量信号分析。模拟前端电路采用宽带放大器件和无源电阻网络，以保证1GHz(-3dB)通道带宽。大容量存储器为高速AD提供的数据缓存空间，数字信号处理单元对AD变换后的数据进行数字下变频、降速、正交分解、滤波后，将数据存储大容量存储器，与上位机进行实时数据更新，上位机根据数字信号处理后的数据进行频谱显示和矢量信号分析。

ADC采用国家半导体公司的ADC12D1000，该芯片支持双通道1G采样率，也可将两路通道进行数据拼接，实现2GSa/s的采样。AD采样时钟可以选用内部时钟管理单元的锁相时钟输出，也可采用外部时钟。FPGA接收ADC的数据流和数据时钟，完成数据拼接和高速数字下变频。ADC采用2路1GHz采样率的AD芯片进行拼接，2路AD的数据输出最多可扩展成4路发送至FPGA，每路的最高速率为500MSPS。FPGA在内部再次进行数据扩展，按相位进行抽取、分离、将每路时钟率再次降速，经过多相滤波和重采样实现采样率转化和数字变频。由于有足够高的采样率和FPGA处理速度，可以保证矢量信号分析带宽和频谱分析显示的指标得到保证。AD的分辨率为12bit，足够保证频谱分析和矢量信号分析的精度。

FPGA选用ALTERA公司的STRATIX4高速大容量系列产品。完成主要的数字信号处理工作，包括正交下变频结构、NCO数控振荡器、滤波器、抽取结构、信号增益和偏置调整等几个方面。它包括实数和复数两种数据处理模式，把A/D采集后较高频率的信号下变频至较低的频率，同时支持1-16384的抽取因子(支持小数模式)，输出信号速率可调的IQ信号，尤其是配合下变频模块组合的合成仪器，中频321.4MHz可以数字下变频至很低的频率，以便与后续信号分析、可满足模拟器的多种需求。信号处理单元的主要框架如下所示。它通过数字下变频，将AD输入的数据流编程IQ两路信号，再进行半带滤波和FIR滤波，得到低速的数字信号流，通过板载FPGA内部存储器进行缓存，然后在由频谱分析和矢量信号分析算法进行调用。如图15所示，多功能数字化仪信号处理示意图。

双通道上变频模块

如图16所示，100MHz-6GHz本振信号进入模块经过功分器，一路用于本振输出通路，用于多通道解决方案中，实现本振复用；另一路用于给调制器提供本振信号，其中经过放大衰减滤波链路对本振信号进行适当的增益处理。

基带信号输入形式为差分信号，当上变频模块输出100MHz-6GHz信号时，四路基带信号直接通入调制器，当上变频模块输出250kHz-100MHz信号时，I+一路基带信号直接输出所需信号，通过继电器开关切换到250kHz-100MHz输出通道。调制器输出的100MHz-6GHz信号首先经过开关滤波器组，开关滤波器组主要设计目的是实现整机谐波指标，设计谐波频率点抑制度大于20dBc，随后经过必要的放大衰减信号调理电路，与250kHz-100MHz信号通过开关统一输出250kHz-6GHz信号。

双通道下变频模块

如图17所示，6GHz下变频模块整体工作流程为输入的射频段50MHz-6GHz分为三段处理，分别为50MHz～350MHz、350MHz～3GHz、3GHz～6GHz，其中50MHz～350MHz经增益处理后直接输出，350MHz～3GHz先经过一次变频到3.5GHz后再变频至500MHz输出，3GHz～6GHz先经过一次变频到2.5GHz再变频到140MHz。

在6GHz下变频模块中输入端口的功率范围最大为+20dBm，为避免误操作烧毁后续器件，输入端口在允许情况下可以添加限幅器，随后输入射频信号经过放大器和数控衰减器组成的功率调节单元，随后送入混频器。本振输入后经过开关，一通道为第一混频器提供本振功率，二通道经过功率调理后输出。利用本振模块提供的参考信号，在6GHz下变频模块中实现3GHz锁相环单元，输出3GHz信号为第二混频器提供本振信号，随后混频输出第二中频信号500MHz，再经过必要的滤波、放大、衰减单元输出。

20G上变频模块

如图18所示，3-20GHz本振信号进入模块后首先经过开关进行分段处理，分别为12-17GHz和17-26.5GHz两个调制器提供12-17GHz以及17-26.5GHz的本振信号，12-17GHz通道本振信号经过信号调理直接送入调制器，17-26.5GHz通道本振信号需要进行扩频处理，将8.5-13.25GHz本振信号进行倍频，输出17-26.5GHz信号，再经过滤波器以及放大衰减的调理电路送入调制器。

基带信号以四路差分形式输入，随后进行差分到单端的转换，转换成I、Q两路基带信号，再分别通过继电器开关分别送入12-17GHz，17-26.5GHz的调制器。随后两路调制信号分别进行滤波处理后经过开关进行合路输出，再统一经过信号调理输出。

20G下变频模块

如图19所示，3-20GHz本振信号经过开关分别调理后送入12-20GHz的混频器和20-26.5GHz的谐波混频器。12-26.5GHz的射频信号同样先经过限幅器保护再通过开关进行分段处理，其中12-20GHz通道信号经放大衰减链路对功率进行调节，再送入开关滤波器组对镜像信号进行处理，设计抑制度大于30dBc，再送入12-20GHz混频器，另一路20-26.5GHz直接对小信号进行放大后送入混频器。输入的两路中频信号经过开关进行合路，再进行滤波放大衰减的信号调理后输出。

7类模块中，双通道基带源模块和双通道数字化仪模块为信号发生和信号处理的核心模块，采用高性能的FPGA固件，其丰富的标准IP核，具有功能齐全，灵活性好，可移植性的特点，在这种硬件平台上，开发人员可根据需要灵活配置内插抽取率、增益、偏置、频偏、载波频率、滤波器类型等参数，实现模拟器功能。

双通道基带源模块的作用是产生基带信号和复杂波形的信号，模块内部包含功能强大的数字信号处理硬件平台(FPGA)，通过数字信号处理+DA变换的方式，通过软件配置，产生各种中低频信号，经上变频器进一步变换，实现20GHz频段覆盖。反之，信号接收的频段通过20GHz下变频器实现，下变频器将输入的射频信号变频至中频，然后再由数字化仪磨口爱进行分析处理。PXIe数字化仪是信号接收的功能核心，除FPGA外，该模块进一步集成一款高性能DSP，实现各种信号解调、同步、谱分析等功能。通过软件配置，合成仪器模块即可模拟多款传统航空模拟器测试仪器功能，

每一类中所有模块采用标准化设计，相同模块之间可以实现互相替换和互相备份，因此模拟器系统具有很强的可扩展性和可裁剪性，当仅需要单一模拟器功能时，可以采用最小模块硬件配置方式，当需要扩展通道可测试功能时，可增加相应模块和加载软件即可。其次，考虑到系统的稳定性和冗余，设计的标准模块之间可以替换。当模拟器系统某一功能模块损坏时，可以使用机箱中其他模块进行替换，对外更换相应端口即可完成原有测试模拟功能；当通用仪表系统某一功能模块损坏时，仍然可完成部分功能测试。此外，由于所有采用标准化设计，在升级维护时，直接更换模块即可，减少了系统级维修时间成本。

本申请考虑到测试系统未来的发展趋势，测试总线的寿命周期等多个因素，将合成仪器技术与先进的PXIe总线技术相结合，研制基于PXI\PXIE总线的应用于航空电子测试的合成仪器测试系统，测试频段覆盖塔康、着陆系统、导航系统、电台通信系统以及各类雷达系统，使构建的模拟器具有体积小、集成度高、具有灵活可重构的特点，从而在全寿命周期内，大幅降低升级、维护成本。可广泛运用于航空测试领域。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种复用形通用航空模拟器，其特征在于，包括时钟模块、双通道基带源模块、双通道数字化仪模块、双通道上变频模块、双通道下变频模块、20G上变频模块及20G下变频模块；

时钟模块由6GHz本振源和3-20GHz本振源组成，用于为双通道上变频模块提供100MHz-6GHz本振信号，用于为双通道下变频模块、20G上变频模块和20G下变频模块提供3-20GHz本振信号；

基带信号发生器，用于产生基带信号并输出；

双通道上变频模块，根据输入的100MHz-6GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，形成所需模拟的模拟器的发射信号；

20G上变频模块，根据输入的3-20GHz本振信号，对所述基带信号进行调制，生成所需模拟的模拟器的发射信号；

双通道下变频模块，根据输入3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，形成中频信号输出给双通道数字化仪模块；

20G下变频模块，根据3-20GHz本振信号，对外部输入的射频信号进行解调，生成中频信号并输出双通道数字化仪模块；

双通道数字化仪模块，用于对中频信号AD采样并进行信号处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析。

2.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述6GHz本振源主要由100MHz晶振、DDS、PLL、分频倍频电路单元及信号调理单元构成，其中，100MHz晶振产生的PLS信号，经DDS和PLL输出100MHz～3GHz信号，所述分频倍频电路单元将所述100MHz～3GHz信号进行分段，分为100MHz-3GHz信号和1.5GHz-3GHz信号，通道I将100MHz-3GHz信号经调理直接输出，通道II将1.5GHz-3GHz信号经过倍频、滤波、放大后输出，两个通道输出的信号经过开关合路后统一输出100MHz-6GHz的信号；信号调理单元对输出的分频倍频电路单元输出的100MHz-6GHz的信号进行功率增益调理后，输出-10dBm～10dBm的100MHz-6GHz的本振信号。

3.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述3-20GHz本振源主要由100MHz晶振、DDS、PLL、分频倍频电路单元及信号调理单元构成，其中，100MHz晶振产生的PLS信号，经DDS和PLL输出5GHz～10GHz信号，分频倍频电路单元将锁相环PLL输出的5-10GHz信号扩频到3-20GHz信号，再进行分段，通道I将5-10GHz信号调理后输出，通道II将5-10GHz信号经过倍频滤波放大处理后，输出10-20GHz信号，通道III将6-10GHz信号经过分频滤波放大处理后，输出3-5GHz信号，3个通道输出的信号经过开关合路后统一输出3-20GHz信号，信号功率调理单元对所述3-20GHz信号功率进行调理，输出-10dBm～10dBm的3-20GHz本振信号。

4.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述基带信号发生器主要由正交信号合成+内插模块、NCO单元、信号调理单元、正交高速DA、序列波形发生单元及基带信号生成单元构成；

NCO单元，用于产生可控的正弦波并输出给正交信号合成+内插模块；

序列波形发生单元，用于产生序列波形并输出给正交信号合成+内插模块；

基带信号生成单元，用于产生基带信号并输出给正交信号合成+内插模块；

正交信号合成+内插模块，用于正弦波、序列波形及基带信号进行处理，生成所需的正交信号，再进行内插滤波；

正交高速DA，用于对正交信号合成+内插模块输出的信号进行数模转化，生成模拟量波形；

所述信号调理单元，用于对所述模拟量波形进行幅度、偏移量控制及滤波衰减，输出I、Q两路基带信号。

5.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述双通道数字化仪模块包括宽带模拟预处理和AD转换电路、FPGA系统、大容量存储管理单元、电源系统、触发管理单元和时钟同步/管理单元；

宽带模拟预处理和AD转换电路，对输入的中频信号进行放大、抗混叠滤波后进行双通道采样，再将两通道的数据输出给FPGA系统；

FPGA系统，对接收数据流进行数据拼接和高速数字下变频处理，完成信号的频谱分析和/或解调分析；

触发管理单元，当接收外触发信号，完成预设功能；

时钟同步/管理单元，用于模拟器内各模块时钟的同步处理；

晶振，用于产生基准时钟，供时钟同步/管理单元使用。

6.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，双通道上变频模块包括功分器、调制器、衰减器、开关滤波器组、放大衰减滤波链路、放大衰减信号调理电路及开关；

输入的100MHz-6GHz本振信号经功分器分成两路，其中一路经放大衰减滤波链路对本振信号进行增益处理后输出，另一路经放大衰减滤波链路对本振信号进行增益处理后，为调制器提供本振信号；

双通道上变频模块上的一通道输入基带信号中选择I+路，再经放大衰减信号调理电路调理；双通道上变频模块上的另一通道输入基带信号经调制器调制、衰减器衰减后、开关滤波器组滤波及放大衰减信号调理电路调理；双通道的调理后的信号经开关合理后输出。

7.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，双通道下变频模块，将输入的射频信号分成三段，分别为50MHz～350MHz、350MHz～3GHz、3GHz～6GHz，其中50MHz～350MHz经增益处理后直接输出，350MHz～3GHz先经过一次变频到3.5GHz后再变频至500MHz输出，3GHz～6GHz先经过一次变频到2.5GHz再变频到140MHz输出。

8.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述20G上变频模块包含两个调制器、滤波放大衰减链路、调理链路、倍频器、衰减器、开关、放大衰减链路及滤波器；

输入的3-20GHz本振信号经衰减器、开关后分为两段，分别为12-17GHz本振信号以及8.5-13.25GHz本振信号，其中12-17GHz通道本振信号经过调理链路后作为其中一调制器的本振信号，8.5-13.25GHz本振信号经倍频器进行倍频处理，输出17-26.5GHz本振信号，再经过滤波放大衰减链路调理后作为另一调制器的本振信号；输入的基带信号经两个调制器调制，再经滤波器处理后经开关进行合路，合路信号经放大衰减链路处理后输出。

9.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述20G下变频模块包括12-20GHz的混频器、20-26.5GHz的谐波混频器、开关、调理电路、放大衰减链路、开关滤波器组、限幅器、衰减器、放大器及滤波放大衰减链路；

输入的3-20GHz本振信号经衰减器、开关后分成两路，两路信号分别经调理电路后送入12-20GHz的混频器和20-26.5GHz的谐波混频器；

输入的12-26.5GHz的射频信号经限幅器、开关后分成两段，分别为12-20GHz信号和20-26.5GHz信号；其中12-20GHz信号经放大衰减链路进行功率调节后，再送入开关滤波器组对镜像信号进行处理，然后送入12-20GHz混频器，20-26.5GHz信号经功率放大器后送入20-26.5GHz的谐波混频器；两个混频器输出的两路中频信号经过开关进行合路，再进行滤波放大衰减链路进行的信号调理后输出。

10.根据权利要求1所述复用形通用航空模拟器，其特征在于，所述7个模块之间通过PXIe总线进行信号传输。