CN110987007A - 一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法 - Google Patents

一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法 Download PDF

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杨志强
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Abstract

本发明公开了一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法，系统包括数字处理/控制模块、收发捷变频器、收发切换模块、时钟分配模块、电源管理模块和通信接口模块。对于系统的各个组成部分，本发明也进行了详细的介绍。本发明由于该塔康和测距机模拟器的射频部分采用捷变频收发器，可以以更低的成本达到同时具备塔康模拟器和测距机模拟器的目的，且由于采用捷变频收发器，设备具有运用灵活，成本低，体积小以及频点切换灵活等优点。使用该设备时，可通过上位机软件或者矩阵键盘对模拟器的功能项、波道(962MHz‑1213MHz)等信息进行实时配置。

Description

一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法
技术领域
本发明涉及一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法。
背景技术
塔康(TACAN)又称战术空中导航系统(Tactical Air Navigation System)，是为适应舰载、移动台开发的军用战术空中导航系统。是由相互配套的地面信标台和机载塔康设备组成的极坐标定位系统。
目前国内外的主流军机均装备有塔康，并将在很长段时间内，作为其重要的导航设备之一。测距机(DME)是航空器所使用的无线电导航设备信号发生器，安装在机场和航路上，是主要的航路导航设备。航空器通过发射接收一对固定间隔的脉冲信号使用DME来测量自身到地面发射机之间的距离。
塔康信号模拟器在地面模拟塔康系统地面台的信号，为检测机载塔康设备提供标准的塔康导航信号；测距机(DME)信号模拟器具备模拟DME地面台的信号，为检查DME提供标准的导航信号功能。
现有模拟器功能单一，只具备塔康模拟器功能或者只具备测距机模拟器功能。而且，现有设备采用传统模拟接收机和发射机成本高体积大，应用不够灵活。
发明内容
对于上述现有技术存在的问题，本发明采用数字化设计，射频部分采用捷变频收发器，提出一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统及方法。以更低的成本达到同时具备塔康模拟器和测距机模拟器的目的。由于采用捷变频收发器，设备具有运用灵活，成本低，体积小以及频点切换灵活等优点。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，包括数字处理/控制模块(数字处理/控制模块采用PL+PS(ZYNQ7000))、收发捷变频器、收发切换模块、时钟分配模块、电源管理模块和通信接口模块；
数字处理/控制模块主要完成询问信号的解码、应答信号的编码、设备自检测等功能，同时具有数字信号处理、塔康信息处理、显示及通信能力；
捷变频收发器集RF前端与灵活的基带部分为一体，集成频率合成器，为数字处理单元提供可配置数字接口，从而简化设计导入，可方便快捷实现全波道模拟；
收发切换模块：完成射频信号的收发复用，同时防止大功率输入信号烧毁模拟器；
通信接口模块：完成与上位机的通讯，完成模拟器的参数配置，参数配置也可通过矩阵键盘实时设置。
作为优选方式，数字处理/控制模块选用片上系统(SOC)方案，片上系统的数字处理器采用XILINX的ZYNQ7000系列XC7Z020。
作为优选方式，捷变频收发器采用ADI公司的AD9361。
作为优选方式，FPGA内部信号处理逻辑主要完成DME/塔康基本编码、随机填充、识别信号产生以及询问接收机应答等功能；
DME/塔康基本编码信号产生原理:当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号。
作为优选方式，数字处理/控制模块连接显示器，显示器：用于实时显示模拟器状态。
作为优选方式，通信接口模块包括RS232串口和1000M以太网通信接口；
RS232串口物理层采用PS自带的UART接口与外部RS232电平转换器实现，应用层通过C软件在PS中实现；
1000M以太网采用PS自带以太网协议IP和外部以太网物理层转换器接口实现，通过PS(ZYNQ7000内部programming system可编程系统)软件编程实现网口通信。
一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器实现方法，采用以上所述的基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统。
本发明的有益效果是：
由于该塔康和测距机模拟器的射频部分采用捷变频收发器，可以以更低的成本达到同时具备塔康模拟器和测距机模拟器的目的，且由于采用捷变频收发器，设备具有运用灵活，成本低，体积小以及频点切换灵活等优点。使用该设备时，可通过上位机软件或者矩阵键盘对模拟器的功能项、波道(962MHz-1213MHz)等信息进行实时配置。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为模拟器架构设计；
图2为收发切换模块设计；
图3为系统通信实现框图；
图4为信号处理逻辑组成；
图5为DME/TACAN信号产生模块组成。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，包括数字处理/控制模块(数字处理/控制模块采用PL+PS(ZYNQ7000)，即数字处理/控制模块采用PL+PS(ZYNQ7000)组合结构实现。ZYNQ7000中PL+PS，PL为可编程逻辑单元，完成信号处理。PS为可编程系统，完成系统控制)、收发捷变频器、收发切换模块、时钟分配模块、电源管理模块和通信接口模块；
数字处理/控制模块主要完成询问信号的解码、应答信号的编码、设备自检测等功能，同时具有数字信号处理、塔康信息处理、显示及通信能力；
捷变频收发器集RF前端与灵活的基带部分为一体，集成频率合成器，为数字处理单元提供可配置数字接口，从而简化设计导入，可方便快捷实现全波道模拟；
收发切换模块：完成射频信号的收发复用，同时防止大功率输入信号烧毁模拟器，其原理如图2所示，其中环形器完成收发复用，当接收时，控制信号由外部进入耦合器，当发射时，控制信号由隔离器送出到外部。耦合器输出一路送到衰减器，衰减到合适的功率并进入接收，另一路接负载保护。
通信接口模块：完成与上位机的通讯，完成模拟器的参数配置，参数配置也可通过矩阵键盘实时设置。
数字处理/控制模块选用片上系统(SOC)方案，片上系统的数字处理器采用XILINX的ZYNQ7000系列XC7Z020。
捷变频收发器采用ADI公司的AD9361。
FPGA内部信号处理逻辑主要完成DME/塔康基本编码、随机填充、识别信号产生以及询问接收机应答等功能，其组成如图4所示；
DME/塔康基本编码信号产生原理如图5所示，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号。
数字处理/控制模块连接显示器，显示器：用于实时显示模拟器状态。
通信接口模块包括RS232串口和1000M以太网通信接口，其实现原理图3所示；串口物理层采用PS自带的UART接口与外部RS232电平转换器实现，应用层通过C软件在PS中实现。以太网采用PS自带以太网协议IP和外部以太网物理层转换器接口实现，通过PS软件编程实现网口通信。以太网口最高可支持1000M。
RS232串口物理层采用数字处理/控制模块的PS自带的UART接口与外部RS232电平转换器实现，应用层通过C软件在PS中实现；
1000M以太网采用PS自带以太网协议IP和外部以太网物理层转换器接口实现，通过PS软件编程实现网口通信。以太网口最高可支持1000M。
实施例二
一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器实现方法，采用以上所述的基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其具体实现方法如下：
采用一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，包括数字处理/控制模块(数字处理/控制模块采用PL+PS(ZYNQ7000))、收发捷变频器、收发切换模块、时钟分配模块、电源管理模块和通信接口模块；
数字处理/控制模块主要完成询问信号的解码、应答信号的编码、设备自检测等功能，同时具有数字信号处理、塔康信息处理、显示及通信能力；
捷变频收发器集RF前端与灵活的基带部分为一体，集成频率合成器，为数字处理单元提供可配置数字接口，从而简化设计导入，可方便快捷实现全波道模拟；
收发切换模块：完成射频信号的收发复用，同时防止大功率输入信号烧毁模拟器；
通信接口模块：完成与上位机的通讯，完成模拟器的参数配置，参数配置也可通过矩阵键盘实时设置。
数字处理/控制模块选用片上系统(SOC)方案，片上系统的数字处理器采用XILINX的ZYNQ7000系列XC7Z020。
捷变频收发器采用ADI公司的AD9361。
FPGA内部信号处理逻辑主要完成DME/塔康基本编码、随机填充、识别信号产生以及询问接收机应答等功能，其组成如图4所示；
a)收发捷变频器的接口；
b)TACAN/DME接收信号的数字下变频处理(DDC)；
c)TACAN/DME基带信号的IQ解调处理；
d)基于TACAN/DME制式的ASK和AM解调处理；
e)TACAN/DME译码处理；
f)TACAN/DME发射信号的数字上变频处理(DUC)；
g)TACAN/DME发射基带信号的IQ调制处理；
h)基于TACAN/DME制式的ASK和AM调制处理；
i)TACAN/DME编码处理；
j)TACAN/DME信号模拟过程管理和监控；
k)PL与PS接口。
DME/塔康基本编码信号处理模块原理原理如图5所示，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号。当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号。
数字处理/控制模块连接显示器，显示器：用于实时显示模拟器状态。
通信接口模块包括RS232串口和1000M以太网通信接口，其实现原理图3所示；
RS232串口物理层采用PS自带的UART接口与外部RS232电平转换器实现，应用层通过C软件在PS中实现；
1000M以太网采用PS自带以太网协议IP和外部以太网物理层转换器接口实现，通过PS(ZYNQ7000内部programming system可编程系统)软件编程实现网口通信。
接收时，处理流程如下：
a)收发捷变频器收发射频信号，当接收时，将射频信号处理成数字中频信号；
b)TACAN/DME接收信号的数字下变频处理(DDC)；
c)TACAN/DME基带信号的IQ解调处理；
d)基于TACAN/DME制式的ASK和AM解调处理；
e)TACAN/DME译码处理；
f)译码后将状态信息送到PS；
g)PS将状态信息送到上位机并控制显示模块显示；
发射时，处理流程如下：
a)PS接收上位机或键盘输入的控制状态信息；
b)根据状态信息进行TACAN/DME编码处理；
c)基于TACAN/DME制式的ASK和AM调制处理；
d)TACAN/DME发射基带信号的IQ调制处理；
e)TACAN/DME发射信号的数字上变频处理(DUC)；
f)收发捷变频器收发射频信号，当发射时，将收到的数字中频信号处理成射频并发射出去。
由于本实施例所介绍的方法为实施本发明实施例中一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统所采用的方法，故而本发明实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的系统的具体实施方式以及各种变化形式，所以在此对于系统如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实施例中的方法，都属于本发明的保护范围。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：包括数字处理/控制模块、收发捷变频器、收发切换模块、时钟分配模块、电源管理模块和通信接口模块；
数字处理/控制模块主要完成询问信号的解码、应答信号的编码、设备自检测等功能，同时具有数字信号处理、塔康信息处理、显示及通信能力；
捷变频收发器集RF前端与灵活的基带部分为一体，集成频率合成器，为数字处理单元提供可配置数字接口，实现全波道模拟；
收发切换模块：完成射频信号的收发复用，同时防止大功率输入信号烧毁模拟器；
通信接口模块：完成与上位机的通讯，完成模拟器的参数配置，参数配置也可通过矩阵键盘实时设置。
2.根据权利要求1所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：数字处理/控制模块选用片上系统方案，片上系统的数字处理器采用XILINX的ZYNQ7000系列XC7Z020。
3.根据权利要求1所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：捷变频收发器采用ADI公司的AD9361。
4.根据权利要求1所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：数字处理/控制模块采用PL+PS组合结构实现。
5.根据权利要求4所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：FPGA内部信号处理逻辑主要完成DME/塔康基本编码、随机填充、识别信号产生以及询问接收机应答等功能；
DME/塔康基本编码信号产生原理：当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号；当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号，当模式选择为TACAN模式时，15Hz/135Hz开关打开，并控制脉冲产生模块产生标准TACAN脉冲基带信号；当模式选择为DEM模式时，15Hz/135Hz开关关闭，并控制脉冲产生模块产生标准DEM脉冲基带信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：数字处理/控制模块连接显示器，显示器：用于实时显示模拟器状态。
7.根据权利要求1所述的一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统，其特征在于：通信接口模块包括RS232串口和1000M以太网通信接口；
RS232串口物理层采用PS自带的UART接口与外部RS232电平转换器实现，应用层通过C软件在PS中实现；
1000M以太网采用PS自带以太网协议IP和外部以太网物理层转换器接口实现，通过PS(ZYNQ7000内部programming system可编程系统)软件编程实现网口通信。
8.一种基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器实现方法，其特征在于：采用如权利要求1-7任一所述的基于捷变频收发器的塔康和测距机模拟器系统。
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