CN114255626A - 一种航空模拟通信仿真系统及其仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种航空模拟通信仿真系统及其仿真方法，该航空模拟通信仿真系统，包括幅度调制模块和角度调制模块；所述幅度调制木块包括振幅调制模块、双边带调制模块、单边带调制模块；所述角度调制模块包括频率调制模块、相位调制模块。本发明航空模拟通信仿真系统的知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快。本发明的航空模拟通信仿真方法包括幅度调制和角度调制，幅度调制包括振幅设计与振幅解调、双边带设计与解调、单边带设计与解调；角度调制包括频率调制和相位调制。本发明的航空模拟通信仿真方法能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的模拟通信子系统培训。
Description
技术领域
本发明涉及民用航空技术领域，尤其是涉及一种航空模拟通信仿真系统及其仿真方法。
背景技术
通信系统是民用飞机航空电子系统的重要组成之一，也是航空电子系统设计公司重点培训基础课程之一，通信系统原理培训有着理论抽象、数学运算推导复杂、培训课件呆板、波形图手动绘制、实践操作性强、新理论新概念频出等特点，导致培训枯燥并难以理解，新员工入职培训效果大打折扣，使后续通信系统设计类项目开展困难。
当前航空领域通信系统原理培训主要以硬件设备及专业示波器为主，需要特定的培训室和通信系统专业仪器仪表设备，存在投入成本高、仪表设备损坏率高、教员专业性强等问题，而纯软件人机界面交互式培训正好能避免上述问题。
市场急需一种知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算量不太大，能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的模拟通信子系统培训仿真系统。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快的航空模拟通信仿真系统。该航空模拟通信仿真系统能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的模拟通信子系统培训。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种航空模拟通信仿真系统包括幅度调制模块和角度调制模块；所述幅度调制木块包括振幅调制模块、双边带调制模块、单边带调制模块；所述角度调制模块包括频率调制模块、相位调制模块；
所述振幅调制模块包括振幅设计模块和振幅解调模块，所述振幅设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述振幅解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到幅度解调信号；
所述双边带调制模块包括双边带设计模块和双边带解调模块，所述双边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述双边带解调模块用于在双边带设计模块的基础上，去除已生成调制信号中的直流成分，得到双边带解调信号；
单边带调制模块包括单边带设计模块和单边带解调模块，所述单边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述单边带解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到单边带解调信号；
所述频率调制模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的频率波形；
所述相位调制模块用于生成相位信号的时域波形，该时域波形的振幅始终保持不变，但瞬时相位随调制信号进行变换。
优选的技术方案，所述振幅设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
优选的技术方案，所述振幅解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
优选的技术方案，所述双边带设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
优选的技术方案，所述双边带解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
优选的技术方案，所述单边带设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
优选的技术方案，所述单边带解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
本发明的再一目的是提供一种航空模拟通信仿真方法，其包括以下步骤：
幅度调制，包括振幅设计与振幅解调、双边带设计与解调、单边带设计与解调；
角度调制，包括频率调制和相位调制。
优选的技术方案，所述幅度调制的过程如下：
振幅设计与振幅解调，根据输入的参数f0、fc、A0生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率，A0为幅度；具体公式如下：
AM调制的时域表达式：sAM(t)＝[A0+m(t)]cosωct＝A0cosωct+m(t)cosωct其中，sAM(t)为振幅设计时的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝A0cos(ωct)，A0代表幅度，为常数，表示叠加的直流分量；ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
AM调制的频域表达式：
其中，SAM(ω)为振幅设计时的频域信号，π[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]是对应cosω0t的傅里叶变换；
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换；M(ω)为m(t)对应的频谱。
双边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
DSB调制的时域表达式：
sDSB(t)＝m(t)cosωct
其中，sDSB(t)为双边带设计的时域信号,
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
DSB调制的频域表达式：
其中，SDSB(ω)为双边带设计的频域信号,
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换,M(ω)为m(t)对应的频谱。
单边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
SSB调制的时域表达式：
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
SSB调制的频域表达式：
其中，SSSB(ω)为单边带设计的频域信号，
是对应
的傅里叶变换；
优选的技术方案，所述频率调制的过程如下：
根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调频信号的时域信号表达式：
sFM(t)＝Acos[ωct+Kf∫m(τ)dτ]
其中，sFM(t)为频率调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；其中瞬时频率偏移随调制信号成比例变换，
即
其中Kf为调频灵敏度；
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调频信号的频域信号表达式：
其中，SNBFM(ω)为频率调制的频域信号，
由于
将其进行傅里叶变换：
则
所述相位调制的过程如下：
根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调相信号的时域表达式：
sPM(t)＝Acos[ωct+Kpm(t)]
其中，sPM(t)为相位调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即
Kp为调相灵敏度，
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调相信号的频域表达式：
其中，SPM(ω)为相位调制的频域信号，
由于sPM(t)≈Acosωct-AKpm(t)sinωct，
将其进行傅里叶变换，即得到
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明知识针对性强、仿真效果好、知识面覆盖全，人机交互界面友好，且运算快的航空模拟通信仿真系统。该航空模拟通信仿真系统能针对航空电子企业的设计培训特点，适应于对企业新员工进行基础的模拟通信子系统培训。本发明替代了实验室的硬件和仪器仪表设备，并完整实现了对航空模拟通信系统进行了仿真，仿真系统完整，具有演示性强，操作简单实用，适用于航空企业新员工培训，并能够保证企业培训效果，为后续项目设计奠定基础。同时，相对于现有技术中的硬件演示，大大节约了成本。
附图说明
图1为本发明振幅设计的仿真原理图；
图2为本发明振幅解调的仿真原理图；
图3为本发明双边带设计的仿真原理图；
图4为本发明双边带解调的仿真原理图；
图5为本发明单边带设计的仿真原理图；
图6为本发明单边带解调的仿真原理图；
图7为本发明频率调制的仿真原理图；
图8为本发明相位调制的仿真原理图。
具体实施方式
一种航空模拟通信仿真系统包括幅度调制模块和角度调制模块；所述幅度调制木块包括振幅调制模块、双边带调制模块、单边带调制模块；所述角度调制模块包括频率调制模块、相位调制模块；
所述振幅调制模块包括振幅设计模块和振幅解调模块，所述振幅设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述振幅解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到幅度解调信号；
所述双边带调制模块包括双边带设计模块和双边带解调模块，所述双边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述双边带解调模块用于在双边带设计模块的基础上，去除已生成调制信号中的直流成分，得到双边带解调信号；
单边带调制模块包括单边带设计模块和单边带解调模块，所述单边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述单边带解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到单边带解调信号；
所述频率调制模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的频率波形；
所述相位调制模块用于生成相位信号的时域波形，该时域波形的振幅始终保持不变，但瞬时相位随调制信号进行变换。
如图1所示为振幅调制(AM调制)模块中的振幅设计模块的仿真设计过程：
首先，分别输入参数f0、fc、A0，读取系统参数，生成相应的调制信号和载波信号，然后生成已调信号。先用plot函数直接画出他们所对应的时域波形，在分别将其进行FFT变换，最后再用plot函数画出他们所对应的频域波形。
plot函数绘制二维点图和线图：
plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是绘图样式(可由用户指定)。
FFT函数是一维的傅里叶变换，是将时域信号转换为频域信号的；
Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
即振幅设计与振幅解调过程为：根据输入的参数f0、fc、A0生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率，A0为幅度；具体公式如下：
AM调制的时域表达式：sAM(t)＝[A0+m(t)]cosωct＝A0cosωct+m(t)cosωct
其中，sAM(t)为振幅设计时的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝A0cos(ωct)，A0代表幅度，为常数，表示叠加的直流分量；ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
AM调制的频域表达式：
其中，SAM(ω)为振幅设计时的频域信号，π[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]是对应cosω0t的傅里叶变换；
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换；M(ω)为m(t)对应的频谱。
如图2所示为振幅解调模块的幅度解调过程示意图：
在AM调制的基础上，输入参数f0、fc、A0，生成已调制信号，再将已调信号加入噪声信号n(t)，然后将其通过理想的BPF滤波器(理想带通滤波器)，理想带通滤波器的带宽设置为(fc-B,fc+B)，其中，fc是载波频率，B是系统带宽。再将信号与本地载波m2相乘，产生混频信号，然后通过低通滤波器，最后用信号减去mean函数实现的均值，以达到去除信号中的直流成分的目的，最终得到我们所需要的AM解调信号。
解调过程中，利用plot函数绘制二维点图和线图：plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是用户指定的绘图样式。
噪声信号n(t)，把噪声叠加到信号上去：
function[Y,NOISE]＝noisegen(X,SNR)
NOISE＝randn(size(X))；
NOISE＝NOISE-mean(NOISE)；
signal_power＝1/length(X)*sum(X.*X)；
noise_variance＝signal_power/(10^(SNR/10))；
NOISE＝sqrt(noise_variance)/std(NOISE)*NOISE；
Y＝X+NOISE；
其中X是纯信号，SNR是要求的信噪比，Y是带噪信号，NOISE是叠加在信号上的噪声。
Mean函数用于求数组的平均数或者均值；使用方法M＝mean(A)，返回沿数组中不同维的元素的平均值。
FFT函数(或者叫fft函数)是一维的傅里叶变换，是将时域信号转换为频域信号的；
Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
如图3所示，本发明双边带设计的仿真原理图，首先点击界面分别输入参数f0、fc，读取系统参数，生成相应的调制信号和载波信号，然后生成已调信号。先用plot函数直接画出他们所对应的时域波形，再分别将其进行FFT变换，最后再用plot函数画出他们所对应的频谱。
plot函数绘制二维点图和线图：plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是由用户指定的绘图样式；fft函数是一维的傅里叶变换，用于将时域信号转换为频域信号。
Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
双边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
DSB调制的时域表达式：
sDSB(t)＝m(t)cosωct
其中，sDSB(t)为双边带设计的时域信号,
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
DSB调制的频域表达式：
其中，SDSB(ω)为双边带设计的频域信号,
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换,M(ω)为m(t)对应的频谱。
如图4所示，本发明的双边带解调的仿真原理图。在DSB调制的基础上，先将已调信号加入噪声n(t)，在将其通过理想的BPF滤波器，理想带通滤波器的带宽设置为(fc-B,fc+B)，其中，fc是载波频率，B是系统带宽。再将信号与本地载波m2相乘，然后再将混频信号通过低通滤波器，最后用低通信号减去mean函数实现的平均值，以便去除信号中的直流成分，最终得到我们所需要的DSB解调信号。
解调过程中，利用plot函数绘制二维点图和线图：plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是用户指定的绘图样式。噪声信号n(t)(也可以说是随机噪声)
把噪声叠加到信号上去：
function[Y,NOISE]＝noisegen(X,SNR)
NOISE＝randn(size(X))；
NOISE＝NOISE-mean(NOISE)；
signal_power＝1/length(X)*sum(X.*X)；
noise_variance＝signal_power/(10^(SNR/10))；
NOISE＝sqrt(noise_variance)/std(NOISE)*NOISE；
Y＝X+NOISE；
其中X是纯信号，SNR是要求的信噪比，Y是带噪信号，NOISE是叠加在信号上的噪声。
采用Mean函数求数组的平均数或者均值；使用方法M＝mean(A)，返回沿数组中不同维的元素的平均值。fft函数是一维的傅里叶变换，是将时域信号转换为频域信号的；Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
如图5所示，本发明单边带设计的仿真原理图。首先根据分别输入参数f0、fc，读取系统参数，生成相应的调制信号和载波信号，然后生成已调信号。用plot函数直接画出他们所对应的时域波形，在分别将其进行FFT变换，最后再用plot函数画出他们所对应的频谱。
plot函数绘制二维点图和线图：plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是由用户指定的绘图样式；fft函数是一维的傅里叶变换，用于将时域信号转换为频域信号。
Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
单边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
SSB调制的时域表达式：
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
SSB调制的频域表达式：
其中，SSSB(ω)为单边带设计的频域信号，
是对应
的傅里叶变换；
如图6所示，本发明单边带解调的仿真原理图。在SSB调制的基础上，先将已调信号加入噪声n(t)，在将其通过理想的BPF滤波器，理想带通滤波器的带宽设置为(fc-B,fc+B)，其中，fc是载波频率，B是系统带宽。再将信号与本地载波m2相乘，产生混频信号，然后再将混频信号通过低通滤波器，最后用mean函数实现去除信号中的直流成分，最终得到所需要的SSB解调信号。
其中，利用plot函数绘制二维点图和线图：
plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是用户指定的绘图样式；
噪声信号n(t)(这里的噪声信号与前述相同)，把噪声叠加到信号上去：
function[Y,NOISE]＝noisegen(X,SNR)
NOISE＝randn(size(X))；
NOISE＝NOISE-mean(NOISE)；
signal_power＝1/length(X)*sum(X.*X)；
noise_variance＝signal_power/(10^(SNR/10))；
NOISE＝sqrt(noise_variance)/std(NOISE)*NOISE；
Y＝X+NOISE；
其中X是纯信号，SNR是要求的信噪比，Y是带噪信号，NOISE是叠加在信号上的噪声。
利用Mean函数求数组的平均数或者均值；使用方法M＝mean(A)，返回沿数组中不同维的元素的平均值。fft函数是一维的傅里叶变换，是将时域信号转换为频域信号的；Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
如图7所示，本发明频率调制的仿真原理图。首先输入调频指数Kf和载波频率fc的参数，根据输入的参数，生成调制信号和载波信号。其次，将信号mt进行循环积分，得到积分后的信号int_mt，生成已调信号。再用plot函数分别波形得出时域波形，最后采用FFT变换，用plot函数得出对应的频域波形。
利用plot函数绘制二维点图和线图：
plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量，LineSpec是用户指定的绘图样式。
fft函数是一维的傅里叶变换，是将时域信号转换为频域信号的；Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
即根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调频信号的时域信号表达式：
sFM(t)＝Acos[ωct+Kf∫m(τ)dτ]
其中，sFM(t)为频率调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；其中瞬时频率偏移随调制信号成比例变换，
即
其中Kf为调频灵敏度；
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调频信号的频域信号表达式：
其中，SNBFM(ω)为频率调制的频域信号，
由于
将其进行傅里叶变换：
则
如图8所示，本发明相位调制的仿真原理图。根据调频指数Kf和载波频率fc的参数，仿真出波形。其中，观察PM信号的时域波形，其波形的振幅始终保持不变，但是瞬时相位在随着调制信号的作变化。
相位调制的过程如下：
根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调相信号的时域表达式：
sPM(t)＝Acos[ωct+Kpm(t)]
其中，sPM(t)为相位调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即
Kp为调相灵敏度，
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调相信号的频域表达式：
其中，SPM(ω)为相位调制的频域信号，
由于sPM(t)≈Acosωct-AKpm(t)sinωct，
将其进行傅里叶变换，即得到
其中，利用plot函数绘制二维点图和线图：
plot(X,Y,LineSpec)，其中X由所有输入点坐标的x值组成，Y是由与X中包含的x对应的y所组成的向量。LineSpec是用户指定的绘图样式。
利用fft函数(一维的傅里叶变换)将时域信号转换为频域信号：
Y＝fft(X,n)——用快速傅里叶变换(FFT)算法计算X的离散傅里叶变换(DFT)，并返回n点DFT。如果未指定任何值，则Y的大小与X相同。
以上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 (10)
1.一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：其包括幅度调制模块和角度调制模块；所述幅度调制模块包括振幅调制模块、双边带调制模块、单边带调制模块；所述角度调制模块包括频率调制模块、相位调制模块；
所述振幅调制模块包括振幅设计模块和振幅解调模块，所述振幅设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述振幅解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到幅度解调信号；
所述双边带调制模块包括双边带设计模块和双边带解调模块，所述双边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述双边带解调模块用于在双边带设计模块的基础上，去除已生成调制信号中的直流成分，得到双边带解调信号；
单边带调制模块包括单边带设计模块和单边带解调模块，所述单边带设计模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的时域波形和频率波形；所述单边带解调模块用于去除已生成调制信号中的直流成分，得到单边带解调信号；
所述频率调制模块用于生成相应的调制信号和载波信号，并根据调制信号和载波信号生成已调信号，并生成对应的频率波形；
所述相位调制模块用于生成相位信号的时域波形，该时域波形的振幅始终保持不变，但瞬时相位随调制信号进行变换。
2.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述振幅设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
3.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述振幅解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
4.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述双边带设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
5.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述双边带解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
6.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述单边带设计模块采用plot函数直接生成对应的时域波形，再将时域波形通过FFT变换，再采用plot函数生成对应的频率波形。
7.根据权利要求1所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述单边带解调模块采用通过BPF滤波器、低通滤波器、以及减去mean函数的均值去除信号中的直流成分。
8.一种航空模拟通信仿真方法，其特征在于：其包括以下步骤：
幅度调制，包括振幅设计与振幅解调、双边带设计与解调、单边带设计与解调；
角度调制，包括频率调制和相位调制。
9.根据权利要求8所述的一种航空模拟通信仿真方法，其特征在于：所述幅度调制的过程如下：
振幅设计与振幅解调，根据输入的参数f0、fc、A0生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率，A0为幅度；具体公式如下：
AM调制的时域表达式：sAM(t)＝[A0+m(t)]cosωct＝A0cosωct+m(t)cosωct其中，sAM(t)为振幅设计时的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝A0cos(ωct)，A0代表幅度，为常数，表示叠加的直流分量；ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
AM调制的频域表达式：
其中，SAM(ω)为振幅设计时的频域信号，π[δ(ω+ωc)+δ(ω-ωc)]是对应cosω0t的傅里叶变换；
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换；M(ω)为m(t)对应的频谱；
双边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
DSB调制的时域表达式：
sDSB(t)＝m(t)cosωct
其中，sDSB(t)为双边带设计的时域信号,
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
DSB调制的频域表达式：
其中，SDSB(ω)为双边带设计的频域信号,
是对应m(t)cosωct的傅里叶变换,M(ω)为m(t)对应的频谱；
单边带设计与解调,根据输入的参数f0、fc、生成调制信号和载波信号，其中f0调制信号的频率，fc为载波信号的频率；具体公式如下：
SSB调制的时域表达式：
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；
c(t)为载波信号：c(t)＝cos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；
SSB调制的频域表达式：
其中，SSSB(ω)为单边带设计的频域信号，
是对应
的傅里叶变换；
10.根据权利要求8所述的一种航空模拟通信仿真系统，其特征在于：所述频率调制的过程如下：
根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调频信号的时域信号表达式：
sFM(t)＝Acos[ωct+Kf∫m(τ)dτ]
其中，sFM(t)为频率调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；其中瞬时频率偏移随调制信号成比例变换，
即
其中Kf为调频灵敏度；
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调频信号的频域信号表达式：
其中，SNBFM(ω)为频率调制的频域信号，
由于
将其进行傅里叶变换：
则
所述相位调制的过程如下：
根据调频指数Kf和载波频率fc，生成调制信号和载波信号；将调制信号和载波信号进行循环积分，得到已调信号，再用plot函数生成时域波形，再进行FFT变换后，用plot函数生成对应的频域波形；具体公式如下：
调相信号的时域表达式：
sPM(t)＝Acos[ωct+Kpm(t)]
其中，sPM(t)为相位调制的时域信号，
m(t)为调制信号：m(t)＝cos(2*π*f0*t)，f0为调制信号的频率；瞬时相位偏移随调制信号作线性变化，即
Kp为调相灵敏度，
c(t)为载波信号：c(t)＝Acos(ωct)，ωc为载波角频率：ωc＝2*π*fc，fc为载波信号的频率；其中，A为幅度，为常数；
调相信号的频域表达式：
其中，SPM(ω)为相位调制的频域信号，
由于sPM(t)≈Acosωct-AKpm(t)sinωct，
将其进行傅里叶变换，即得到
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Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CA2276883A1 (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-02 | Robert J. Davies | Non-linear predistortion and upconversion system |
| CN109471138A (zh) * | 2019-01-11 | 2019-03-15 | 西安雷擎电子科技有限公司 | 一种多模卫星导航信号的合成方法 |
| CN110390178A (zh) * | 2019-08-05 | 2019-10-29 | 中国人民解放军空军工程大学航空机务士官学校 | 一种用于航空通信信道模型仿真的训练系统 |
-
2021
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Patent Citations (3)
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| CA2276883A1 (en) * | 1999-07-02 | 2001-01-02 | Robert J. Davies | Non-linear predistortion and upconversion system |
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| 王丹;赵凯;: "模拟调制系统的MATLAB仿真", 装备制造技术, vol. 2020, no. 12, pages 309 - 314 * |
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