CN201234262Y - 机载数字图像传输设备的综合控制模拟器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，它涉及通信测控领域中模拟机载设备的控制状态、及传输中遇到的信道变化的模拟装置。它由液晶显示器、遥控指令模块、遥控数据产生模块、信道模拟模块、图像设置及数据产生模块、429指令及协议处理模块、遥测接收及解码块模块、稳压电源模块等部件组成。它采用小机箱结构，模拟产生上行信号，完成对下行信号的接收，并在液晶显示器进行控制和状态显示，通过SMA电缆和422、429接口与被测设备进行互连，完成设备状态控制等功能模拟。本实用新型是一种模拟链路控制和模拟飞行环境、操作简单、多功能机载设备综合控制模拟器。特别适用于对机载设备进行模拟检测、综合控制的模拟装置。

Description

机载数字图像传输设备的综合控制模拟器

技术领域

本实用新型涉及通过测控领域中的一种机载数字图像传输设备的综合控制模拟器。特别适用于对机载设备进行模拟检测、综合控制的模拟装置。

背景技术

目前，机载通信设备中，由于通信环境复杂，有多谱勒和多径效应，因此无法预测机载通信设备系统的性能。如果进行一次实际的飞行测试，不但耗费各种资源，而且建立链路时间长，检测手段少，测试效果很有限，使机载通信设备的可靠性及性能指标无法保证。

发明内容

本实用新型的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种能静态模拟通信环境，并能监测机载通信设备在此模拟的通信环境下的各种输出状态，能更好检测机载通信设备在此模拟通信环境下的性能的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器。本实用新型涉及到监测机载通信设备状态；静态模拟上行信号在实际传输中所产生的多谱勒频率和多谱勒变化率以及模拟多径效应，模拟遥控信号，并能设置多种链路控制指令、速率、帧格式；模拟产生图像数据；能够适应多种接口协议(航空429协议、422协议等)；提供高稳定电源。本实用新型具有结构紧凑，体积小，重量轻，连接简单，操作方便的多功能等特点。

本实用新型的目的是这样实现的：它包括液晶显示器1、遥控指令模块2、遥控数据产生模块3、信道模拟模块4、图像设置模块5、图像数据产生模块6、429指令模块7、429协议处理模块8、遥测接收模块9、遥测解码模块10、稳压电源模块11，其中遥控指令模块2入端口与液晶显示器1出端口1连接、出口端依次串接遥控数据产生模块3、信道模拟模块4后与被测机载设备接口A连接；图像设置模块5入端口与液晶显示器1出端口2连接、出口端串接图像数据产生模块6后与被测机载设备接口B连接；429指令模块7出入端口与液晶显示器1出入端口3连接，另一出入端口串接429协议处理模块8后与被测机载设备接口C连接；遥测接收模块9输入端口与被测机载设备接口D连接、输出端口串接遥测解码模块10后与液晶显示器1入端口4连接；稳压电源模块11输入端口1与交流220V电源接口F连接，输出端口2与被测机载设备电源接口G连接，输出端口3与模拟器内各部件+V、-V电压接口E连接。

本实用新型遥控数据产生模块3包括遥控帧产生器12、信源编码模块13、信道编码模块14、伪码产生器15、异或模块16，其中遥控帧产生器12入端1脚通过数据总线与遥控指令模块2出端口连接，遥控帧产生器12出端2脚通过数据总线依次串接信源编码模块13、信道编码模块14、异或模块16入出端1、2脚后与信道模拟模块4连接；异或模块16入端口3脚通过数据总线与伪码产生器15出端1脚连接；控帧产生器12、信源编码模块13、信道编码模块14、伪码产生器15、异或模块16各输入端5脚与稳压电源模块11输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接。

本实用新型信道模拟模块4包括信号寄存器24、多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19、多径信号合成器20、数模转换模块25、多谱勒频率控制字模块23、载波DDS发生器22、正交调制器21，其中遥控数据产生模块3出端口通过数据总线与信号寄存器24入端3脚连接，信号寄存器24输出1脚通过数据总线与多径信号合成器20入端1脚连接，信号寄存器24出端2脚通过数据总线与多径时延模块17的入端2脚连接，多径时延模块17的出端1脚通过数据总线依次串接多径衰减模块18、多径频偏模块19后与多径信号合成器20入端2脚连接；多径信号合成器20的出端3脚通过数据总线依次串接数模转换模块25、正交调制器21后与被测机载设备接口A连接；载波DDS发生器22的入端2脚通过数据总线与多谱勒频率控制字模块23的出端1脚连接，载波DDS发生器22出端1脚通过数据总线与正交调制器21的入端2脚连接；信号寄存器24、多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19、多径信号合成器20、数模转换模块25、多谱勒频率控制字模块23、载波DDS发生器22、正交调制器21各输入端5脚与稳压电源模块11输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接。

本实用新型429协议处理模块8包括429发协议处理器、429收协议处理器；429发协议处理器包括中断发寄存器26、比特映射模块27、奇偶效验模块28、电平转换模块29，其中中断发寄存器26入端1脚通过数据总线与429指令模块7出端口连接，中断发寄存器26出端2脚通过数据总线依次串接比特映射模块27、奇偶效验模块28、电平转换模块29入出端1、2脚后与被测机载设备接口C连接；

429收协议处理器包括接收中断寄存器30、比特映射模块27、奇偶效验模块28、数据采集器31，其中数据采集器31入端2脚与被测机载设备接口C连接，出端1脚通过数据总线依次串接奇偶效验模块28、比特映射模块27、接收中断寄存器30的入出端4、3脚后与429指令模块7入端口连接；中断发寄存器26、比特映射模块27、奇偶效验模块28、电平转换模块29、接收中断寄存器30、数据采集器31各输入端5脚与稳压电源模块11输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接，电平转换模块29输入端7脚与稳压电源模块11输出E端口-V电压端连接。

本实用新型信源编码模块13采用可设置密钥的6级M序列码型与32级m序列码型自同步复合加密方式。

本实用新型多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19的设置通过二径信号公式确定。

本实用新型多谱勒频率控制字模块23的设置通过多谱勒频率公式确定。

本实用新型相比背景技术具有如下优点：

1.本实用新型采用了遥控数据产生模块3、信道模拟模块4、429协议处理模块8，实现上行遥控链路的模拟，并能监测机载通信设备在此模拟的通信环境下的各种输出状态，它能更好检测设备在此模拟的通信环境下的性能的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器。

2.本实用新型所有部件采用大规模集成电路制作，因此具有结构紧凑，体积小，重量轻，连接简单，操作方便的多功能等特点。

3.本实用新型多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19的设置采用二径信号公式，实现了静态二径信号模拟。

4.本实用新型多谱勒频率控制字模块23的设置采用多谱勒频率公式，实现了静态多谱勒信号模拟。

附图说明

图1是本实用新型电原理方框图。

图2是本实用新型遥控数据产生模块3的电原理图。

图3是本实用新型信道模拟模块4的电原理图。

图4是本实用新型429协议处理模块8的电原理图。

图5是本实用新型图像数据发工作流程图。

图6是本实用新型遥测接收工作流程图。

图7是本实用新型离散控制工作流程图。

图8是本实用新型液晶显示器1工作流程图。

图9是本实用新型型液晶显示器1的按键示意图。

具体实施方式

本实用新型由液晶显示器1、遥控指令模块2、遥控数据产生模块3、信道模拟模块4、图像设置模块5、图像数据产生模块6、429指令模块7、429协议处理模块8、遥测接收模块9、遥测解码模块10、稳压电源模块11组成，如图1所示，实施例按图1连接线路。

本实用新型液晶显示器1是通过屏上的点阵来显示的。通过控制这些点的亮与不亮来显示我们所要的信息。首先我们要把所用的所有信息先用ROM存储起来，以便程序调用，我们还需要一个显示存储器即显存，它代表了液晶屏的点阵位置和显示信息，它是可读可写RAM。当你想看到你显示的内容时(通过键盘操作来执行或外部指令来执行)，就会从ROM里面调出信息，并送给显存，显存将这些信息按位置排列。最后从显存地址0一直到最后一个地址依次送给显示屏去电亮对应点阵，我们就能看到显示屏的信息了，如图8所示。

本实用新型液晶显示器1的键盘是通过键盘扫描来工作的。首先通过CPU往‘列’上写‘1’，使每列的电平都为‘1’；然后CPU读‘行’上的信息，如果这时有一个键按下，此时‘行’上有一行会读出‘1’，其它的读出‘0’，有‘1’的就表示键按下后，‘行’和‘列’导通。在确定这个导通的‘行’数和‘列’数，CPU就知道是执行键盘上的哪个操作，并该操作送出去执行。键盘和液晶组成了本发明的人机界面，正是有人机界面的存在，才使的本发明具有可操作性强、更方便、更直观、更能体现人的特点，如图9所示。实施例液晶显示器1采用EL320.240.36—HB液晶显示屏制作。

本实用新型遥控指令模块2作用是存放各种遥控指令，并通过液晶显示器1设置输出指令到遥控数据产生模块3。

本实用新型遥控数据产生模块3作用产生遥控数据，它包括包括遥控帧产生器12、信源编码模块13、信道编码模块14、伪码产生器15、异或模块16，图2是本实用新型遥控数据产生模块3的电原理图，实施例按图2连接线路。遥控数据产生模块3首先对应所被测系统在液晶显示器1里设置遥控信号速率，根据其帧格式组帧；液晶显示器1在遥控指令模块2里设置遥控指令，在遥控帧产生器12里将其按帧计数器填入遥控帧里，组成遥控帧数据，该数据经过并串转换后，形成比特流，送到信源编码模块13，对数据进行加密，该机密为6级M序列码型与32级m序列码型自同步复合加密网络。通过液晶显示器1设置密钥可以改变加密方式；之后送给信道编码模块14；为了提高信道传输性能，在信道编码模块14里进行RS编码、交织编码、差分编码、卷积编码；为了提高抗干扰、抗多径、以及系统灵敏度，将编码后的遥控数据流与由伪码产生器15产生的伪随机序列在异或模块16里进行直接序列扩频，让信号频谱类似白噪声，送去信道模拟模块4。

本实用新型信道模拟模块4作用将遥控数据产生模块3的输出的遥控数据进行静态信道模拟。它包括信号寄存器24、多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19、多径信号合成器20、数模转换模块25、多谱勒频率控制字模块23、载波DDS发生器22、正交调制器21，图3是本实用新型信道模拟模块4的电原理图，实施例按图3连接线路。实际信号传输过程中，由于飞行器在飞行时有速度和加速度，这样会带来信号在频率上的变化(即多谱勒频率和多谱勒变化率)，还有就是信号以不同路径不同时延达到飞行器，至使飞行器接收的信号是各之路信号的和，形成多径信号，它会使信号发生衰落，这会给飞行器接收设备带来很大的影响，使信号产生误码，甚至不能正常接收数据。为了能够检测设备检测多谱勒和多径性能，所以本实用新型设计了信道模拟模块4。先通过液晶显示器1在多径时延模块17设置时延参数、在多径衰减模块18设置衰减参数、在多径频偏模块19设置频偏参数；在多谱勒频率控制字模块23设置多谱勒频率和多谱勒变化率，通过计算转化为频率控制字送给载波DDS发生器22，载波DDS发生器22根据控制字输出所设置的带多谱勒频率和变化率的载波，并且当前载波的多谱勒频率和多谱勒变化率能实时显示在液晶显示器1上。从异或模块16送出的直扩后的信号一路通过多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19，一路保持直通。从多径频偏模块19出来的信号与直通信号在多径信号合成器20合成为二径的信号。该多径信号在经数模转换DA模块25后变成模拟信号，与从载波DDS发生器22输出的带多谱勒频率和多谱勒变化率的载波在正交调制器21进行调制，最后经带通滤波后，从接口A输出，就是所模拟产生的上行遥控信号。实施例信号寄存器24、多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19、多径信号合成器20、多谱勒频率控制字模块23和遥控指令模块2、遥控数据产生模块3中所有部件均采用一块FPGA可编程器件制作，数模转换模块25采用AD9731型器件制作，载波DDS发生器22采用AD9852型器件制作，正交调制器21采用IQT-70型器件制作。

本实用新型图像设置模块5功能提供图像数据的通道选择；图像数据产生模块6的功能主要是提供图像压缩数据，检测设备图像解压板卡是否能正常解出图像数据。外部模拟图像数据通过高速AD采样进入模拟器，在模拟器中进行图像编码压缩，将压缩后的数据组帧，最后并串转换后变为图像比特流通过422接口输出。如图5所示，图5是本实用新型图像数据发工作流程图。实施例图像设置模块5、图像数据产生模块6采用FPGA可编程器件制作。

本实用新型429指令模块7的作用是存放各种429控制指令，并通过液晶显示器1设置输出指令到429协议处理模块8。429协议处理模块8功能收发429数据，它包括429发协议处理器、429收协议处理器。429发协议处理器包括中断发寄存器26、比特映射模块27、奇偶效验模块28、电平转换模块29；429接收协议处理器包括接收中断寄存器30、比特映射模块27、奇偶效验模块28、数据采集器31，图4是本实用新型429协议处理模块8的电原理图，实施例按图4连接线路。航空429协议接口是一中备用通信手段，当上行遥控链路无法进行正常通信时，可采用429协议发链路替代遥控链路进行遥控指令发送。429协议接口信号波形是一中双极性归零脉冲波形，这种信号瞬时能量大、频谱利用率高，传输距离较远。429发协议处理器工作过程：首先通过液晶显示器1从429指令模块7设置指令，将指令发入中断发寄存器26，每隔20Hz中断寄存器就自动将所存数据送给比特映射模块27，由于429数据总线为16bit，而一帧数据有32bit，所以每20Hz连续送2次16bit数据。在比特映射模块27里将32bit数据重新进行429协议BIT映射，表1和表2显示了映射关系。映射好的429协议数据送给奇偶效验模块28按BIT进行奇偶效验，即429数据第32bit位为奇偶效验位。效验完的数据最后在电平转换模块29里进行波形整形，它是将‘0’‘1’数据变成双极性归零脉冲，形成差分双极性归零波形通过接口C发射出去。

表1  第1次送16bit数据映射

 

BI-DIRECTIONAL	FUNCTION	ARINC BIT
			15，14	Data	13，12
13	LSB	11
			12，11	SBI or Data	10，9
10，9	SSM Status	31，30
			8	Parity Status	32
[7..0]	Label	[1..8]

表2  第2次送16bit数据映射

 

BI-DIRECTIONAL	FUNCTION	ARINC BIT
			15	Sign	29
14	MSB	28
			[13..0]	Data	[27..14]

429收协议处理器工作过程：429差分双极性归零信号通过端口C进入数据采集器31，经过电平转换变成‘0’、‘1’信号，送给奇偶效验模块28在这里将429前31bit数据进行奇偶效验，然后在与第32位进行对比，如果相同，即收到数正确，进行接收；反之，丢掉。正确数据经过比特映射模块27的32bit映射，转换为我们所熟悉的按高低排列的32bit数，送给接收中断寄存器30，当有正确数接收时就发出一个接收中断，并将32bit数分2次送给429接收寄存器，通过429指令模块7对寄存器的32bit数进行解码，得到我们所需要的信息状态，并显示在液晶显示器1。实施例比特映射模块27、奇偶效验模块28采用HS1-3282-8芯片制作，电平转换模块29采用HS1-3182-8芯片制作，429指令模块7、429协议处理模块8中其余部件采用FPGA可编程器件制作。

本实用新型遥测接收模块9作用是接收遥测串口信号；遥测解码模块10的作用是将遥测接收模块9送出的数据进行解帧、解码。遥测信息包含了所有机载传下来的所有信息，包括指令回报，机载设备状态，它能够验证被测设备的目前的工作状态正常与否。进入遥测422串口数据经422-TTL转换后，进入串口接收模块，串口接收是字节接收的，每个字节带有启始位和停止位，在启始位和停止位之间的是8bit字节数据，低位在前。每收到一个字节就产生一个脉冲同时送出字节数据。在帧标志的里进行判断，如果该字节数据为帧标志，即证明这是该帧串口数据的帧头，后面一直到帧尾就是所要的遥测信息，将遥测信息保存，一方面原码显示，另一方面进行指令译码，并最终设备状态显示在液晶显示器1上。如图6所示，图6是本实用新型遥测接收工作流程图。实施例遥测接收模块9、遥测解码模块10采用FPGA可编程器件制作。

本实用新型稳压电源模块11作用是为机载设备提供直流稳压电源，以及为机载数字图像传输设备的综合控制模拟器内部各模块提供电源。设备电源都是直流电源，并且所需电压都有特殊要求，为了弥补在外场试验找不到电源，所以本实用新设计了电源模块，它是将220V交流用电通过AC-DC变成所需要的直流用电，通过电源开关通/断地的进行离散控制，输出电压给被测机载设备。图7是本实用新型离散控制工作流程图。实施例稳压电源模块11采用稳压电源模块器件制作。

本实用新型多径时延模块17、多径衰减模块18、多径频偏模块19的设置通过二径信号公式确定，实施例二径信号公式为： $r\left(t\right)=s\left(t\right)+\mathrm{\βs}(t-\mathrm{\τ})e^{{\mathrm{jw}}_{d}t},$ 式中τ为反应多径时延的均值，r(t)为合成的二径信号，s(t)为无多径时信号，β反应多径信号的强度，为反应了由于τ的变化多径信号与主径信号的相差变化，w_d为反应了变化速率。

本实用新型多谱勒频率控制字模块23的设置通过多谱勒频率公式确定。实施例多谱勒频率公式为： $f\′=\±\frac{v\×\mathrm{fc}}{c},$ 公式中f′表示多谱勒频率，±v，v表示飞行器飞行速度，“+”表示飞行器飞离发射信号，“-”表示飞行器飞向发射信号，fc表示发射信号的中心频率，c表示电磁波速3×10⁸m/s。

本实用新型安装结构如下：把本实用新型图1至图4中各电路部件安装在一块长 x 宽为294 x 198mm的印制板上，印制板安装在长 x宽 x 高为350 x 500 x 220mm的机箱内，前面板上安装液晶显示器1，后面板上安装被测机载设备接口A、B、C、D、G、F插座，组装成本实用新型。

Claims (7)

1.一种机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，它包括液晶显示器(1)、遥控指令模块(2)、图像设置模块(5)、图像数据产生模块(6)、429指令模块(7)、遥测接收模块(9)、遥测解码块模块(10)、稳压电源模块(11)，其特征在于：还包括遥控数据产生模块(3)、信道模拟模块(4)、429协议处理模块(8)，其中遥控指令模块(2)入端口与液晶显示器(1)出端口1连接、出口端依次串接遥控数据产生模块(3)、信道模拟模块(4)后与被测机载设备接口A连接；图像设置模块(5)入端口与液晶显示器(1)出端口2连接、出口端串接图像数据产生模块(6)后与被测机载设备接口B连接；429指令模块(7)出入端口与液晶显示器(1)出入端口3连接，另一出入端口串接429协议处理模块(8)后与被测机载设备接口C连接；遥测接收模块(9)输入端口与被测机载设备接口D连接、输出端口串接遥测解码模块(10)后与液晶显示器(1)入端口4连接；稳压电源模块(11)输入端口1与交流220V电源接口F连接，输出端口2与被测机载设备电源接口G连接，输出端口3与模拟器内各部件+V、-V电压接口E连接。

2.根据权利要求1所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：遥控数据产生模块(3)包括遥控帧产生器(12)、信源编码模块(13)、信道编码模块(14)、伪码产生器(15)、异或模块(16)，其中遥控帧产生器(12)入端1脚通过数据总线与遥控指令模块(2)出端口连接，遥控帧产生器(12)出端2脚通过数据总线依次串接信源编码模块(13)、信道编码模块(14)、异或模块(16)入出端1、2脚后与信道模拟模块(4)连接；异或模块(16)入端口3脚通过数据总线与伪码产生器(15)出端1脚连接；控帧产生器(12)、信源编码模块(13)、信道编码模块(14)、伪码产生器(15)、异或模块(16)各输入端5脚与稳压电源模块(11)输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接。

3.根据权利要求1所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：信道模拟模块(4)包括信号寄存器(24)、多径时延模块(17)、多径衰减模块(18)、多径频偏模块(19)、多径信号合成器(20)、数模转换模块(25)、多谱勒频率控制字模块(23)、载波DDS发生器(22)、正交调制器(21)，其中遥控数据产生模块(3)出端口通过数据总线与信号寄存器(24)入端3脚连接，信号寄存器(24)输出1脚通过数据总线与多径信号合成器(20)入端1脚连接，信号寄存器(24)出端2脚通过数据总线与多径时延模块(17)的入端2脚连接，多径时延模块(17)的出端1脚通过数据总线依次串接多径衰减模块(18)、多径频偏模块(19)后与多径信号合成器(20)入端2脚连接；多径信号合成器(20)的出端3脚通过数据总线依次串接数模转换模块(25)、正交调制器(21)后与被测机载设备接口A连接；载波DDS发生器(22)的入端2脚通过数据总线与多谱勒频率控制字模块(23)的出端1脚连接，载波DDS发生器(22)出端1脚通过数据总线与正交调制器(21)的入端2脚连接；信号寄存器(24)、多径时延模块(17)、多径衰减模块(18)、多径频偏模块(19)、多径信号合成器(20)、数模转换模块(25)、多谱勒频率控制字模块(23)、载波DDS发生器(22)、正交调制器(21)各输入端5脚与稳压电源模块(11)输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接。

4.根据权利要求1所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：429协议处理模块(8)包括429发协议处理器、429收协议处理器；429发协议处理器包括中断发寄存器(26)、比特映射模块(27)、奇偶效验模块(28)、电平转换模块(29)，其中中断发寄存器(26)入端1脚通过数据总线与429指令模块(7)出端口连接，中断发寄存器(26)出端2脚通过数据总线依次串接比特映射模块(27)、奇偶效验模块(28)、电平转换模块(29)入出端1、2脚后与被测机载设备接口C连接；

429收协议处理器包括接收中断寄存器(30)、比特映射模块(27)、奇偶效验模块(28)、数据采集器(31)，其中数据采集器(31)入端2脚与被测机载设备接口C连接，出端1脚通过数据总线依次串接奇偶效验模块(28)、比特映射模块(27)、接收中断寄存器(30)的入出端4、3脚后与429指令模块(7)入端口连接；中断发寄存器(26)、比特映射模块(27)、奇偶效验模块(28)、电平转换模块(29)、接收中断寄存器(30)、数据采集器(31)各输入端5脚与稳压电源模块(11)输出E端口+V电压端连接、各输入端6脚与地端连接，电平转换模块(29)输入端7脚与稳压电源模块(11)输出E端口-V电压端连接。

5.根据权利要求2所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：信源编码模块(13)采用可设置密钥的6级M序列码型与32级m序列码型自同步复合加密方式。

6.根据权利要求3所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：多径时延模块(17)、多径衰减模块(18)、多径频偏模块(19)的设置通过二径信号公式确定。

7.根据权利要求3所述的机载数字图像传输设备的综合控制模拟器，其特征在于：多谱勒频率控制字模块(23)的设置通过多谱勒频率公式确定。

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