CN215338341U

CN215338341U - 一种机载数字无线电罗盘模块

Info

Publication number: CN215338341U
Application number: CN202121710304.9U
Authority: CN
Inventors: 邢明明; 谷明亮; 张桂杰
Original assignee: Beijing Andawell Aviation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Andawell Aviation Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2021-12-28
Anticipated expiration: 2031-07-26

Abstract

本实用新型涉及无线电罗盘技术领域，公开了一种机载数字无线电罗盘模块，包括接收机及与接收机连接的天线模块，接收机包括FPGA芯片、频率合成器、混频器、检波电路和A/D转换器；天线模块包括正弦天线、余弦天线、第一平衡调制器、第二平衡调制器、垂直天线、第一叠加器和第二叠加器；正弦天线与第一平衡调制器连接，余弦天线与第二平衡调制器连接，第一平衡调制器的输出信号V3和第二平衡调制器的输出信号V4分别输入至第一叠加器中进行叠加，FPGA芯片与频率合成器连接，频率合成器与混频器连接。本实用新型设计的无线电罗盘模块采用数字化控制，体积减小，质量减轻，自检信号稳定，频率准确，增减了数字通信，便于同机载设备交联。

Description

一种机载数字无线电罗盘模块

技术领域

本实用新型涉及无线电罗盘技术领域，具体地涉及一种机载数字无线电罗盘模块。

背景技术

无线电罗盘模块可实时获取载机相对地面导航台的方位信息或者接受中波调幅广播电台提供符合精度要求的稳定导航方向信息，并输出识别音频。

现有无线电罗盘模块通常为模拟型无线电罗盘，具有可靠性低、测量精度不高以及设备通用性差的不足。

实用新型内容

本实用新型提供一种机载数字无线电罗盘模块，从而解决现有技术的上述问题。

本实用新型提供了一种机载数字无线电罗盘模块，包括接收机以及与接收机连接的天线模块，接收机包括FPGA芯片、频率合成器、混频器、检波电路和 A/D转换器；天线模块包括正弦天线、余弦天线、第一平衡调制器、第二平衡调制器、垂直天线、第一叠加器和第二叠加器；正弦天线与第一平衡调制器连接，余弦天线与第二平衡调制器连接，第一平衡调制器的输出信号V3和第二平衡调制器的输出信号V4分别输入至第一叠加器中进行叠加，第一叠加器输出第一叠加信号V5，垂直天线的输出信号V6经过90度相移后获得相移信号V7，第二叠加器用于将第一叠加信号V5和相移信号V7进行叠加后获得第二叠加信号、并将第二叠加信号输入至混频器，FPGA芯片与频率合成器连接，频率合成器与混频器连接，混频器用于将频率合成器的输出信号与第二叠加信号混频后得到中频信号V9、并将中频信号V9输入至检波电路，检波电路用于对中频信号V9进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角θ的低频信号，A/D转换器用于对音频识别信号和包含方位角θ的低频信号进行A/D采集、并将采集后的信号发送给FPGA芯片进行处理。

进一步的，FPGA芯片连接有微控制单元MCU。

进一步的，FPGA芯片输出的调制低频信号分别输入至第一平衡调制器和所述第二平衡调制器。

进一步的，FPGA芯片包括角度解算模块、音频处理模块和接口。

进一步的，接口包括异步串行总线接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型设计的无线电罗盘模块分接收机和天线模块两部分，接收机采用超外差二次变频技术，接收天线输出的复合信号，经两次变频，将信号频谱搬移直中频，通过解调，接收识别音并进行数字化输出。同时接收机内部生成并给天线提供低频调制信号，供天线内部正余弦天线及垂直天线使用。天线接收的载波信号在与正余弦天线及垂直天线和低频调制信号共同作用下，给接收机提供的复合信号中包含角度信息，供接收机进行数字解算。本实用新型设计的无线电罗盘模块采用数字化控制，体积减小，质量减轻，自检信号稳定，频率准确，增减了数字通信，便于同机载设备交联。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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的附图。

图1为本实施例一提供的机载数字无线电罗盘模块结构示意图；

图2为本实施例一提供的接收机的MCU-FPGA框架结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

实施例一，一种机载数字无线电罗盘模块，如图1所示，包括接收机以及与接收机连接的天线模块，接收机包括FPGA芯片、频率合成器、混频器、检波电路和A/D转换器；天线模块包括正弦天线、余弦天线、第一平衡调制器、第二平衡调制器、垂直天线、第一叠加器和第二叠加器；正弦天线与第一平衡调制器连接，余弦天线与第二平衡调制器连接，第一平衡调制器的输出信号V3和第二平衡调制器的输出信号V4分别输入至第一叠加器中进行叠加，第一叠加器输出第一叠加信号V5，垂直天线的输出信号V6经过90度相移后获得相移信号V7，第二叠加器用于将第一叠加信号V5和相移信号V7进行叠加后获得第二叠加信号、并将第二叠加信号输入至混频器，FPGA芯片与频率合成器连接，频率合成器与混频器连接，混频器用于将频率合成器的输出信号与第二叠加信号混频后得到中频信号V9、并将中频信号V9输入至检波电路，检波电路用于对中频信号V9进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角θ的低频信号，A/D转换器用于对音频识别信号和包含方位角θ的低频信号进行A/D采集、并将采集后的信号发送给FPGA芯片进行处理。

FPGA芯片连接有微控制单元MCU。

FPGA芯片包括异步串行总线接口。

FPGA芯片输出的调制低频信号分别输入至第一平衡调制器和第二平衡调制器。

本实用新型设计的机载数字无线电罗盘模块还包括若干种不同的数字通信总线，包括ARINC429总线和RS422总线。

本实用新型设计的机载数字无线电罗盘模块的接收机采用MCU-FPGA框架 (见图2)。MCU为ARM核，负责功能任务的调度，包括罗盘工作模式切换、本振频率设置、控制FPGA进行各类总线接口数据的收发、与FPGA进行角度及音频数据的交换。FPGA核心负责罗盘功能数字化功能的实现，同时FPGA还负责所有对外接口内核的设计，包括异步串行接口等，本实用新型利用FPGA芯片的并发特性，可同时实现多路接口的数据收发。

本实施例中，天线模块中正弦天线和余弦天线接收地面电台信号加至各自平衡调制器，同时调制低频信号也分别加到两个平衡调制器中，经过信号转换后进入混频器，和本振信号(即相移信号V7)混频后得到中频信号V9，中频信号V9经过检波后输出音频识别信号和包含方位角θ的低频信号：V10＝Kcos (ωmt-θ)，这两个信号通过A/D采集后交给FPGA处理。

如图2所示，FPGA芯片主要分为三个大部分：角度解算模块、音频处理模块、接口。

角度解算模块：当sin/cos信号翻转时，通过A/D模块对复合音频信号采样并写入RAM中，对采样信号做中间处理并进行FFT计算，在计算结果中选取夹带角度信息的频率对应的点，得到一组实虚部数据，再经过cordic算法解算出相位，该相位即角度值。最后对角度值做滤波处理，滤波后角度值发送给MCU 做处理。

音频处理模块：音频所需采样率为8k，而AD采样率较音频高出很多，本实用新型直接对AD采样数据做抽取处理使得采样率为8k。数据抽取后进行FIR滤波，实现抽取数据抗混叠及音频信号的带通滤波。通过MCU发送的控制数据可以调节音频幅度，为测试功能预留一路音频测试数据，可通过控制数据选择输出。音频最后以数字形式通过总线对外输出。

接口：包括异步串行总线等接口，用于进行数据的接收和发送。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型设计的无线电罗盘模块包括接收机和天线模块两部分，接收机采用超外差二次变频技术，接收天线输出的复合信号，经两次变频，将信号频谱搬移直中频，通过解调，接收识别音并进行数字化输出。同时接收机内部生成并给天线提供低频调制信号，供天线内部正余弦天线及垂直天线使用。天线接收的载波信号在与正余弦天线及垂直天线和低频调制信号共同作用下，给接收机提供的复合信号中包含角度信息，供接收机进行数字解算。本实用新型设计的无线电罗盘模块采用数字化控制，体积减小，质量减轻，自检信号稳定，频率准确，增减了数字通信，便于同机载设备交联。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种机载数字无线电罗盘模块，其特征在于，包括接收机以及与所述接收机连接的天线模块，所述接收机包括FPGA芯片、频率合成器、混频器、检波电路和A/D转换器；所述天线模块包括正弦天线、余弦天线、第一平衡调制器、第二平衡调制器、垂直天线、第一叠加器和第二叠加器；所述正弦天线与所述第一平衡调制器连接，所述余弦天线与所述第二平衡调制器连接，所述第一平衡调制器的输出信号V3和所述第二平衡调制器的输出信号V4分别输入至所述第一叠加器中进行叠加，所述第一叠加器输出第一叠加信号V5，所述垂直天线的输出信号V6经过90度相移后获得相移信号V7，所述第二叠加器用于将所述第一叠加信号V5和所述相移信号V7进行叠加后获得第二叠加信号、并将所述第二叠加信号输入至所述混频器，所述FPGA芯片与所述频率合成器连接，所述频率合成器与所述混频器连接，所述混频器用于将频率合成器的输出信号与所述第二叠加信号混频后得到中频信号V9、并将所述中频信号V9输入至检波电路，所述检波电路用于对所述中频信号V9进行检波、并输出音频识别信号和包含方位角θ的低频信号，所述A/D转换器用于对音频识别信号和包含方位角θ的低频信号进行A/D采集、并将采集后的信号发送给FPGA芯片进行处理。

2.根据权利要求1所述的机载数字无线电罗盘模块，其特征在于，所述FPGA芯片连接有微控制单元MCU。

3.根据权利要求2所述的机载数字无线电罗盘模块，其特征在于，所述FPGA芯片输出的调制低频信号分别输入至所述第一平衡调制器和所述第二平衡调制器。

4.根据权利要求2或3所述的机载数字无线电罗盘模块，其特征在于，所述FPGA芯片包括角度解算模块、音频处理模块和接口。

5.根据权利要求4所述的机载数字无线电罗盘模块，其特征在于，所述接口包括异步串行总线接口。