機載著陸設備信號模擬器的研制

牛強軍， 徐其東， 賈德宇

（空軍第一航空學院，河南 信陽 464000）

0 引言

著陸設備地面臺（站）信號具有頻率范圍寬、調制方式多、格式復雜、時隙嚴格、動態范圍大等特點，機載設備存在種類多、接口參數差異大、控制協議不統一，檢測準確性要求高、深度和范圍大等問題，針對以上特點和問題，通過分析地面臺（站）、機載設備的特性參數，綜合運用數字信號處理、頻率合成、矢量調制等技術實現多模式著陸設備信號的模擬，研制了著陸設備信號模擬器[1]，模擬器在結構上采用基于模塊化的設計，適應不同的運用情況與參數設置，使模擬器具有可重編程和可移植等特性，降低模擬器對模擬和數字電路硬件的依賴，滿足基層級、中繼級和基地級的不同測試需求。

1 功能

著陸設備信號模擬器，作為基層級保障設備，完成各種地面導航臺的信號模擬，包括：儀表著陸系統航向臺、下滑臺、指點信標臺的信號；甚高頻全向信標（VOR）臺的信號；微波著陸系統方位制導信號、仰角制導信號及基本數據信號[2]，配合機載著陸設備完成設備原位功能檢查。在中繼級和基地級保障中，產生測試需要的信號，通過接口適配器，完成各型機載著陸設備的性能、功能的測試。

2 硬件組成及原理

著陸設備信號模擬器電路組成包括低頻調制信號形成單元、射頻信號合成單元、射頻信號輸出單元、接口控制單元及電源轉換與管理單元五個部分，如圖1所示。

在原位檢測中，控制面板及顯示屏構成人機接口，實現各型著陸系統地面臺站的發射信號波束模擬，通過外連天線發射，完成各型著陸系統機上設備性能評估和功能檢查；在外場作為測試接收機，校驗、測試和檢查各型著陸系統地面設備的性能；在性能測試時，可以通過面板或通過通用接口總線(GPIB)操作控制，產生綜合保障平臺所需的各種激勵信號(包括各種角度信號、數據信號及各種干擾信號)，配合完成各型機載著陸設備性能的自動測試。

圖1 組成框

低頻調制信號形成單元運用直接數字頻率合成器（DDS）技術[3]，由DSP/FPGA電路產生低頻模式信號。依據接口控制單元的指令，完成各種低頻調制信號的波形合成及波束形成。在現場（LOC）、下滑道（GS）、VOR、指點信標（MKR）工作模式下，輸出30 Hz基準、30 Hz可變相位、90 Hz、150 Hz、1 020 Hz、400 Hz、3 000 Hz、4 000 Hz、9 960 Hz 調頻等低頻調制信號及其各種組合信號；在MLS工作模式下，提供波束控制信號，包括各種調制的同步 Barker碼、功能碼、OCI碼、莫爾斯碼、天線掃描、測試波束、掃描波束及合成時分多址（TDM）時隙。

射頻信號合成單元運用頻率合成技術和矢量調制技術，產生LOC、GS、VOR、MKR及MLS工作模式對應的地面臺發射信號，頻率范圍為75～5 090.7 MHz，帶寬達5 GHz。信號的包絡由低頻調制信號形成單元送來的低頻調制信號或波束控制信號確定；信號頻率由接口控制單元送來的頻率碼確定。

射頻信號輸出單元的功能是控制射頻信號輸出電平，其主體為程控衰減器，衰減量由接口控制單元送來數據碼確定，輸出的射頻信號電平范圍為-20～-110 dBm，步進為1 dB。

電源轉換與管理單元用來將220V/AC或27V/DC電源轉化為系統各功能電路所需的直流電壓（+24 V、±12 V、±5 V、3.3 V、2.5 V、1.6 V）。

接口控制單元是模擬器的控制核心，負責系統的操作與控制，控制器采用嵌入式工控機 PC104。接口控制單元在操作指令控制下具體完成系統的開機上電控制、面板開關狀態的采集、工作模式（LOC、GS、VOR、MKR、MLS）置定、工作參數（通道號、調制深度差（DDM）、方位角等）設置、狀態信息的顯示，通過 GPIB總線可以與外控制系統進行通信。外場單獨使用時，由專用鍵盤和LCD顯示構成人機接口，專用鍵盤包括 F1～F5、上、下、左、右、返回、確認、RESET及關機等功能鍵。

3 采用的主要技術

3.1 基于DSP/FPGA的DDS低頻調制信號形成技術[4]

模擬器通過合成低頻同相/正交（I/Q）矢量信號來提供各種調制信號、實現信號的各種模式調制。系統采用DSP實時處理技術（包括數據計算算法與映射變換）、DDS（NCO數控振蕩器）、高速數模轉換器（DAC）、濾波、I/Q平衡調節技術來實現，電路組成框圖如圖2所示，包括了波表合成、增益控制、上變頻器（DUC）、限幅器、DAC、帶通濾波器（BPF）等。為了防止信號在內插濾波器或正交混頻中出現溢出、飽和現象，在波表合成和DUC之間增加了增益控制環節。同時為了適應不同速率的基帶信號，調制器中的內插濾波器（I1↑、I2↑）是編程可控的。高速數字信號處理技術及器件（DSP/FPGA）實現信號幅度、相位合成與調整，具有可重編程的特性，降低了系統對模擬和數字硬件的依賴。

系統利用直接數字頻率合成器輸出信號具有穩定性高、波形可控性好、各個功能單元可以在高速系統中分時復用的優點，實現多種信號的合成與疊加，實現的原理框圖如圖 3所示，它由累加器、正弦表、數據存儲單元、加法器、頻率數據寄存器、相位數據寄存器、DAC數模轉換器組成。

圖3 低頻信號合成原理框

3.2 基于頻率合成和矢量調制的射頻信號產生技術

著陸設備信號模擬器產生的信號涉及到多個頻帶，具有范圍寬、信道間隔小的特點，模擬器通過采用矢量信號調制技術、多個/多環頻率合成器來實現，保證系統同時多模式工作，原理框圖如圖4所示。

為解決單環鎖相式頻率合成器帶寬有限，難以同時解決寬頻帶、多波段、低信道間隔、低噪聲的問題，系統采用了復合多鎖相頻率合成技術，鎖相式多波段頻率合成器采用了多個鎖相環及壓控振蕩器選擇使用，每個鎖相環/壓控振蕩器（PLL/VCO）工作在不同的頻率上，且具有不同的帶寬；同時系統采用雙環結構并結合混頻電路實現模擬器寬帶、低信道間隔、切換速度快的要求，其中：一個環路實現寬帶/大低信道間隔、另一個環路實現窄帶/小低信道間隔，電路采用采用LMX2316/2326芯片。對DAC輸出I/Q信號直接送射頻（RF）矢量調制電路完成幅度調制（AM）、頻率調制（FM）、二進制相移鍵控（BPSK）等調制，電路中采用AD9761/ RF2485或AD5445/AD8345來實現。

圖4 寬帶頻率合成及矢量調制實現

3.3 DSP/FPGA及實時數字信號處理技術

在模擬器中，信號的處理采用高速 DSP/FPGA來完成。DSP實時處理技術可以完成各種控制流程、模式的轉換與各種編碼譯碼/調制解調算法。采用多 DSP結構構成的并行處理，使多種實時信號處理與各單元工作同步協調進行。高速模數/數模轉換器（ADC/DAC）是基帶數字信號處理與模擬的信號處理的橋梁。矢量生成信號經ADC/DAC轉換的模擬信號經中頻處理模塊作放大、濾波、頻率變換，經射頻處理成為各種無線接口信號，滿足不同電子系統模擬信號要求[5]。模擬系統軟件提供測試所需的環境設置，由CPU控制程序、DSP/FPGA程序部分組成，采用開放式、模塊化的程序結構，便于用戶使用、維護、擴充。其中 DSP/FPGA軟件功能組成如圖5所示。系統采用“開放性、標準化、總線化”開放式體系結構，便于構造標準化、模塊化的硬件平臺及軟件平臺。實現硬件平臺模塊化，具有通用性、可擴充性、可維修性；軟件具有可移植性、可重用性和可互操作性。數字信號處理/通信仿真、開發與驗證集成開發環境是集Matlab/Simulink、System Generator For DSP、AccelDSP、C-to-VHDL以及高性能硬件系統為一體的集成開發環境。

圖5 數字信號處理部分軟件組成

4 結語

著陸設備信號模擬器在設計過程中，解決了寬頻帶、高穩定度信號產生，低頻調制信號的合成，MLS格式及波束形成，射頻信號的寬范圍電平控制等問題，針對各種著陸設備測試需要的地面臺信號模擬、原位功能檢查、性能自動測試、故障研究及系統效能評估等功能，構建了著陸設備信號模擬器，其功能涵蓋了外場模擬器、檢測儀及模擬信號源，實現了多型號著陸設備維修保障設備的小型化、智能化、綜合化，解決了著陸裝備的各種功能檢驗、性能檢測與評估、排故與維修等綜合保障問題，提高了維修保障效率和保障能力。

[1] 牛強軍.機載多模式著陸系統綜合保障平臺研制總結報告[R].信陽：空軍第一航空學院，2009.

[2] 吳苗.無線電導航原理及應用[M].北京.國防工業出版社.2008：84-182.

[3] 陳小清，李磊民.基于DDS+PLL的寬帶掃頻源的設計與實現[J].通信技術,2010,43（03）：188-190.

[4] 嚴天鋒，喬種瑋，沈佩蘭.軟件無線電綜合信道化接收系統[J].通信技術,2009,42（02）：143-145.

[5] 馮振偉，武小冬，梅順良.基于 FPGA的數字中頻接收機設計與實現[J].通信技術,2010,43（04）：17-19.

Web安全問答（1）

問：什么是ARP攻擊

答：ARP是地址解析協議，是一種將IP地址轉化為MAC地址的協議。在網絡中，當A主機需要向B主機發送報文時，會先查詢本地的ARP緩存表，找到與B主機IP地址對應的MAC地址后，進行數據傳輸，但如果未找到，則會發送一個廣播ARP請求報文，請求對應B主機IP的B回應MAC地址，這個廣播包會被整個廣播域中所有主機收到，但只有B主機會發現IP地址對應自己，就會將MAC地址回應給A，此時A收到這個回應并更新自己的ARP緩存，進行下一步的數據傳說。ARP攻擊應當叫做ARP欺騙，就是攻擊冒充網關地址對網絡中主機給出ARP查詢回應，使得本來是A-＞網關的數據走向變成A-＞攻擊者-＞網關。

問：如何判斷自己的Web服務器是不是已經成為肉雞？

答：如果發現自己的Web服務器開啟了一些奇怪的進程，發現Web服務器總是有大量從內往外的連接，發現Web服務器不定時系統緩慢，如有以上現象，可使用木馬清除軟件進行檢查和查殺。