具有多臺鏈功能的測距設(shè)備實現(xiàn)

賴杰鵬，呂寶鋒

(陜西凌云電器總公司設(shè)計所，陜西寶雞 721006)

具有多臺鏈功能的測距設(shè)備實現(xiàn)

賴杰鵬，呂寶鋒

(陜西凌云電器總公司設(shè)計所，陜西寶雞 721006)

機(jī)載設(shè)備已由針對單一地面臺工作轉(zhuǎn)變?yōu)榭舍槍Χ嗟孛媾_工作，如測得距3個地面臺的斜距P，利用P－P－P定位方法，可進(jìn)行定位和導(dǎo)航計算，這種多地面臺掃描工作體制將成為DME發(fā)展的趨勢。結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多臺鏈工作，性能穩(wěn)定可靠。

測距設(shè)備;多臺工作;定位

測距設(shè)備具有DME測距功能，與配套的地面信標(biāo)臺組成近程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，可連續(xù)自動測定飛機(jī)至地面信標(biāo)臺的直線斜距，實現(xiàn)航路導(dǎo)航;以及與儀表著陸系統(tǒng)聯(lián)合工作，協(xié)助進(jìn)行進(jìn)場著陸引導(dǎo)。與傳統(tǒng)的測距器相比，該設(shè)備具有多臺鏈工作功能，可以同時給出飛機(jī)到幾個地面臺的直線斜距。

1 系統(tǒng)工作原理

距離測量是根據(jù)二次雷達(dá)工作原理，機(jī)載設(shè)備以20～24 Hz速率發(fā)射詢問脈沖對信號，地面信標(biāo)接收到詢問脈沖信號后，經(jīng)過一個固定延遲，在向機(jī)載設(shè)備發(fā)射應(yīng)答脈沖對信號。機(jī)載設(shè)備接收到信標(biāo)發(fā)射信號后，經(jīng)過識別選擇出對自己的測距應(yīng)答脈沖，并測量出詢問脈沖與應(yīng)答脈沖之間的時間間隔。利用這個間隔，計算出機(jī)載設(shè)備與信標(biāo)臺之間的實際距離。

測距設(shè)備通過信號處理單元發(fā)出的收發(fā)控制信號控制設(shè)備的收發(fā)狀態(tài);當(dāng)收發(fā)控制信號使得設(shè)備處于接收狀態(tài)時，由天線接收到的射頻信號經(jīng)過收發(fā)開關(guān)進(jìn)入接收單元，射頻信號在接收單元中經(jīng)過濾波、放大、混頻后，以中頻信號的方式送至信號處理單元，信號處理單元對中頻信號進(jìn)行高速A/D采樣，將采樣后的數(shù)據(jù)在FPGA中進(jìn)行濾波、峰值檢波、50%檢波、譯碼，將譯碼信號送入DSP完成距離回答脈沖的提取，并且計算出距離數(shù)據(jù);當(dāng)收發(fā)控制信號使得設(shè)備處于發(fā)射狀態(tài)時，由信號處理單元產(chǎn)生的詢問信號在發(fā)射單元中經(jīng)波型形成、功率放大、功率合成，最后將符合發(fā)射要求的大功率信號由天線發(fā)射出去。

2 主要信號形式以及信號特性

測距信號是地面信標(biāo)臺不斷通過天線向其周圍空間發(fā)射電磁波信號，經(jīng)機(jī)載設(shè)備接收并解調(diào)后輸出的測距中頻信號，它由有一定規(guī)律脈沖對組成，內(nèi)含有相應(yīng)的距離等信息。測距中頻信號包括地面臺址的識別信號、地面臺的距離應(yīng)答信號以及隨機(jī)填充脈沖。

3 測距設(shè)備的主要工作原理

3.1 測距設(shè)備的組成

LDME－2測距設(shè)備包括收發(fā)訊機(jī)和天線兩個部分，收發(fā)訊機(jī)是測距設(shè)備的主要部分，完成設(shè)備的主要功能，由發(fā)射單元、接收單元、信號處理單元和電源單元組成。測距設(shè)備組成框圖如圖1所示。

3.2 設(shè)備工作原理

測距設(shè)備通過信號處理單元發(fā)出的控制信號控制設(shè)備的收發(fā)狀態(tài);當(dāng)收發(fā)控制信號使設(shè)備處于接收狀態(tài)時，由天線接收到的射頻信號經(jīng)過收發(fā)開關(guān)進(jìn)入接收單元，射頻信號在接收單元中經(jīng)過濾波、放大、混頻后，以中頻信號的方式送至信號處理單元，信號處理單元對中頻信號進(jìn)行高速A/D采樣，并將采樣后的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波和譯碼，從譯碼信號中提取距離回答脈沖，并且計算出距離數(shù)據(jù);當(dāng)收發(fā)控制信號使得設(shè)備處于發(fā)射狀態(tài)時，由信號處理單元產(chǎn)生的詢問信號在發(fā)射單元中經(jīng)波型形成、功率放大、功率合成，最后將符合發(fā)射要求的大功率信號由天線發(fā)射出去。

圖1 設(shè)備組成框圖

3.3 噪聲過濾控制過程

先對采樣到的一定幅度以上中頻脈沖計數(shù)，如超過9 000個/秒，即輸出噪音電平信號到噪音AGC控制，使中頻信號中噪聲幅度＜1 V;同時通過脈寬鑒別電路，識別視頻信號脈沖寬度，過濾掉 ＜1.6 μs、＞6.4 μs的脈沖，即噪聲和強(qiáng)干擾，輸出經(jīng)50%脈沖幅度檢波的矩形脈沖進(jìn)行譯碼。

3.4 詢問方式

由于測距設(shè)備在功能上要求能工作于單波道和頻率掃描兩種工作方式。信號處理單元通過接收控制命令控制設(shè)備的工作方式，當(dāng)設(shè)備工作于單波道工作方式時，設(shè)備的工作方式與普通測距器大致相同;當(dāng)設(shè)備工作于頻率掃描方式時，對詢問頻率以及詢問方式進(jìn)行了調(diào)整，各地面臺詢問脈沖時序如圖2所示。

圖2 脈沖時序

針對5個地面測距臺進(jìn)行輪流詢問，測距設(shè)備在每個地面臺上連續(xù)工作的時間約為20 ms，每次改變工作波道后，等待一段時間進(jìn)行硬件通道頻率切換來完成產(chǎn)生控制VGC電壓采集到標(biāo)準(zhǔn)地面測距信號，在捕捉到標(biāo)準(zhǔn)的地面臺信號后，信息處理單元轉(zhuǎn)入正常的測距程序。在測距程序中，當(dāng)在搜索模式下，20 ms時間內(nèi)對所工作的地面臺進(jìn)行兩次詢問，當(dāng)在跟蹤模式下，20 ms時間內(nèi)對所工作的地面臺進(jìn)行一次詢問，根據(jù)發(fā)出的詢問信號捕捉到不同地面臺的回答信號，完成多個地面臺的測距功能。對于每個地面臺的詢問頻率在跟蹤模式下10對/s，搜索模式下20對/s。對于多個地面臺，收發(fā)訊機(jī)發(fā)出的詢問頻率是單個地面的整數(shù)倍。

當(dāng)某個地面臺處于搜索模式時，每100 ms對其進(jìn)行兩次詢問，產(chǎn)生兩次回答，以16次詢問為參考，經(jīng)過800 ms后，當(dāng)回答概率滿足要求，就可對這個地面臺進(jìn)行鎖定，收發(fā)訊機(jī)轉(zhuǎn)入距離跟蹤模式，從而送出該地面臺的距離信息。

3.5 識別信號

當(dāng)設(shè)備工作于頻率掃描方式時，由于通道的頻繁切換，在一個波道上連續(xù)停留時間較短，無法接收到完整的識別信號，因此通過軟件的處理得到相應(yīng)地面臺的識別信號。當(dāng)頻率掃描到某一地面臺時，對該地面臺的隨機(jī)脈沖進(jìn)行鑒別、采樣，接收完成后對采樣所得的信號進(jìn)行整形，得到標(biāo)準(zhǔn)的識別控制信號，從而輸出該地面臺的識別臺址。由于地面臺詢問脈沖間隔為100 ms，識別信號中一個“點”的時間是125 ms，“劃”的時間是375 ms，“點”、“劃”之間的隨機(jī)填充間隔是125 ms，所以對于每一個“點”、“劃”以及他們的間隔都可以采集到，這樣就能夠保證經(jīng)過整形后得到正確的識別信息。

3.6 接收信號

天線接收到的射頻信號經(jīng)過發(fā)射單元送入接收單元中，信號經(jīng)限幅器、定向耦合器后進(jìn)入放大濾波電路，然后與頻率源混頻得中頻，經(jīng)中頻濾波放大電路、進(jìn)入對數(shù)放大電路和VGC放大電路。經(jīng)過上述接收通道，－90～－10 dB的射頻輸入信號最后可變?yōu)椤? dB的中頻信號送至信號處理單元進(jìn)行處理，接收原理框圖3如下。

圖3 接收原理框圖

3.7 發(fā)射信號

發(fā)射單元通過對內(nèi)部頻率源的放大和隔離產(chǎn)生功率放大器需要的激勵信號。脈沖調(diào)制器根據(jù)信號處理單元提供的含有測距信息的詢問脈沖信號，進(jìn)入鐘形脈沖形成電路，鐘形脈沖形成電路中對詢問脈沖信號進(jìn)行整形、鐘形脈沖提取以及數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后進(jìn)行放大，形成50 V的鐘形脈沖。功率放大器中利用脈沖調(diào)制器產(chǎn)生的脈沖調(diào)制信號，對射頻激勵信號進(jìn)行調(diào)制放大。功率放大器采用分級放大，前級使用脈沖調(diào)制，后級使用鐘形脈沖調(diào)制，產(chǎn)生滿足要求的具有鐘形脈沖波形的射頻調(diào)制脈沖功率信號，發(fā)射原理框圖4如下。

圖4 發(fā)射原理框圖

4 硬件電路方案

測距設(shè)備的信號處理單元是整個設(shè)備控制、數(shù)字信號處理以及距離解算的核心，使用先進(jìn)的數(shù)字信號處理器和大規(guī)?？删幊唐骷硐嗷ヅ浜贤瓿尚盘柼幚韱卧墓δ?。需要完成總線的通訊，送出接收單元需要的調(diào)諧電壓、控制電壓、程控衰減器和濾波器的控制信號等，形成控制頻合的賦能、時鐘等數(shù)據(jù)，處理接收單元送來的中頻信號，計算距離值，產(chǎn)生識別信號，處理封閉信號以及完成自檢等功能。測距設(shè)備的發(fā)射單元用于發(fā)射詢問脈沖，以完成測距功能。發(fā)射分機(jī)主要由脈沖調(diào)制器和功率放大器部分組成。由于測距設(shè)備增加了多臺鏈工作方式，對接收分機(jī)通道切換時間提出了更高的要求，測距設(shè)備的接收單元主要包括限幅器、耦合器、濾波電路、頻率源、濾波放大電路、對數(shù)放大電路和VGC放大電路。

5 結(jié)束語

測距系統(tǒng)中的機(jī)載設(shè)備利用地面信標(biāo)臺的回答信號測量距離，為飛機(jī)提供航路距離信息。提出了利用分時工作改進(jìn)的測距設(shè)備，可以進(jìn)行利用多臺鏈測距方法進(jìn)行定位和導(dǎo)航計算，這便于對地面臺進(jìn)行導(dǎo)航測距是比較方便的。

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Realization of a Distance Measuring Device with Multi Chains

LAI Jiepeng，Lü Baofeng
(Institute of Design，Shaanxi Lingyun Electrical Corporation，Baoji 721006，China)

Airborne Equipment has transformed from working for a single ground station to working for multi ground stations.If the slant-range P from 3 ground stations are measured，positioning and navigation can be achieved by the P-P-P positioning method.This multi ground stations scanning mechanism will be the development trend of DME.It is shown that this system can realize multi chain work and its performance is reliable.

distance measuring;several chain work;position

TN953+.2

A

1007－7820(2012)08－038－03

2012-04-02

賴杰鵬(1976—)，男，工程師。研究方向:發(fā)射原理框圖。