VHF通信系統數字化仿真平臺構想

摘 要：文章分別闡述了數字化仿真平臺的優點及實現方式，介紹了建模的過程以及常用的數字化仿真平臺為該構想的實現提供較為可信的依據。

關鍵詞：VHF通信系統；仿真模型；仿真平臺

引言

文章主要提出一種構想：基于電路仿真的方法，將通信中涉及到的電臺及傳輸設備等組件，通過建模搭建數字化的仿真模型，模擬通信過程；為員工的業務培訓提供更接近真實的學習方法。

1 目前培訓

烏魯木齊飛行情報區新疆境內面積為156萬平方公里， 西藏境內面積為28萬平方公里，總面積約184萬平方公里，是國內最大的飛行情報區。技術保障中心負擔著整個新疆23臺站和烏魯木齊機場臺站的通信、導航、監視設備的運行維護，為新疆空管保駕護航。為了提高員工的業務水平，每年業務培養都是新疆空管局的重要工作內容，培訓是給員工傳授其完成工作所必需的思維認知、知識技能的過程。業務培訓自然是提高維護質量的根本辦法。而現有的培訓方式主要分為以下幾類：

1.1 培訓方式

單位內部培訓，國內行業交流，國外廠家培訓。這幾種方法存在一些缺點，例如培訓內容有限、費用昂貴等。

1.2 工作經驗傳統獲得方式

（1）師徒傳承。

（2）現實長期工作中排故積累經驗。

（3）利用備件搭建平臺，模擬現實應用。

優點：所學內容有效積累。

缺點：周期長，成本高，人均利用率低。

在日常的工作生活中，人們會慢慢發現自己的“知識貧乏”，已有的知識正變得支離破碎，學習的速度慢、要學的知識多。由于空管這個特殊行業，對安全性要求較高，很多情況下對于工作中提出的新觀點、新理論、新方法，不能方便地著手進行試驗、嘗試，因為這會對現有運行的設備、系統造成安全隱患。尤其在故障排除過程中，更不能模擬故障，論證假設。所以空管通信系統急需一套數字化的仿真平臺能夠如同電路仿真一般，是一套半物理化的仿真系統，能夠通過搭建系統模型，論證理論、學習系統知識。

2 仿真模型的實現

搭建構想來源于手機APP仿真電路，該軟件使用感受：方便、直觀、形象。電路形式自己按需使用電阻、電容、電感、電壓源、電流源、二極管、三極管等進行搭建，就好像兒童搭積木一樣簡單。電路搭建完成后，電路各個支路電壓大小電流大小及流向均形象展出。

構想的數字化平臺，以WINDOWS為基礎整個操作界面就像一個電子實驗工作臺，所需的組件和測試儀器均可直接拖放到屏幕上，所有組件的控制面板和操作方式都和實物相似，輕點鼠標可用導線將它們連接起來。正確搭建完畢后，平臺將會顯示信號流向、大小。電臺及傳輸設備等組件具體參數改變，會影響最終發射、接收數據，平臺實時顯示具體變化。軟件儀器的控制面板和操作方式都和實物相似，測量數據、波形和特性曲線如同在真實儀器看到的。組件之間連線錯誤，平臺給出錯誤指示甚至模擬真實故障情況比如：短路火花；RF線虛接、斷路引起VSWR告警，參數設置不合理導致的發射或接收效果不好等實際問題。

2.1 數字化仿真的優勢

（1）便捷、利用率高。不受時間地點限制，任何員工都可以使用此應用。

（2）為實際工作提供便捷有趣的學習方式，練習過程中仿真運用，實際培訓效果將大大提高。

（3）培訓成本降低，可避免培訓實操期間誤操作損壞設備，比如不同設備之間電壓匹配不當就會損壞器件，還可節約搭建實際平臺費用。

2.2 數字化仿真模型的實現

計算機模擬平臺是把通信系統的全過程結構組成和大部分規定事先編入計算機程序，然后用計算機語言描述通信過程，并用計算機進行處理的一種模擬方法。通過數字化模擬平臺，可以無需使用任何真實組件即可完成一個新系統搭建的可行性驗證。

仿真的基本過程，要進行如下9步：

（1）制定意義：熟練、論證通信系統組成。

（2）制定目標：盡可能的模擬真實VHF通信系統。

（3）建立模型、針對系統中每一個部件，建立其物理模型，進而構建系統。描述系統并對所有假設列表。

（4）羅列出所有可能。

（5）收集數據和信息：制作搭建仿真平臺所需各種設備模型例如具體電臺型號、傳輸設備、比選設備、內話設備、遙控盒。各種設備的輸入輸出接口定義，兼容特性。

（6）建立計算機模型：收集無線電各種公式，公式如何嵌入平臺，相關參數設置改變后，如何直觀顯示對應結果。一般建模過程是呈階段性的，在進行下一階段建模之前，驗證本階段的模型工作正常，在建模過程中運行和調試每一階段的模型。

（7）檢驗和確認模型：驗證是確認模型的功能是否同設想的系統功能相符合。模型是否同我們想構建的模型相吻合。確認模型是否能夠正確反映現實系統，評估模型仿真結果的可信度有多大等。

（8）運行模型：運行仿真時，通過輸入多組仿真輸入參數值，來驗證仿真結果是否合理也是一種很好的方法。

（9）分析輸出：模型確認建立模型的可信度。

3 數字化仿真平臺

通信系統是一個強耦合、多變量、時變性的復雜系統，在仿真建模時尤其需要一個合適的開發環境，為其提供良好的平臺。MATLAB是為大型數學計算、復雜的建模研究、過程動態仿真、系統設計、調試、優化，代碼生成等，基于微機環境的開發與運行支撐的平臺。軟件采用了動態代碼生成技術、分布式實時數據庫技術和面向對象的圖形化建模方法，在仿真領域處于領先水平。它的應用面很廣，可以用于國防軍事、能源、化工、航空航天、電力、經濟等領域研究，更可以適用于實際工程項目。

MATLAB/Simulink使用動態內存機器碼生成技術，結合分布式實時數據庫，為微機環境下分布式計算和復雜系統實時仿真，提供了高效的底層支撐平臺；采用圖形化面向對象的建模方法，可以為不同領域的仿真，提供通用的開發環境。可以實現多個模型的分布式計算、動態數據顯示與在線數據修改，可以滿足大型實時仿真系統的開發和運行的需要，尤其適用于民航通信這種復雜多變量的仿真需求。

MATLAB/Simulink提供了基于復雜模型建模仿真的環境，平臺內部嵌入了多個經過驗證的數學模型函數庫，在構建基于通信系統的模擬仿真時，既可以對已有的數學模型稍加修改，又可以針對不同需求建立模型，所以本設想完全可以基于該平臺進行設計優化。

4 結束語

上述構想僅做拋磚引玉之用，希望此構想能實現，成為空管通信人培訓學習的利器。