軍用無人機載應答機外場檢查儀的設計

四川九洲電器集團有限責任公司　羅　劍

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軍用無人機載應答機外場檢查儀的設計

四川九洲電器集團有限責任公司羅劍

【摘要】無人機即無人飛行載具，指的是不需要駕駛員的飛機。20世紀90年代，海灣戰爭以后，無人機開始飛速發展和廣泛運用。傳統機載設備的地面保障設備一般體積重量較大。但無人機地面站一般只配一臺車輛，承載能力有限，對其上配裝的電子設備的體積重量要求更高。本文介紹一種便攜式的外場檢查儀，用于無人機載應答機的地面保障，其具有體積小、安裝快、適應性強等優點，能夠很好的滿足軍用設備保障需求。

【關鍵詞】無人機；外場檢查儀

1　引言

隨著我國電子科技的進步，我軍武器裝備也進入了電子信息化道路，而現代武器裝備功能復雜、型號繁多，因此我軍對軍事設備的使用和維護提出了三級維護體制：

前沿級：故障定位到現場可更換單元。

中間級：故障定位到模塊化電路板。

基地級：故障定位至失效的元器件。

其中前沿級測試維修主要職責是將裝備故障隔離到現場可更換單元（LRU），使裝備迅速恢復或部分恢復作戰能力，對測試系統的全局測試能力、體積、重量等方面要求較高，開展現場級自動檢測設備的研究有著重要的現實意義，本文介紹的就是一種用于無人機載應答機的前沿級保障設備。

2　總體設計及技術特點

2.1設備組成

本文介紹的外場檢查儀采用手持式設計，將電源、收發組件、處理板、顯示屏、按鍵以及通用航空連接器或射頻連接器集中在一個很小腔體之中，其外觀以及組成框圖如圖1所示。

如圖1所示，整個設備包括收發組件、信號處理板、OLED顯示器、鍵盤、電源模塊以及接口電路。工作時，通過電源模塊將外部供電轉換為內部所需的兩組電壓，然后由鍵盤輸入按鍵操作。

圖1　外場檢查儀外觀以及原理框圖

2.2技術特點

本機采用高度集成的模塊化設計，腔體內使用超微型連接器將收發模塊、電源模塊以及信號處理模塊相互連接，提高了設備可靠性和設備尺寸，降低了設備成本，且易于安裝和維護。另外本機使用點陣式OLED顯示器，可工作在－40℃～＋55℃范圍內，并設計了方便快捷的菜單界面及結果顯示界面，使得工作時更加高效，加上快拆式天線設計，使得設備拆裝更加快捷，環境適應性也更強，更好的滿足現代軍用保障設備對高效快捷、現場處理的要求。

3　檢查儀工作原理

檢查儀利用二次雷達原理，采用詢問－應答方式來完成對應答機的應答和ATC功能檢測能力。當需對應答機進行功能檢測時，檢查儀發射一串射頻詢問脈沖，對被檢查的應答機進行詢問，應答機收到詢問信號并正確解碼后回答相應的射頻脈沖組，檢查儀通過判斷是否有正確的應答信號，完成對應答機的檢測；

3.1測試前準備

軍用無人機所攜帶的電子設備，要求一旦發生緊急情況能夠銷毀自身重要數據及功能程序，以防止被敵方俘獲并提取我方設備信息，所以要求無人機載設備的軟件需運行在易失性存儲器中，無人機起飛前，地面保障設備首先將機載設備運行所需的軟件及其他數據（如密碼）等加載到機載設備中，然后對其進行狀態檢查，確認一切正常后方可隨無人機起飛，所以在進行目標設備功能檢查之前，應對其進行軟件及密碼注入，并對相關工作狀態進行設置，設置完畢后方可進行檢查。

使用CAN總線接口與目標設備相連，通過按鍵操作選擇所需注入的軟件及密碼數據并發送到目標設備，發送過程也是對設備接口功能的一次檢查，數據加載完畢后，需要對設備工作狀態進行設置，仍是通過CAN總線接口發送設置命令到目標設備，完成設置。

3.2ATC功能檢查

對目標進行功能檢查時，應首先確保檢查儀自身供電正常，自檢正常才能對目標設備進行檢查。

ATC應答檢查：操作人員使用按鍵選擇ATC詢問發射，對目標的ATC應答功能進行檢查，若目標設備正常，則檢查儀將收到正確的ATC應答信號，選擇發送A模式和C模式詢問信號，切換檢查應答機的A模式及C模式應答功能，通過其應答概率來判斷ATC應答功能是否正常。若目標設備無法對ATC詢問信號做出應答，則通過更換目標處理板或收發模塊來定位故障到模塊。

編號應答檢查：操作人員使用按鍵選擇編號識別詢問發射，對目標的編號應答功能進行檢查，若目標設備正常，則檢查儀將收到正確的編號應答信號，通過選擇不同的編號來分別檢查各編號應答功能。并通過應答概率來判斷編號應答功能是否正常，若目標設備無法對編號詢問信號做出應答，則通過更換目標處理板或收發模塊來定位故障到模塊。

4　主要電路設計

4.1信號處理板

信號處理板是整個設備的核心部件，對硬件進行多功能集成，使控制、編碼、解碼、本地碼、密碼、時鐘、自檢接口、A/D采樣、數字接收技術、時間密碼參數接收、對應答機參數加載等功能綜合設計為一個主板，使達到高集成和小型化設計的目的，大大降低體積、功耗、成本，提高可靠性。

如圖2所示，其中ATC視頻信號為民用航管信號，中頻信號為某軍用識別信號，收發組件將信號送至信號處理板后，先經過AD采樣電路采樣后，送至FPGA做數字下變頻處理，解調出基帶信號后在經過解擴解碼等處理然后將結果送至DSP，DSP在做進一步處理得出相關結果送顯示器顯示，以便判斷被檢測的設備是否工作正常。

圖2　信號處理板電路框圖

信號處理板設計時，由于AD采樣對時鐘要求嚴格，其電路也需重點考慮，供電需要與其他部分隔離開，單獨使用一個TI公司推出的TPS70302PWP來為AD采樣芯片供電，其他電路供電使用模塊KWM05S5T-25AM來供電。另外考慮到手持設備對功率的嚴格要求，選擇LINEAR公司的一款雙14位80Msps低功耗A/D轉換器LTC2299，能在保證性能的基礎上盡量降低整板功耗。其他部分也全部以貼片器件完成設計，連接器選用貴航集團推出的超微型矩形連接器，進一步減小設備尺寸。

4.2收發組件

收發組件主要功能包括：產生ATC所需的射頻和本振信號；將調制后的射頻信號輸出至天線端口；將天線接收的射頻信號經下變頻后傳輸給處理板上。其原理框圖如圖3所示。

圖3　收發組件原理框圖

收發組件發射部分由信號源SWM501K與20MHz晶振產收發組件所需的本振（LO）與射頻（RF）信號。射頻信號通過天線二選一開關由天線發射出去。本振信號由二分一功分器分成二路信號，一路輸出至本振檢測端口；另一路信號通過信號放大/衰減到接收部分。

經過放大后的本振信號通過LO濾波器后與天線接收下來的信號通過下變頻處理后，再通過中頻60MHz濾波器輸出XX中頻信號到處理模塊作數字處理，ATC接收信號通過檢波器檢波后輸出ATC視頻框架信號到處理模塊作數字處理。

5　結構設計

為滿足外場使用時對振動、三防以及電磁兼容等方面的要求以及無人機保障設備對體積的嚴格要求，結構設計非常關鍵，本機的機殼采用一體鋁合金銑出，并在電源部位銑出條狀凹槽加強散熱，既保證了結構強度，又具有良好的電磁屏蔽性。機殼背面采用鋁合金蓋板，使用沉頭螺釘進行緊固。結構圖如圖4所示所示。

圖4　外場檢查儀結構圖

圖5　FPGA程序整體框圖

圖5　FPGA程序整體框圖

6　程序設計

信號處理板程序分為FPGA程序和DSP程序，其

中FPGA程序運行在XILINX公司推出的高性能系列FPGA型號為XC4VLX60，DSP使用TI公司推出的32位低功耗數字信號處理器TMS320F2812。

6.1FPGA程序

信號處理板FPGA程序需要完成的功能包括：數字下變頻、FIR抽取及濾波、基帶解擴、幅度及相位輸出。

在設計FPGA程序的時候，首先使用Matlab計算FIR高通濾波器系數，之后再使用ISE的Core Generator工具生成IP Core，同樣的方法再完成其他IP Core設置，比如數控震蕩發生器NCO、FIR低通濾波器、FIFO等。再編寫Verilog程序將各個IP Core聯系在一起，配合控制語句實現程序功能。

FPGA程序由地址譯碼、時鐘管理、復位管理、頻率控制、時間模塊、中斷管理等功能模塊組成，運行時在上電后首先完成復位及自檢，然后由數據地址總線等待DSP的調度，同時隨時接收AD采樣數據輸入，當有AD采樣數據輸入是，自動完成信號的解調及解碼處理，若符合預設條件則送至DSP做進一步處理。DSP隨時通過數據地址總線對FPGA的工作狀態進行調整，以完成檢測功能。FPGA程序整體框圖如圖5所示。

6.2DSP程序

信號處理板DSP程序（如圖6所示）需要完成初始化、自檢控制、電量監測、按鍵操作控制、檢測結果處理、結果信息顯示、密碼處理、接口數據解析等功能。

DSP與FPGA協同工作，具體方式如下：

DSP與FPGA通過數據及地址總線互連。設備工作過程中，DSP通過數據地址總線訪問FPGA內部的各個存儲單元，根據需要讀出狀態信息，或寫入控制數據。FPGA在DSP的控制下完成各種功能，比如編碼、譯碼等；DSP則實時的響應、處理FPGA產生的各個中斷（比如串口中斷、按鍵中斷等），從而控制整個模塊正常工作。

7　結論

本文介紹了一種用于無人機載應答機的前沿級保障設備，該設備具有體積小巧、安裝便捷、環境適應性強和檢測效率高的特點，經過在多次設備維護任務中使用，效果良好，能夠滿足軍對現代軍事設備的使用和維護要求。

參考文獻

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