DME/P導(dǎo)航數(shù)字中頻信道的校準(zhǔn)方法

楊寧

摘 要 DME/P信號(hào)作為精密測距的一種導(dǎo)航信號(hào)，應(yīng)用極為廣泛。在其發(fā)射端和接收端，一般都使用的是射頻信號(hào)。隨著航空電子系統(tǒng)通用化、模塊化、綜合化的發(fā)展，在信號(hào)的傳輸、分析和處理等方面，越來越多的使用了數(shù)字中頻信號(hào)，而對該信號(hào)的校準(zhǔn)是需要面臨的一個(gè)主要問題。

【關(guān)鍵詞】DME/P 數(shù)字中頻 校準(zhǔn)

1 DME/P導(dǎo)航數(shù)字中頻信道的校準(zhǔn)

1.1 DME/P導(dǎo)航數(shù)字中頻信道的校準(zhǔn)需求

DME/P射頻信號(hào)的校準(zhǔn)，已經(jīng)有了解決的方法。但作為中間信號(hào)的數(shù)字中頻信號(hào)，目前尚無完整可靠的解決方案。現(xiàn)有很多DME/P接收機(jī)，都是選擇直接接收DME/P數(shù)字中頻信號(hào)。為了保證這些儀器的準(zhǔn)確可靠，必須要對這個(gè)數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。目前的方法是使用DME/P模擬器生成射頻信號(hào)，將該射頻信號(hào)下變頻后加入A/D模塊，再送入DME/P數(shù)字中頻接收機(jī)中查看其數(shù)值，與模擬器的值進(jìn)行比較，來判斷其值的好壞。這種方法無法作為計(jì)量DME/P數(shù)字中頻接收機(jī)的方法，因?yàn)镈ME/P模擬器的指標(biāo)不高，穩(wěn)定性也不好，會(huì)導(dǎo)致生成的DME/P射頻信號(hào)無法達(dá)到校準(zhǔn)的要求。而且射頻信號(hào)經(jīng)過下變頻也會(huì)帶來新的頻率分量，對系統(tǒng)的校準(zhǔn)引入新的誤差。

本文主要討論的是DME/P接收機(jī)中的數(shù)字中頻信道的一種校準(zhǔn)方法，使DME/P數(shù)字中頻信號(hào)的相關(guān)參數(shù)能夠最終溯源至國家標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 DME/P導(dǎo)航數(shù)字中頻信道的校準(zhǔn)總體方案

整體方案是提供標(biāo)準(zhǔn)的DME/P數(shù)字中頻信號(hào)給接收機(jī)，來直接對接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)；同時(shí)為了確保這個(gè)數(shù)字中頻信號(hào)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，還需要對DME/P數(shù)字中頻信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證。

目前DME/P數(shù)字中頻信號(hào)的生成都是利用各種DME/P模擬器產(chǎn)生DME/P射頻信號(hào)，對這個(gè)信號(hào)進(jìn)行下變頻處理，得到模擬中頻信號(hào)，再進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換最終得到數(shù)字中頻信號(hào)。這種方案花費(fèi)巨大，系統(tǒng)搭建繁冗，而且在下變頻過程中也會(huì)引入其它頻率分量，對信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響。這里提供了一種新的解決方案，可直接生成DME/P模擬中頻信號(hào)，再通過A/D變換，得到數(shù)字中頻信號(hào)，彌補(bǔ)了之前方法的不足。

為了驗(yàn)證生成的DME/P數(shù)字中頻信號(hào)是否符合標(biāo)準(zhǔn)，還需要對該信號(hào)進(jìn)行校準(zhǔn)。在這里，利用D /A模塊可將該數(shù)字中頻信號(hào)重新轉(zhuǎn)換為模擬中頻信號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)用通用標(biāo)準(zhǔn)儀器來對其進(jìn)行校準(zhǔn)。

整個(gè)方案如圖1所示，其中主要包括DME/P模擬中頻信號(hào)產(chǎn)生模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、D/A轉(zhuǎn)換模塊和數(shù)字示波器等。其中DME/P模擬中頻信號(hào)，將該信號(hào)通過A/D變換，可得到DME/P數(shù)字中頻信號(hào)。這個(gè)信號(hào)就是本文中需要校準(zhǔn)的信號(hào)。將DME/P數(shù)字中頻信號(hào)通過D/A變換，轉(zhuǎn)變?yōu)镈ME/P模擬中頻信號(hào)，再使用標(biāo)準(zhǔn)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，來完成對DME/P數(shù)字中頻信號(hào)的校準(zhǔn)。

2 DME/P導(dǎo)航數(shù)字中頻信道的具體步驟

2.1 生成符合標(biāo)準(zhǔn)的DME/P模擬中頻信號(hào)

該信號(hào)實(shí)際為雙脈沖信號(hào)，可以通過標(biāo)準(zhǔn)儀器直接進(jìn)行測量。GJB6277-2008中對DME/P的信號(hào)格式進(jìn)行了定義。其中主要的指標(biāo)有上升時(shí)間、下降時(shí)間和脈沖寬度。其中脈沖上升時(shí)間不應(yīng)超過1.6μs；脈沖下降時(shí)間應(yīng)為2.5μs，不應(yīng)超過3.5μs；脈沖寬度應(yīng)為2.5μs±0.5μs。通過對這三個(gè)參數(shù)的測量可判斷這個(gè)雙脈沖信號(hào)是否符合DME/P信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)。區(qū)別與以往的方案，這里的方案是直接生成DME/P模擬中頻信號(hào)。DME/P模擬中頻信號(hào)的產(chǎn)生主要通過DDS芯片和FPGA來完成。DDS芯片是用來生成70MHz中頻載波信號(hào)，此正弦波波形一般達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求，需要在之后進(jìn)行濾波處理，再送到下一級(jí)操作。FPGA 作為控制核心，用來完成與上位機(jī)通信、DDS芯片控制和產(chǎn)生導(dǎo)航信號(hào)要求的脈沖序列，而其中的脈沖序列與之前的中頻載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，得到我們需要的中頻DME/P模擬信號(hào)。距離參數(shù)是通過時(shí)延來進(jìn)行計(jì)算得到的。我們的解決方案是加入延遲模塊，產(chǎn)生所需的延時(shí)，通過二者之間的延時(shí)來模擬出相應(yīng)的距離。這里還需預(yù)留一個(gè)監(jiān)測端口，可將該信號(hào)加入到示波器中，通過對信號(hào)上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬和時(shí)延的監(jiān)測來驗(yàn)證此信號(hào)的生成符合DME/P信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。具體如圖2所示。

2.2 生成DME/P數(shù)字中頻信號(hào)

將該DME/P模擬中頻信號(hào)通過A/D單元轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)镈ME/P數(shù)字中頻信號(hào)。這個(gè)信號(hào)即可作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)直接送往接收機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。通過DME/P數(shù)字中頻接收機(jī)的解算可以得到距離參數(shù)，與之前模擬中頻信號(hào)的距離進(jìn)行比對，即可得到校準(zhǔn)結(jié)果。

2.3 對生成信號(hào)進(jìn)行驗(yàn)證。

將生成的DME/P數(shù)字中頻信號(hào)通過D/A轉(zhuǎn)換單元，轉(zhuǎn)變成為DME/P模擬中頻信號(hào)。通過對這個(gè)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)域上的分析和測量，即可完成對DME/P數(shù)字中頻信號(hào)的驗(yàn)證。

具體方法是將轉(zhuǎn)換而來的模擬中頻信號(hào)加入到示波器中，對該波形的上升時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬以及時(shí)延進(jìn)行測量。將這個(gè)信號(hào)與第一步驟生成的模擬信號(hào)進(jìn)行比對，上升時(shí)間、下降時(shí)間及脈沖寬度都必須滿足GJB 6277-2008里的規(guī)定，而距離的指標(biāo)體現(xiàn)在兩組雙脈沖的時(shí)延上。兩個(gè)信號(hào)的時(shí)延差即是整個(gè)系統(tǒng)經(jīng)過A/D、D/A轉(zhuǎn)換帶來的時(shí)延誤差，這個(gè)誤差需要在合理的范圍內(nèi)，如果通過D/A變換回來的信號(hào)中的距離參數(shù)過小，則需加大之前第一步驟產(chǎn)生信號(hào)的距離參數(shù)；如果通過D/A變換回來的信號(hào)中的距離參數(shù)過大，則需減小之前第一步驟產(chǎn)生信號(hào)的距離參數(shù)，由此來形成一個(gè)負(fù)反饋系統(tǒng)，直到兩個(gè)信號(hào)的時(shí)延差趨于一個(gè)合理的指標(biāo)為止，具體的數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)所校的數(shù)字中頻接收系統(tǒng)的指標(biāo)來確定。

3 總結(jié)

現(xiàn)有的對DME/P信道的校準(zhǔn)大多是射頻信號(hào)，而對中間產(chǎn)生的數(shù)字中頻信號(hào)并無相應(yīng)的校準(zhǔn)方法，而本文則是提供了一種完成DME/P數(shù)字中頻信道的校準(zhǔn)思路。