基于凌华PCI-9846的航空导航VOR信号综测仪设计.doc

引言 航空电子设备的测试要求利用有限的资源，构建功能多样化的自动测试系统。机载电子设备的信号多且复杂，涵盖了低频和高频信号、连续和离散信号，同时还包括一些非电信号。传统的测试系统采用分立仪器搭建，这种方法成本高，测量自动化程度低，扩展性差。随着民用航空运输业的发展，大部分机载飞行电子设备高度数字化、集成化，已不可能靠人工手动对其进行测试检查。所以目前世界各发达国家均采用自动测试设备完成此类工作。 软件无线电的基本思想是以一个通用、标准、模块化的硬件平台为依托，通过软件编程来实现无线电台的各种功能，从基于硬件、面向用途的电台设计方法中解放出来。自动测试系统对信号源的灵活性和全面性提出了更高的要求，传统的信号发生器难以满足需求。与之相比，基于软件无线电的信号发生器由于它所具有的灵活性、开放性等特点，有着突出的优势，更加适应需要。同时，这也将为相关的教学研究提供便利。 将凌华科技PCI-9846H运用于自动测试系统信号源的测试和校准中，以航空导航VOR信号为例，对信号进行采集和处理，还原出基本信息。证明数字化仪的性能指标可以满足需要。 1.VOR信号 甚高频全向信标的基本功用是为机载VOR接收机提供一个复杂的无线电信号，经机载VOR接收机解调后，测出地面甚高频全向信标台相对于飞机的磁方位即VOR方位。机载接收机接收到的空间合成VOR信号包括基准相位信号和可变相位信号，通过对两种信号相位的比较来实现定向。VOR工作频率范围108MHz~117.95MHz，波道间隔0.05MHz。 1.1 VOR基准相位信号 VOR基准相位信号(Reference Phase Signal)包括射频载波和9960Hz的副载波。射频载波的频率范围从108MHz~117.95MHz。9960Hz的副载波被30Hz基准信号调频，调制系数16，表达式为： 1.2 VOR可变相位信号 可变相位信号(Variable Phase Signal)只包含单纯的射频载波，频率范围108MHz~117.95MHz。两对正交的边带天线分别辐射正弦调制边带波和余弦调制边带波，场强均按30Hz的规律变化，这样在空间就生成了一个30Hz正弦规律改变的调幅波，表达式为： 2.系统实现 采用以GPP(General-Purpose Processor，通用处理器)为基础的体系结构，直接用工控机进行数字信号处理。对于这种无线电系统，从实体上无法观察到一个真正的电台，它完全从软件角度解决无线电通信问题。由于通用机不是一个实时的同步系统，不适于严格定时采样信号的实时处理，只能通过中断来保持一定的同步。但是因其开放性、灵活性、可编程性和人机界面方面的优势，最接近理想的软件无线电，也更适于测试、教学和研究。 系统选用流水线形式进行连接，与信号流方向一致，具有很高的效率，时延短，处理数率高，可以一定程度上弥补GPP信号处理速度慢的不足。但是由于各模块之间采用实际电路互联，模块间耦合紧密，独立程度不高。如果系统功能改变，需要增加、去除或修改某一模块，牵扯到相应的模块变动，甚至总体结构的改变。因为设计目的是针对测试系统信号源的测试和校准，信号相对固定，不需要频繁变动，所以选用流水式结构，结构框图如图2所示。信号的产生和处理由工控机完成，任意波形发生模块(Arbitrary Waveform Generator，AWG)实现波形输出(高频时需要用到数字上变频卡)，如果做无线发射和接收时需要附加天线和射频放大器。信号的采集和数模转换由凌华科技PCI-9846高速数字化仪完成，转换结果可以实时显示，也可以保存成波形文件以便后续处理。 2.1 信号源 中频信号用PXI-5421产生。这是一款可进行板载信号处理(OSP)的任意波形发生器，具有16位分辨率和-91 dBc封闭式无寄生动态范围(SFDR)，可为要求数字上变频和基带插值的应用提供仪器质量标准。作为一款功能齐全的AWG，PXI-5421还能够生成通用的电子测试信号，其最大输出范围为12Vpp，50Ω电阻载荷，最高频率43MHz。上变频卡采用NI PXI-5610，其内有2.7GHz上变频器，具有高实时带宽和稳定的时基，其精度可达±50ppb。在射频生成应用中，与模块化函数发生器紧密集成，可产生频率范围50kHz到2.7GHz的信号，可调增益范围130dB。PXI-5421产生高频VOR信号送至PXI-5610做上变频处理，变频到需要的甚高频波段。 PXI板卡安装在NI PXI-1402控制箱内。采用NI PXI-PCI833x 套件，可使用通过铜缆连接的完全透明的MXI-4网络在计算机上控制PXI模块。MXI-4通过在PCI-PCI高带宽连接上搭建桥路，通过计算机的PCI接口对PXI系统进行远程控制。 2.2 数据采集 用凌华科技PCI-9846高速