機(jī)載通信導(dǎo)航識(shí)別系統(tǒng)綜合檢測(cè)設(shè)備設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

童大鵬

(中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都 610036)

0 引 言

通信導(dǎo)航識(shí)別(Communication，Navigation and Identification，CNI)系統(tǒng)是現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)航空電子系統(tǒng)中重要的基礎(chǔ)功能組成部分，主要用于提供飛機(jī)與外界的話音和數(shù)據(jù)通信、飛行導(dǎo)航和起降引導(dǎo)以及敵我識(shí)別等任務(wù)功能。在機(jī)載電子設(shè)備的長(zhǎng)期使用過程中，由于元器件指標(biāo)漂移等原因，機(jī)載設(shè)備可能會(huì)出現(xiàn)發(fā)射功率、接收靈敏度等性能指標(biāo)下降，此類性能指標(biāo)的下降無法通過機(jī)內(nèi)自檢測(cè)(Build in Test，BIT)檢測(cè)。同時(shí),機(jī)上無源天線、連接電纜等硬件部分的故障也無法通過機(jī)內(nèi)BIT進(jìn)行檢測(cè)。因此，需要配置外場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，通過有線或無線檢測(cè)的方式，覆蓋CNI系統(tǒng)的硬件資源，彌補(bǔ)機(jī)內(nèi)BIT檢測(cè)能力的不足，通過指標(biāo)測(cè)試分析，及早發(fā)現(xiàn)性能指標(biāo)下降問題；在CNI系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，與機(jī)內(nèi)BIT結(jié)合，將故障準(zhǔn)確隔離到現(xiàn)場(chǎng)可更換模塊或單元(Line Replaceable Module/ Line Replaceable Unit，LRM/LRU)，提出維修策略和建議，對(duì)子系統(tǒng)維修提供有力支撐，同時(shí)在修復(fù)性維修完成后對(duì)維修效果進(jìn)行確認(rèn)。

當(dāng)前各種平臺(tái)飛機(jī)CNI系統(tǒng)功能多達(dá)數(shù)十種，頻段覆蓋寬，波形體制不同，帶寬差異大，信號(hào)調(diào)制方式不一，從而導(dǎo)致CNI外場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備種類繁多，即使是模塊綜合化后的CNI外場(chǎng)檢測(cè)設(shè)備，由于采用資源堆疊方式實(shí)現(xiàn)，綜合化程度低，增加了轉(zhuǎn)場(chǎng)保障的規(guī)模，不利于飛機(jī)機(jī)動(dòng)部署和戰(zhàn)時(shí)出動(dòng)，而且也增加了壽命周期費(fèi)用[1]。

基于航空電子系統(tǒng)的復(fù)雜性和能力增長(zhǎng)快速的特性，新一代航空電子系統(tǒng)更加強(qiáng)調(diào)通過綜合模塊化航空電子(Integrated Modular Avionics，IMA)、先進(jìn)航空電子體系結(jié)構(gòu)(Allied Standard Avionics Architecture Council，ASAAC)等系統(tǒng)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)開放性[2]，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的CNI子系統(tǒng)加強(qiáng)模塊的冗余備份和資源重構(gòu)以提高傳感器功能、執(zhí)行任務(wù)的冗余度和可靠性[3]，從而對(duì)外場(chǎng)保障設(shè)備的系統(tǒng)集成、能力提升和故障隔離提出更高的要求。

基于上述需求和背景，本文提出了一種基于軟件無線電架構(gòu)的綜合檢測(cè)設(shè)備通用平臺(tái)，具有高集成度和開放性特點(diǎn)，旨在解決傳統(tǒng)保障設(shè)備功能設(shè)備化或功能模塊化帶來的體積大、不便于使用和檢測(cè)功能升級(jí)等問題，同時(shí)為機(jī)載CNI系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供參考。

1 平臺(tái)設(shè)計(jì)需求分析

目前國(guó)內(nèi)機(jī)載CNI系統(tǒng)的基本功能包括短波話音/數(shù)據(jù)通信、超短波語音/數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星語音/數(shù)據(jù)通信、聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(Joint Tactical Information Distribution System，JTIDS)、塔康、羅盤、信標(biāo)、精密測(cè)距、微波著陸、儀表著陸、無線電高度表、敵我識(shí)別詢問/應(yīng)答、航管應(yīng)答等，擴(kuò)展功能還有武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈、機(jī)間數(shù)據(jù)鏈、訓(xùn)練數(shù)據(jù)鏈、自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B)等。其工作頻段分布在150 kHz～40 GHz之間，工作帶寬、調(diào)制方式等各不相同。

傳統(tǒng)的超外差設(shè)計(jì)架構(gòu)是信號(hào)經(jīng)模擬上下變頻后生成窄帶中頻信號(hào)再進(jìn)行信號(hào)和數(shù)據(jù)處理，由于需要多級(jí)混頻電路和分段濾波，導(dǎo)致系統(tǒng)的射頻前端部分復(fù)雜度極高，占用體積較大，并且功耗較高，且對(duì)如此寬頻帶的信號(hào)，該架構(gòu)下的波形軟件與射頻前端電路緊耦合，波形擴(kuò)展困難，信道資源基本無法復(fù)用。

根據(jù)國(guó)外航電系統(tǒng)的發(fā)展情況以及技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)，射頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一直在朝著信道通用化、簡(jiǎn)約化、數(shù)字化的方向發(fā)展。將數(shù)字化環(huán)節(jié)由中頻頻段前移至射頻頻段，系統(tǒng)只配置少量寬帶數(shù)字化信道，各項(xiàng)功能所需的信號(hào)通過寬帶信道接收后，通過數(shù)字化處理進(jìn)行分離，可以極大地簡(jiǎn)化射頻信道部分的硬件需求。

根據(jù)軟件無線電的設(shè)計(jì)思想，射頻信號(hào)的數(shù)字化應(yīng)該盡可能地靠近天線。但是在實(shí)際工程實(shí)踐中，直接對(duì)天線接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理還無法實(shí)現(xiàn)。在進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首要的任務(wù)是劃分射頻信號(hào)處理與數(shù)字信號(hào)處理的界面，確定系統(tǒng)的數(shù)字化采樣方案，不同的采樣方式將決定射頻處理部分的組成結(jié)構(gòu)和復(fù)雜程度，也將影響其后數(shù)字信號(hào)處理的方式和對(duì)處理速度的要求。對(duì)射頻模擬信號(hào)的采樣有兩種方法，一種是基于奈奎斯特定理的低通采樣，另一種是帶通采樣，如圖1所示。

圖1 射頻采樣結(jié)構(gòu)框圖

射頻低通采樣結(jié)構(gòu)如圖1(a)所示，其射頻處理前端采用全寬開設(shè)計(jì)。射頻低通采樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，射頻前端電路少，是最為理想的實(shí)現(xiàn)方案。但該結(jié)構(gòu)對(duì)模數(shù)(Analog/Digital，A/D)轉(zhuǎn)換器的要求極高。設(shè)fmax為模擬信號(hào)最高頻率，考慮前置超寬帶低通濾波器矩形系數(shù)為r，根據(jù)奈奎斯特采樣定理，則要求采樣頻率fs滿足

fs≥2rfmax。

根據(jù)CNI波形特點(diǎn)，取fmax=2 GHz，r=2時(shí)，采樣頻率高達(dá)8 GHz。如此高速的A/D轉(zhuǎn)換器，尤其是需要大動(dòng)態(tài)、多位數(shù)時(shí)無法實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，由于射頻處理前端完全寬開，同時(shí)進(jìn)入接收通道的信號(hào)數(shù)大幅上升，對(duì)動(dòng)態(tài)范圍的要求更高，工程實(shí)現(xiàn)難度極大。這種射頻全寬開低通采樣結(jié)構(gòu)一般只適用于工作頻率不高的場(chǎng)合，譬如短波(High Frequency，HF)頻段。

射頻帶通采樣結(jié)構(gòu)如圖1(b)所示。射頻前端并不是全寬開，而是先由窄帶帶通濾波器選擇所需信號(hào)進(jìn)行放大后再進(jìn)行帶通采樣，可有效提高接收通道信噪比，改善動(dòng)態(tài)范圍。該結(jié)構(gòu)要求A/D轉(zhuǎn)換器有足夠高的模擬工作帶寬，但對(duì)采樣速率要求不高。和射頻低通采樣結(jié)構(gòu)相比，該結(jié)構(gòu)對(duì)后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor，DSP)處理速度要求也低得多[4]。

基于射頻帶通采樣方案的寬帶射頻信道在接收信道部分主要完成寬帶接收信號(hào)的低噪聲放大、預(yù)選濾波、自動(dòng)增益控制(Auto Gain Control，AGC)、A/D采樣以及對(duì)數(shù)字采樣信號(hào)的預(yù)處理。在發(fā)射部分主要完成發(fā)射信號(hào)的數(shù)模(Digital/Analog，D/A)轉(zhuǎn)換和濾波放大，其設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要集中在接收信道部分。結(jié)合射頻帶通采樣的要求，對(duì)接收通道進(jìn)行細(xì)化，如圖2所示。

圖2 基于射頻帶通采樣的接收信道框圖

在該結(jié)構(gòu)中，接收的射頻信號(hào)先經(jīng)過低噪聲放大器進(jìn)行放大。因?yàn)槭菍拵到y(tǒng)，對(duì)噪聲的影響較為敏感，將預(yù)選帶通濾波器置于第一級(jí)低噪放之后，可以降低整個(gè)系統(tǒng)的噪聲系數(shù)，提高寬帶接收系統(tǒng)的靈敏度。接收信號(hào)的檢測(cè)在數(shù)字域完成，同時(shí)通過反饋環(huán)路對(duì)寬帶AGC進(jìn)行控制，再經(jīng)放大和抗混疊濾波處理后，送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行帶通采樣。

采用射頻帶通采樣結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，去除了本振、混頻器等模擬器件，射頻處理前端硬件比較簡(jiǎn)潔，無需針對(duì)不同波形的需求設(shè)計(jì)專門的射頻處理電路，可大幅降低系統(tǒng)的重量、體積和功耗；接收信道的主要功能均通過軟件完成，在不修改硬件的條件下，只需更改軟件即可實(shí)現(xiàn)多模信號(hào)的接收，提高了系統(tǒng)的靈活性和擴(kuò)展性。

2 硬件平臺(tái)總體設(shè)計(jì)

采用軟件模塊化思想進(jìn)行CNI綜合檢測(cè)設(shè)備硬件的設(shè)計(jì)，如圖3所示，硬件平臺(tái)主要分為綜合數(shù)字信道化模塊、射頻前端模塊、聲碼話模塊、高度表模塊、時(shí)密模塊和電源模塊。

圖3 CNI綜合檢測(cè)設(shè)備硬件平臺(tái)總體設(shè)計(jì)框圖

(1)綜合數(shù)字信道化模塊作為整個(gè)設(shè)備的核心，負(fù)責(zé)對(duì)射頻已調(diào)信號(hào)進(jìn)行A/D變換為基帶信號(hào)，或是將基帶信號(hào)D/A變換為射頻信號(hào)；實(shí)現(xiàn)各種模式的調(diào)制/解調(diào)、解擴(kuò)/解跳、糾錯(cuò)編譯碼、波束包絡(luò)處理、時(shí)間測(cè)量等功能。同時(shí)，其也是主機(jī)的控制核心。該模塊包括2個(gè)相同的數(shù)字信號(hào)處理通道，每個(gè)通道可被分配一個(gè)或多個(gè)特定任務(wù)或服務(wù)，形成可重構(gòu)、可配置的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)處理平臺(tái)，通過對(duì)通用處理通道的配置，可成為某一特定CNI檢測(cè)功能的信號(hào)處理平臺(tái)。

(2)射頻前端模塊實(shí)現(xiàn)150 kHz～35 GHz之間頻段的天線接口適配及處理，主要完成收發(fā)射頻信號(hào)的放大、濾波、增益控制，UV頻段、L頻段、S頻段、C頻段、K/Ka頻段收發(fā)射頻信號(hào)的上下變頻、放大、濾波、增益控制，產(chǎn)生高精度校準(zhǔn)源信號(hào)，完成各收通道信號(hào)校準(zhǔn)和各發(fā)射通道的功率檢測(cè)，產(chǎn)生全系統(tǒng)參考鐘。

(3)聲碼話模塊用于UV頻段、HF、JTIDS、UHF頻段衛(wèi)通、S頻段衛(wèi)通、Ka頻段衛(wèi)通、機(jī)間數(shù)據(jù)鏈(Intra-flight Data Link，IFDL)、搜救、JTIDS音頻編解碼處理。

(4)高度表模塊用于對(duì)高度的模擬。

(5)時(shí)密模塊完成識(shí)別卡信息的讀取。

(6)電源模塊為整個(gè)設(shè)備完成電源濾波及供電。

3 硬件平臺(tái)主要模塊設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)硬件平臺(tái)時(shí)，選用的元器件均充分考慮體積小、重量輕、功耗低、環(huán)境適應(yīng)性和可靠性高等要求。并且，平臺(tái)中所有元器件均考慮國(guó)產(chǎn)化要求，并盡量選用最小封裝的器件信號(hào)，使得設(shè)備具有良好的擴(kuò)展性、高集成度等特點(diǎn)。

3.1 綜合數(shù)字信道化模塊

作為整個(gè)檢測(cè)設(shè)備核心模塊，所選用的基帶數(shù)據(jù)處理模塊、射頻信號(hào)收發(fā)模塊關(guān)系到整個(gè)檢測(cè)平臺(tái)是否能夠良好運(yùn)行。對(duì)于實(shí)時(shí)性、可靠性要求較高的CNI綜合檢測(cè)設(shè)備，選用器件必須具有極強(qiáng)的運(yùn)算能力、較好的穩(wěn)定性和擴(kuò)展能力。

根據(jù)所需檢測(cè)功能各資源配置情況分析，綜合數(shù)字信道化模塊具備1個(gè)處理器單元，采用PowerPC+FPGA架構(gòu)；2個(gè)信號(hào)處理通道，采用FPGA+ZYNQ的硬件架構(gòu)；射頻信號(hào)收發(fā)通道采用捷變頻架構(gòu)；低速數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換則采用低通采樣和射頻直采芯片。該架構(gòu)滿足所有檢測(cè)功能所需信號(hào)處理及信息處理資源，且資源平臺(tái)可復(fù)用，PowerPC及FPGA外掛NOR FLASH和NAND FLASH，將各檢測(cè)功能線程軟件按地址段順序排列存入到FLASH中，當(dāng)需進(jìn)入某項(xiàng)檢測(cè)功能時(shí)，通過FPGA切換地址，將所需檢測(cè)功能軟件加載到DDR中并跳轉(zhuǎn)執(zhí)行，從而在通用的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能軟件可重構(gòu)、可配置。

PowerPC采用NXP公司的P2020處理器，運(yùn)行頻率為1.2 GHz的雙Power ArchitectureTMe500v2內(nèi)核。

處理器存儲(chǔ)單元設(shè)計(jì)如下：

(1) Cache——支持2級(jí)cache；

(2) SDRAM——采用DDR3存儲(chǔ)器，容量為256 MB，支持ECC檢驗(yàn)；

(3) 程序存儲(chǔ)器——通過GPCM控制模式，采用NOR FLASH，容量為256 MB；

(4) 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器——采用并行 FLASH，容量為64 GB，寫入速率為1 MB/s。

處理器單元外部接口采用SGMⅡ、串行Rapid IO和高速USART-422接口，將16位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用的LocalBus總線與FPGA連接，將雙向4組傳輸速率為50 Mb/s/line的LVDS總線與FPGA連接，并預(yù)留雙向16根GPIO離散線。工業(yè)無線數(shù)傳采用Zigbee模塊，輸出功率最大為8 dBm，工作頻段覆蓋2.380～2.500 GHz，設(shè)置20個(gè)通信頻段，避開對(duì)周邊無線信號(hào)的干擾。

射頻信號(hào)收發(fā)模塊由AD9361捷變頻收發(fā)一體機(jī)完成四通道接收和四通道發(fā)射射頻信號(hào)功能。AD9361工作頻段為70 MHz～6 GHz，支持通道帶寬為200 kHz～56 MHz，芯片內(nèi)部集成射頻放大器、發(fā)射和接收通道的頻率合成器、混頻器、模擬濾波器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等。射頻前端模塊由巴倫電路組成，實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)的接收與發(fā)送、單端信號(hào)與差分信號(hào)的轉(zhuǎn)換，輸入輸出的基帶數(shù)字信號(hào)則與FPGA的可配置IO引腳相連。AD9361的配置函數(shù)采用統(tǒng)一軟件接口函數(shù)，并開放給各檢測(cè)功能，在功能軟件加載成功后，由各檢測(cè)功能軟件配置AD9361的信號(hào)帶寬、增益和模式，實(shí)現(xiàn)了零中頻變頻統(tǒng)一處理的通用平臺(tái)架構(gòu)。

3.2 射頻前端模塊

CNI綜合檢測(cè)設(shè)備硬件平臺(tái)涉及多種頻段的傳感器檢測(cè)功能，包括HF頻段、UV頻段、L頻段、S頻段、C頻段、K頻段和Ka頻段，每個(gè)頻段帶寬及指標(biāo)均有不同。針對(duì)以上特點(diǎn)，本文采用一種可重構(gòu)的射頻前端設(shè)計(jì)方法，合理分配各頻段的上下變頻、功率放大、濾波和增益控制，將這些收發(fā)系統(tǒng)統(tǒng)一到通用平臺(tái)。

射頻前端的設(shè)計(jì)采用了直接射頻采樣、零中頻采樣和寬帶中頻采樣三種設(shè)計(jì)架構(gòu)。射頻前端的可重構(gòu)化，重點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵器件的可重構(gòu)化，包括預(yù)選器、濾波器、放大器、VCO等等[5]。射頻前端模塊主體框架如圖 4所示，主要由接口控制板、DC-DC電源組件、各個(gè)頻段收發(fā)通道和參考源組成。

圖4 射頻前端模塊設(shè)計(jì)框圖

以UV通道為例進(jìn)行設(shè)計(jì)分析。UV頻段收發(fā)通道原理圖如圖 5所示，UVR和UVT是與綜合數(shù)字信道化模塊收發(fā)中頻信號(hào)的模擬接口，校準(zhǔn)通道用于獨(dú)立校準(zhǔn)射頻前端模塊的收發(fā)通道。

圖5 UV頻段收發(fā)通道原理框圖

3.2.1 UV頻段接收鏈路設(shè)計(jì)

(1)UV接收增益、P-1輸出、UV接收動(dòng)態(tài)：根據(jù)總體指標(biāo)分解，通過設(shè)計(jì)及選型射頻開關(guān)、電調(diào)濾波器、程控衰減器、限幅器、混頻器、低通濾波器、聲表濾波器、π衰的增益、輸入及輸出功率，得到的鏈路增益滿足接收增益的指標(biāo)要求，P-1滿足接收輸出的指標(biāo)要求。

(2)UV接收抗燒毀功率：接收抗燒毀功率由低噪放前的限幅器保證，限幅器的最大輸入功率、限幅電平均需低于低噪放的最大允許輸入功率。

(3)UV接收噪聲系數(shù)：將接收鏈路器件指標(biāo)代入噪聲系數(shù)計(jì)算軟件，調(diào)整器件選型，得到的噪聲系統(tǒng)需滿足指標(biāo)要求。

(4)UV接收增益控制：UV接收增益選用器件的工作頻率、衰減步進(jìn)、精度和可控衰減量均需滿足技術(shù)指標(biāo)要求，并且精度要小于指標(biāo)要求的75%。

(5)UV接收鏡頻抑制：由接收輸入端的兩級(jí)電調(diào)濾波器保證。

(6)UV接收雜散抑制：采用高本振變頻，通過計(jì)算本振頻率，使得中頻濾波器帶內(nèi)無雜散。

(7)UV接收濾波器：采用電調(diào)濾波器，通帶頻率覆蓋UV功能頻率范圍，1.5 dB帶寬為3.5%，插損≤5 dB，帶外抑制≥25 dB@f0±20%×f0(f0為測(cè)試點(diǎn)的中心頻率)，通過功率≤1 W，跳頻速率≤10 μs，控制方式選用TTL電平。

3.2.2 UV頻段發(fā)送鏈路設(shè)計(jì)

(1)UV發(fā)射增益、輸出電平、輸出P-1：通過合理選用射頻開關(guān)、π衰、31 dB程控衰減、LNA低噪放、電調(diào)濾波器的輸入輸出功率和增益，滿足UV發(fā)射通道指標(biāo)要求。

(2)UV發(fā)射增益控制：UV發(fā)射增益控制采用數(shù)控衰減器實(shí)現(xiàn)，其衰減控制可滿足衰減步進(jìn)1 dB，衰減范圍30 dB，衰減精度≤±1 dB的指標(biāo)要求。

(3)UV發(fā)射諧雜波抑制：諧波及雜散由輸出端的電調(diào)濾波器進(jìn)行抑制，諧雜波≥60 dBc。

通過以上電路分析可知，工作在UV頻段的檢測(cè)功能均可在配置射頻前端資源的情況下實(shí)現(xiàn)UV射頻前端資源共用。

4 CNI檢測(cè)功能信號(hào)實(shí)現(xiàn)

CNI綜合檢測(cè)設(shè)備涉及的功能較多，本文在通信導(dǎo)航識(shí)別三大類檢測(cè)功能中各選取一種功能進(jìn)行描述。

4.1 超短波話音信號(hào)實(shí)現(xiàn)

發(fā)送話音過程，聲碼話模塊完成模擬話音的數(shù)字化采集并輸出至FPGA。FPGA對(duì)收到的數(shù)字音頻信號(hào)按不同的模式進(jìn)行編碼、送保密機(jī)加密，輸出數(shù)字中頻信號(hào)。超短波功能軟件接收到系統(tǒng)下發(fā)的話音發(fā)射指令后，處理過程描述如圖6所示。

接收話音過程，F(xiàn)PGA收到數(shù)字IQ基帶信號(hào)，根據(jù)模式選擇相應(yīng)的方式解調(diào)后，恢復(fù)可識(shí)別的話音幀格式，再解密后送至聲碼話模塊恢復(fù)至模擬話音信號(hào)，驅(qū)動(dòng)耳機(jī)發(fā)聲，處理過程描述如圖6所示。

(a)超短波話音發(fā)送信號(hào)

(b)超短波話音接收信號(hào)圖6 超短波話音收發(fā)信號(hào)實(shí)現(xiàn)原理框圖

4.2 塔康信號(hào)實(shí)現(xiàn)

對(duì)機(jī)載設(shè)備發(fā)出的詢問信號(hào)送至FPGA進(jìn)行數(shù)字下變頻、數(shù)字包絡(luò)檢波和功率檢測(cè)，檢波器輸出的信號(hào)疊加了噪聲和干擾的信號(hào)，經(jīng)過脈沖限幅、整形處理，詢問脈沖檢測(cè)到后，啟動(dòng)距離延遲控制，產(chǎn)生應(yīng)答脈沖。塔康基帶信號(hào)處理由脈沖產(chǎn)生、15 Hz/135 Hz包絡(luò)產(chǎn)生及AM調(diào)制模塊完成。塔康信號(hào)包含了主輔基準(zhǔn)脈沖、臺(tái)識(shí)別脈沖、應(yīng)答脈沖(或A/A模式下的詢問脈沖)及填充脈沖，輸出的是15 Hz、135 Hz合成包絡(luò)調(diào)制的信號(hào)。輸出的信號(hào)經(jīng)過數(shù)模變換后，直接形成塔康射頻發(fā)射信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)框圖如圖7所示。

圖7 塔康信號(hào)實(shí)現(xiàn)原理框圖

4.3 航管應(yīng)答信號(hào)實(shí)現(xiàn)

航管應(yīng)答檢測(cè)信號(hào)包括詢問信號(hào)的模擬和應(yīng)答信號(hào)的接收處理，有A、C兩種模式：對(duì)于詢問信號(hào)的產(chǎn)生，通過接口控制單元切換選擇脈沖發(fā)生器；對(duì)于應(yīng)答信號(hào)的接收，首先通過包絡(luò)檢波、門限檢測(cè)，確定脈沖或脈沖對(duì)信號(hào)以后，按照A或C模式的框架檢測(cè)脈沖對(duì)以及譯碼應(yīng)答信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)原理框圖如圖 8所示。

圖8 航管應(yīng)答信號(hào)實(shí)現(xiàn)原理框圖

5 工程驗(yàn)證

本文設(shè)計(jì)的CNI綜合檢測(cè)設(shè)備，可以產(chǎn)生及接收短波話音/數(shù)據(jù)通信、超短波語音/數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星語音/數(shù)據(jù)通信、JTIDS、武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈、機(jī)間數(shù)據(jù)鏈、訓(xùn)練數(shù)據(jù)鏈、塔康、羅盤、信標(biāo)、精密測(cè)距、微波著陸、儀表著陸、無線電高度表、敵我識(shí)別詢問/應(yīng)答、航管應(yīng)答等多種功能的信號(hào)格式，原理樣機(jī)及模塊如圖9所示。

圖9 原理樣機(jī)及模塊實(shí)物圖

在實(shí)驗(yàn)室常溫測(cè)試條件下，按產(chǎn)品規(guī)范對(duì)CNI綜合檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，將CNI綜合檢測(cè)設(shè)備的射頻端口輸出至頻譜分析儀(型號(hào)為N9030B)，并設(shè)置頻譜分析儀相關(guān)參數(shù)(參考電平、頻率、掃頻寬度、分辨率帶寬和掃描時(shí)間)，觀察超短波話音信號(hào)、塔康功能信號(hào)和航管功能信號(hào)，試驗(yàn)結(jié)果如圖10所示。

圖10 功能波形測(cè)試結(jié)果

以某型CNI檢測(cè)設(shè)備為例，分別采用模塊化、軟件無線電架構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，系統(tǒng)質(zhì)量、體積、功耗、模塊數(shù)量、可靠性指標(biāo)、二級(jí)維護(hù)能力等方面的設(shè)計(jì)結(jié)果如表1所示。

表1 采用兩種架構(gòu)設(shè)計(jì)的對(duì)比

6 結(jié)束語

本文提出的CNI綜合檢測(cè)設(shè)備采用高集成度開放式軟硬件體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，綜合了HF、UV、L、C、S、K和Ka等頻段，在一個(gè)通用硬件平臺(tái)上內(nèi)完成通信、導(dǎo)航和識(shí)別等20余項(xiàng)檢測(cè)功能，綜合化程度高，技術(shù)難度大，使得外場(chǎng)保障設(shè)備的種類減少，操作難度降低，維修性提高，可以有效提高裝備的可用性，減少機(jī)載設(shè)備的保障規(guī)模。內(nèi)部采用通用總線互聯(lián)，極大地提升了設(shè)備的擴(kuò)展性和重構(gòu)性，設(shè)備穩(wěn)定可靠，滿足工程使用要求。其高度綜合集成設(shè)計(jì)技術(shù)可用于各種地面保障設(shè)備平臺(tái)，并可推廣到機(jī)載設(shè)備的平臺(tái)開發(fā)，降低開發(fā)周期及費(fèi)用，提高裝備研制的及時(shí)性、部署性，具有極大的經(jīng)濟(jì)效益和廣泛的應(yīng)用前景。今后可在航空電子內(nèi)外場(chǎng)檢測(cè)能力提升等方面開展研究以進(jìn)一步提高設(shè)備的集成度和測(cè)量精度。