一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統數據處理方法與流程
2023-05-21 09:56:31 1
本發明屬於飛機導航通信設計領域，涉及一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統數據處理方法。
背景技術：
新型飛機導航通信系統由各種機載無線電設備組成，包括VOR,VHF,ILS等。由於傳統無線電設備的設計以硬體為核心，功能單一而且可擴展性差，不同功能的設備需要不同的硬體設計，研發成本高昂，而且難以擴展升級。眾多分立的導航通信設備，導致機載設備體積重量和功耗較大，並且缺乏通用性和靈活性，機載導航通信設備亟需一種集成化、一體化的解決方案。
基於軟體無線電技術的一體化解決方案具有易於維護升級，擴展性，靈活性高，成本低，重量輕等一系列的特點。在搭建了通用化的硬體平臺的基礎上，各種導航通信功能的實現的設計重點就由硬體設計轉向了軟體設計，就由先進電路的設計要求變成了對簡潔高效算法的要求。
技術實現要素：
本發明提出了一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統軟體處理方法，在傳統的儀表著陸系統調製度差解算方法的原理基礎上做出了改進，充分結合了軟體無線電的理論和設計思想，具有簡潔高效準確通用的特點。
本發明一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統軟體處理方法可採用如下的技術方案：
包括：
(1)AM解調模塊對同相分量序列XI(n)、正交分量序列XQ(n)兩路數字基帶信號進行處理，得到包絡信號A(n)，其處理公式為：
所述A(n)為包絡信號，包含了90Hz信號，150Hz信號，語音信號以及直流分量；
(2)將A(n)信號分成四路，一路通過90Hz濾波器，得到90Hz信號；一路通過150Hz濾波器，得到150Hz信號；一路通過300～3000Hz濾波器，得到語音信號；一路通過直流分量估計模塊得到直流分量；
設所述90Hz信號為X(n),直流分量信號為Y,150Hz信號為Z(n)；
(3)對X(n)信號和Z(n)信號進行幅值測量，幅值測量截取信號序列的後1/10的採樣點進行；
(4)對於90Hz的信號和150Hz的信號分別乘以的係數進行幅度放大，X(n)得到對應的幅值輸出X′，為90Hz信號幅度；Z(n)得到對應的幅值輸出Z′，為150Hz信號的幅度；
(5)根據X′,Y,Z′，按照以下公式可以計算得到儀表著陸所需的調製度差：
DDM＝(X′-Z′)/Y，
其中DDM為儀表著陸系統所需的調製度差。
步驟(2)中A(n)進入直流分量估計模塊進行直流分量的提取的過程包括：
直流分量估計模塊首先對輸入信號A(n)進行加窗運算，其計算公式為：
yi＝ai*[1-cos(ω)]，其中，中間參數
其中n為序列A(n)的元素個數，ai為A(n)的第i個元素，yi為ai對應的加窗後的輸出；設所述yi，i＝1,2,3...n-1所構成的序列為Y(n)，對Y(n)進行取均值運算，可獲得直流分量信號Y。
步驟(2)中濾波器具體參數分別為：
90Hz濾波器：類型為巴特沃斯帶通濾波器，通帶起始頻率為80Hz，通帶截止頻率90Hz,濾波器階數為10；
150Hz濾波器：類型為巴特沃斯帶通濾波器，通帶起始頻率為140Hz，通帶截止頻率150Hz,濾波器階數為10；
300～3000Hz濾波器：巴特沃斯類型為帶通濾波器，通帶起始頻率為300Hz，通帶截止頻率3000Hz,濾波器階數為3。
本發明的優點在於：算法簡單，模塊設計具有通用性，其AM解調模塊，濾波器模塊可用於其他導航通信系統的軟體實現，該方法對於航向信標和下滑信標接收功能是通用的，不受航向信標和下滑信標調製度不同的影響。該算法較傳統的解算方法高效，準確度高。
附圖說明
圖1是本發明的模塊組成示意圖。
圖2是本發明的調製度解算模塊框圖。
圖3是調製度差解算模塊內部的直流分量估計部分的示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明，一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統軟體處理方法，是在通用軟體無線電硬體平臺上，採用可重用、模塊化設計的思想設計的用於機載儀表著陸系統航向和下滑信標功能的數據處理方法。該方法施基於圖1的裝置，步驟如下：
(1)AM解調模塊對同相分量序列XI(n)、正交分量序列XQ(n)兩路數字基帶信號進行處理，得到包絡信號A(n)，其處理公式為：
所述A(n)為包絡信號，包含了90Hz信號，150Hz信號，語音信號以及直流分量；
(2)將A(n)信號分成四路，分別通過90Hz濾波器，150Hz濾波器，300～3000Hz濾波器，直流分量估計模塊進行處理；
濾波器模塊的設計基於以下考慮：系統對信號的相位並不敏感，可採用無限衝擊響應濾波器,即I IR數字濾波器，可利用成熟的模擬濾波器設計方法進行設計，該方法中採用巴特沃斯濾波器，製作成通用的軟體模塊，其階數和頻率參數可調；經過理論分析和試驗驗證，本方法採用的一組測試效果良好的具體參數分別為：
90Hz濾波器：類型為帶通濾波器，通帶起始頻率為80Hz，通帶截止頻率90Hz,濾波器階數為10；
150Hz濾波器：類型為帶通濾波器，通帶起始頻率為140Hz，通帶截止頻率150Hz,濾波器階數為10；
300～3000Hz濾波器：類型為帶通濾波器，通帶起始頻率為300Hz，通帶截止頻率3000Hz,濾波器階數為3；
巴特沃斯濾波器設計方法成熟，以上濾波器設計時可採用Matlab等軟體進行輔助，不再贅述。
通過上述濾波器可以得到所述處理算法所需的90Hz信號，150Hz信號，另外，語音信號為航向信標系統所需，濾波後後作為數字語音信號輸出，後續所述算法不在涉及。設所述90Hz信號為X(n),直流分量幅值為Y,150Hz信號為Z(n)；
(3)如圖2所示，對X(n)信號和Z(n)信號進行了幅值測量，幅值測量截取信號序列的後1/10的採樣點進行，這樣可以有效避免信號通過濾波器所造成的幅度衰減所造成的誤差，試驗室中可採用0.1s-1s的採樣時長；
(4)為了彌補在濾波中產生的幅度損失，需要對信號進行放大。在第(2)步的濾波器設計中，我們將前兩個濾波器的通帶截止頻率設為了90Hz和150Hz，這樣90Hz和150Hz信號的幅度衰減均為3dB，即幅度衰減為原來的倍，因此，對於90Hz的信號和150Hz的信號分別乘以的係數進行幅度放大，以保證幅度沒有衰減。由此，X(n)得到對應的幅值輸出X′，為90Hz信號幅度；Z(n)得到對應的幅值輸出Z′，為150Hz信號的幅度。
(5)A(n)進入直流分量估計模塊進行直流分量的提取的過程如圖3所示，直流分量估計模塊首先對輸入信號A(n)進行加窗運算，其計算公式為：
yi＝ai*[1-cos(ω)]，其中，中間參數
其中n為序列A(n)的元素個數，ai為A(n)的第i個元素，yi為ai對應的加窗後的輸出。
接下來對信號進行取均值運算，可獲得直流分量輸出Y。
其中DDM為儀表著陸系統所需的調製度差。
該方法對於航向信標和下滑信標接收功能是通用的，不受航向信標和下滑信標調製度不同的影響。
一種基於軟體無線電的機載儀表著陸系統數據處理方法，建立在以開放性的硬體通用平臺基礎上，採用用面向對象的思想，構建可重用的，模塊化的軟體模塊，實現簡潔、高效準確的計算。
將所述方法進行了計算機仿真驗證，得到的調製度差數據的絕對誤差，不超過0.000004DDM；
將所述方法署在軟體無線電硬體平臺上進行了實驗室環境下的雙機天線收發驗證，調製度差絕對誤差未超過0.001DDM。