一种飞机无线电罗盘信号模拟器论文和设计-焦准

全文摘要

本实用新型公开了一种飞机无线电罗盘信号模拟器，属于飞机罗盘信号模拟技术领域。其包括信号产生单元、信号处理单元和电源模块，所述信号产生单元包括信号互联的控制模块和DDS模块，所述信号处理模块包括低通滤波器、信号选择电路、移相电路和若干衰减器，所述控制模块、所述DDS模块和所述移相电路均与所述电源模块连接，所述DDS模块、所述低通滤波器、所述信号选择电路、所述移相电路和所述衰减器依次连接。本实用新型能够实现无线电罗盘模拟信号频率、幅度的精确调节，能够保证无线电罗盘接收灵敏度和定向灵敏度。

主设计要求

1.一种飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：包括信号产生单元、信号处理单元和电源模块，所述信号产生单元包括信号互联的控制模块和DDS模块，所述信号处理模块包括低通滤波器、信号选择电路、移相电路和若干衰减器，所述控制模块、所述DDS模块和所述移相电路均与所述电源模块连接，所述DDS模块、所述低通滤波器、所述信号选择电路、所述移相电路和所述衰减器依次连接。

设计方案

2.如权利要求1所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述控制模块包括上位机和单片机，所述DDS模块包括DDS芯片和参考时钟，所述上位机通过所述单片机控制所述DDS芯片工作。

3.如权利要求2所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述上位机与所述单片机通过转换芯片实现串口通信。

4.如权利要求1所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述电源模块包括220v电源、2个LM7085稳压芯片和1个LM1085稳压芯片，2个所述LM7085稳压芯片均与220v电源连接，产生+5V和-5V的电源，所述LM1085稳压芯片与产生+5V电源的所述LM7085稳压芯片连接，输出+3.3V稳定电源。

5.如权利要求2所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述单片机采用+3.3V电源供电，并且外接电源电路、时钟脉冲产生电路、复位电路和存储器设置电路。

6. 如权利要求1所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述衰减器的数量为3个，分别输出环形天线输入信号e _{1<\/sub>、环形天线输入信号e_{2<\/sub>和垂直天线输入信号e_v<\/sub>。}}

7.如权利要求2所述的飞机无线电罗盘信号模拟器，其特征在于：所述参考时钟为30MHz有源晶振提供DDS芯片的外部参考时钟。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及飞机罗盘信号模拟技术领域，具体是一种飞机无线电罗盘信号模拟器。

背景技术

航空无线电罗盘是重要的机载电子设备,主要用来准确指示导航台的方位信息,确定飞机的地理位置、实现航向引导,同时无线电罗盘还是双信标着陆系统中用来指示着陆航向的唯一设备,与信标机、高度表共同完成飞机的航向校正、下滑和着陆，其性能的好坏直接影响飞行安全和任务完成。按照飞机维修手册规定，需要在地面定期对其性能进行测试。测试时需要配套提供测试信号模拟系统，用以模拟地面导航台站无线电信号，完成对无线电罗盘接收机工作灵敏度的检测。传统的罗盘信号模拟系统由于采用了机电式调频、调相技术，因而易产生干扰、测试精度不高、可靠性较低,且体积较大。

公布号为CN 108827272 A的专利文献公开了一种基于PXI总线的无线电罗盘信号模拟装置及方法，包括：音频调制信号采集电路采集无线电罗盘接收机两路正交音频调制信号，并将采集到的信号送入FPGA控制及信号合成模块；所述FPGA控制及信号合成模块得输出端依次连接模拟信号生成电路、信号放大电路和衰减电路；所述FPGA控制及信号合成模块还与PXI接口连接；PXI接口连接上位机，传送上位机下发的方位模拟角度信息以及载波信号频率以及幅度控制信息。该实用新型PXI总线无线电罗盘信号模拟装置具有方位模拟精度高、体积小、功耗低、适合外场应用及易于构建小型化PXI总线导航测试系统等优点。但是，该实用新型不具有信号选择和移相功能，对无线电罗盘的定向灵敏度不高。

公告号为CN204902846U的专利公开了一种无线电罗盘天线信号模拟系统，环形天线正弦信号经过数控衰减器I，与信号输入端I提供的正弦模拟信号一起传送至平衡调制器I；环形天线余弦信号经过数控衰减器II，与信号输入端II提供的余弦模拟信号一起传送至平衡调制器II；垂直天线信号经过数控衰减器III，与平衡调制器I和平衡调制器II输出的信号一起传送至信号叠加器；信号叠加器输出的信号经过数控衰减器IV，得到组合天线信号。该实用新型可以模拟无线电罗盘天线的实际工作，产生环形与垂直组合天线的模拟信号，实现精确地方位模拟功能，对为无线电罗盘其它电路测试提供必要的天线激励信号，以实现对被测罗盘性能的测试。但是，该实用新型不能对DDS芯片输出信号参数进行直观控制，不能实现无线电罗盘模拟信号频率、幅度的精确调节。

发明内容

有鉴于此，本实用新型针对现有技术的不足，提供的一种能够实现无线电罗盘模拟信号频率、幅度的精确调节，能够保证无线电罗盘接收灵敏度和定向灵敏度的飞机无线电罗盘信号模拟器。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种飞机无线电罗盘信号模拟器，包括信号产生单元、信号处理单元和电源模块，所述信号产生单元包括信号互联的控制模块和DDS模块，所述信号处理模块包括低通滤波器、信号选择电路、移相电路和若干衰减器，所述控制模块、所述DDS模块和所述移相电路均与所述电源模块连接，所述DDS模块、所述低通滤波器、所述信号选择电路、所述移相电路和所述衰减器依次连接。

进一步的，所述控制模块包括上位机和单片机，所述DDS模块包括DDS芯片和参考时钟，所述上位机通过所述单片机控制所述DDS芯片工作。

进一步的，所述上位机与所述单片机通过转换芯片实现串口通信。

进一步的，所述电源模块包括220v电源、2个LM7085稳压芯片和1个LM1085稳压芯片，2个所述LM7085稳压芯片均与220v电源连接，产生+5V和-5V的电源，所述LM1085稳压芯片与产生+5V电源的所述LM7085稳压芯片连接，输出+3.3V稳定电源。

进一步的，所述单片机采用+3.3V电源供电，并且外接电源电路、时钟脉冲产生电路、复位电路和存储器设置电路。

进一步的，所述衰减器的数量为3个，分别输出环形天线输入信号e_{1<\/sub>、环形天线输入信号e_{2<\/sub>和垂直天线输入信号e_v<\/sub>。}}

进一步的，所述参考时钟为30MHz有源晶振提供DDS芯片的外部参考时钟。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型飞机无线电罗盘信号模拟器，所述上位机作为整个系统的控制核心，所述单片机作为连接所述上位机与所述DDS芯片的通讯单元，从而控制DDS芯片产生供无线电罗盘检测用的信号，并实现频率、幅度的精确调节，输出信号经所述信号处理单元处理之后即可完成对无线电罗盘接收灵敏度、定向灵敏度的测试；所述DDS芯片输出两路正交信号，经过信号处理单元低通滤波、信号选择、移相、衰减得到的一路垂直天线信号和两路环形天线信号，即得到供无线电罗盘检测系统使用的模拟无线电罗盘接收信号。

另外，所述电源模块中，LM7805和LM7905稳压芯片分别是正电压和负电压串联稳压集成电路，具有体积小、集成度高、线性调整率和负载调整率高等优点。LM1085是低压降正向电压稳压芯片，是3A电流的负载与1.5V的最大压差的稳压器。LM1085是可调版本，它可以只有两个外部电阻设置输出电压，也可用三个恒定电压：3.3V，5.0V和12.0V；

选择30MHz有源晶振提供DDS芯片的外部参考时钟，在DDS工作时，选择4倍频，系统参考时钟可达120MHz，根据DDS的工作原理，此参考时钟下，能够轻松满足1.8MHz 的频率输出能力。

本实用新型飞机无线电罗盘信号模拟器，通过人机接口操作单片机控制DDS芯片，产生一路垂直天线信号和两路环形天线信号，经滤波、信号选择、移相、衰减等信号处理得到供无线电罗盘检测系统使用的模拟无线电罗盘接收信号，能够实现无线电罗盘模拟信号频率、幅度的精确调节，能够保证无线电罗盘接收灵敏度和定向灵敏度。

附图说明

图1是本实用新型的结构连接图；

图2是本实用新型实施例中电源模块设计原理图；

图3是本实用新型实施例中参考时钟电路设计原理图；

图4是本实用新型实施例中单片机的外围电路的设计图；

图5是本实用新型实施例中串口通讯接口电路图；

图6是本实用新型实施例中信号选择电路和移相电路综合图。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步清楚阐述本实用新型的内容，但本实用新型的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

实施例一

如图1所示，一种飞机无线电罗盘信号模拟器，包括信号产生单元、信号处理单元和电源模块，所述信号产生单元包括信号互联的控制模块和DDS模块，所述信号处理模块包括低通滤波器、信号选择电路、移相电路和若干衰减器，所述控制模块、所述DDS模块和所述移相电路均与所述电源模块连接，所述DDS模块、所述低通滤波器、所述信号选择电路、所述移相电路和所述衰减器依次连接。

具体的，所述衰减器的数量为3个，分别输出环形天线输入信号e_{1<\/sub>、环形天线输入信号e_{2<\/sub>和垂直天线输入信号e_v<\/sub>。}}

所述控制模块包括上位机和单片机，所述DDS模块包括DDS芯片和参考时钟，所述上位机通过所述单片机控制所述DDS芯片工作。

所述上位机与所述单片机通过转换芯片实现串口通信。

本实用新型实施例的飞机无线电罗盘信号模拟器，所述上位机作为整个系统的控制核心，所述单片机作为连接所述上位机与所述DDS芯片的通讯单元，从而控制DDS芯片产生供无线电罗盘检测用的信号，并实现频率、幅度的精确调节，输出信号经所述信号处理单元处理之后即可完成对无线电罗盘接收灵敏度、定向灵敏度的测试；所述DDS芯片输出两路正交信号，经过信号处理单元低通滤波、信号选择、移相、衰减得到的一路垂直天线信号和两路环形天线信号，即得到供无线电罗盘检测系统使用的模拟无线电罗盘接收信号。

实施例二

如图1所示，本实用新型实施例的飞机无线电罗盘信号模拟器，与实施例一的不同之处在于：所述电源模块包括220v电源、2个LM7085稳压芯片和1个LM1085稳压芯片，2个所述LM7085稳压芯片均与220v电源连接，产生+5V和-5V的电源，所述LM1085稳压芯片与产生+5V电源的所述LM7085稳压芯片连接，输出+3.3V稳定电源。

所述单片机采用+3.3V电源供电，并且外接电源电路、时钟脉冲产生电路、复位电路和存储器设置电路。

所述参考时钟为30MHz有源晶振提供DDS芯片的外部参考时钟。

本实用新型实施例中，所述电源模块为多电源系统，共需要使用+5V、-5V 以及+3.3V 三种共地电源，采用220V电源直接供电，首先采用两片LM7085、LM7095得到稳定的+5V和-5V的电压，再将+5V的电压引出一路，通过LM1085 转换为+3.3V的稳压电路。电源模块设计原理如图2所示。

其中，LM7805和LM7905系列稳压芯片分别是正电压和负电压串联稳压集成电路，具有体积小、集成度高、线性调整率和负载调整率高等优点。LM1085是低压降正向电压稳压芯片，是3A电流的负载与1.5V的最大压差的稳压器。LM1085是可调版本，它可以只有两个外部电阻设置输出电压，也可用三个恒定电压：3.3V，5.0V和12.0V。

所述DDS模块的核心器件是AD9854。要使DDS正常工作，必须引入外部参考时钟，由于AD9854内置4到20倍的倍频器，又因为我们的设计目标频率上限为1800KHz，因此外部晶振的频率无需选择过高的，在此，选择30MHz有源晶振提供DDS芯片的外部参考时钟，在DDS工作时，选择4倍频，系统参考时钟可达120MHz，根据DDS的工作原理，此参考时钟下，已能远远满足1.8MHz 的频率输出能力。参考时钟电路设计原理如图3所示。

单片机MCU在本实用新型中主要作为通讯模块，完成上位机与AD9854的数据通讯。MCU选择ATMEL公司生产的 ATMEGA32。

要使MCU正常工作，还需外接电源电路、时钟脉冲产生电路、复位电路、存储器设置电路等必要的外部电路。

MCU 采用3.3V电压供电，外接8MHz晶振提供外部时钟，Atmega32采用上电复位设计，给复位引脚提供一个高电平，可使单片机系统复位。单片机系统的外围电路的设计如图4所示。

为使上位机软件能够通过MCU控制DDS的工作，在计算机和MCU之间建立有效的通讯是必不可少的。本装置选用美国MAXIM公司MAX232型单电源转换芯片，实现串口的通信，串口通讯接口电路如图5所示。

AD9854输出相互正交的I\/Q两路信号，为得到无线电罗盘定向灵敏度测试所需的是三路信号，还需要经过信号分流和移向等信号处理手段。假设I\/Q其中的一路作为垂直信号，则还需要借助信号选择电路将另外一路信号一分为二，作为环形天线信号，而且还要设计移相电路控制这两路信号的相位关系使其保持一定的相位关系，以满足在不同的测试点对无线电罗盘定向灵敏度的测试需求。其电路设计如图6所示。

本实用新型实施例的飞机无线电罗盘信号模拟器，通过人机接口操作单片机控制DDS芯片，产生一路垂直天线信号和两路环形天线信号，经滤波、信号选择、移相、衰减等信号处理得到供无线电罗盘检测系统使用的模拟无线电罗盘接收信号，能够实现无线电罗盘模拟信号频率、幅度的精确调节，能够保证无线电罗盘接收灵敏度和定向灵敏度。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

设计图

一种飞机无线电罗盘信号模拟器论文和设计

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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