一种组合式可程控无线电信标模拟器

技术领域

本发明涉及仪器仪表技术领域，具体为一种组合式可程控无线电信标模拟器。

背景技术

由于目前市场上通用仪器无法构建专用的无线电信标模拟器功能，一般都需要专门研制，从传统的信标模拟器形态来看，早期对单台设备的模拟器进行专用研制，也采用了台式仪器的形态。虽然台式仪器的模拟器相对而言性能更高一些，但是由于采用传统台式仪器体积较大，设备整体较重。此外由于台式仪器架构封闭，内部模块多为定制模块，没有通用性，软件主要为嵌入式软件，维护调试只能由定制厂家负责，维护难度大，扩展性很差，造成维护升级费用很高，所以需要研究设计出一种开放式、模块组合型的软件可编程的无线电信标模拟器设备。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种组合式可程控无线电信标模拟器。其目的在于，针对台式和专用无线电信标模拟器的使用和维护问题，本发明拟采用组合集成方式，针对射频微波仪器提出的一种可重构的，模块化的硬件和软件测试方案，通过模块化组合将传统射频微波仪器中的相同硬件和软件部分模块化，结合通用仪器的总线技术，采用PXI背板插卡式仪器架构，用一组优化的标准功能模块组合，通过软件开发控制实现无线电信标模拟器的功能。为无线电信标的机载设备提供相对于地面台的磁方位角信息，保证近程导航系统和测角系统正常工作，引导飞机沿着预定航线飞行，保障飞机沿航道安全飞行行驶。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种组合式可程控无线电信标模拟器，包括PXI机箱及控制器，还包括：

高速基带模块，由双通道1.25GS/s、16bitDA电路构成，有两路DA输出，能够同时完成IQ基带源输出；

L波段双通道上变频模块，采用PXI总线与PXI机箱及控制器连接，用于对从高速基带模块输出的基带信号进行先调制变频再经过滤波及放大衰减后输出；

射频开关网络，用于完成多种模拟信号的切换，使得模拟器能够复用输出端口；

双通道调理板卡，分别与L波段双通道上变频模块、射频开关网络连接，用于对变频后的信号进行放大、衰减以及完成对杂散干扰信号的滤除。

优选的，高速基带板卡包括通过PXI总线与PXI机箱连接的FPGA数字信号处理单元、与FPGA数字信号处理单元连接的时钟单元、与电源单元、FPGA数字信号处理单元以及时钟单元连接的内存单元、与FPGA数字信号处理单元及时钟单元连接的DA转换单元、与DA转换单元连接的信号调理单元，信号调理单元与L波段双通道上变频模块以用于基带信号输出。

优选的，L波段双通道上变频模块包括与信号调理单元连接以对基带信号输入进行转换的转换电路、与转换电路连接的两组调制电路、与两组调制电路连接的开关，两组调制电路均包括与转换电路连接的IQ调制器、与开关连接的放大衰减信号调理模块，其中一组调制电路中还设有开关滤波器网络。

优选的，带有开关滤波器网络的调制电路对应100MHz-2GHz信号的调制变频、滤波及放大衰减；另一组调制电路对应150KHz-100MHz信号的调制变频、滤波及放大衰减，两组调制电路通过开关合路后统一输出50KHz-2GHz信号。

优选的，L波段双通道上变频模块还包括用于参考信号输入的DDS、与DDS连接的参考信号处理单元，所述参考信号处理单元用于将经过处理后的参考信号传输至两个IQ调制器上。

优选的，射频开关网络包括依次连接的双通道SP2T开关模块、双通道SP6T开关模块，所述双通道SP2T开关模块、双通道SP6T开关模块分别与双通道调理板卡连接。

优选的，双通道调理板卡包括分别与L波段双通道上变频模块、双通道SP2T开关模块连接的信号调理模块、与双通道SP6T开关模块连接的滤波模块。

本发明的有益效果是：

1、本发明模块化集成设计，利用上位机编程控制，实现模拟信号的在线调试。

2、便于模拟设备的维护，通过软件自检和模块更换满足设备的快速修复。

3、采用计算机控制技术，方便模拟器的扩展和功能升级。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1为本发明的总体结构组成示意图；

图2为本发明中高速基带板卡的结构组成示意图；

图3为本发明中L波段双通道上变频板卡的结构组成示意图；

图4为本发明中射频开关网络与双通道调理板卡的组合结构框图；

图5为本发明的工作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。

如图1至图5所示，一种组合式可程控无线电信标模拟器，该模拟器为PXI/3U标准接口形式的模块化仪器，需要同PXI机箱、控制器等配合使用，总体组成框图如图1所示，主要包括8槽PXI机箱及控制器、高速基带模块、L波段双通道上变频模块、射频开关网络、双通道信号调理板卡。

其中，如图2所示，所述高速基带模块由双通道1.25GS/s,16bitDA电路构成。主要由FPGA数字信号处理单元、信号调理单元、内存单元、时钟单元以及DA转换单元等构成。所述FPGA数字信号处理单元通过PXI总线与PXI机箱连接，所述内存单元分别与FPGA数字信号处理单元、电源单元连接，所述时钟单元分别与FPGA数字信号处理单元、内存单元、DA转换单元连接，所述信号调理单元与DA转换单元连接。所述高速基带模块共有两路DA输出，通过两路DA可同时完成IQ基带源输出。基带信号发生器的核心单元有两个，分别是FPGA单元和电源单元。由于DA采样率和FPGA的处理速度足够高，可以保证各类矢量信号的带宽。而选用DA的分辨率为16bit，因此足够矢量信号调制的精度。

如图3所示，所述L波段双通道上变频模块采用PXI总线接口与机箱控制器连接，所述L波段双通道上变频模块与信号调理单元连接以对基带信号输入进行转换的转换电路、用于参考信号输入的DDS、与转换电路连接的两组调制电路、与DDS连接的参考信号处理单元、与两组调制电路连接的开关。两组调制电路均包括与转换电路连接的IQ调制器，与开关连接的放大衰减信号调理模块，放大衰减信号调理模块与IQ调制器连接，开关与双通道信号调理板卡连接。

其中一组调制电路中还设有开关滤波器网络。带有开关滤波器网络的调制电路对应100MHz-2GHz信号的调制变频、滤波及放大衰减；另一组调制电路对应150KHz-100MHz信号的调制变频、滤波及放大衰减。

所述L波段双通道上变频模块的工作流程为：外部输入的参考信号进入DDS，DDS输出高精度参考信号驱动锁相环工作，得到高步进宽带频率源，经过放大衰减处理到调制的驱动功率，为调制器提供本振载波信号。基带信号输入形式为IQ单端信号信号，在模块内部进行双路单端转差分以及功分转换，得到2路IQ信号。当上变频模块输出100MHz-2GHz信号时，基带信号直接通入IQ调制器，进行IQ调制后输出，经过开关滤波器网络，对IQ调制器低频段调制产生的大量谐波进行分段滤波处理，随后经过放大衰减信号调理模块进入到开关内；

当上变频模块输出150KHz-100MHz信号时，基带信号直接通入IQ调制器，进行IQ调制后输出，直接经过放大衰减信号调理模块进入到开关内。

100MHz-2GHz信号与150KHz-100MHz信号在通过开关合路统一输出150KHz-2GHz信号输出。

如图4所示，为射频开关网络和双通道信号调理板卡组合框图，所述射频开关网络和双通道信号调理板卡主要针对变频后的模拟器信号进行进一步处理以达到模拟器的测试需求。包括信号调理模块、双通道SP2T开关模块、双通道SP6T开关模块、滤波模块等四种模块。其中，信号调理模块与滤波模块组成双通道信号调理板卡，双通道SP2T开关模块、双通道SP6T开关模块组成射频开关网络。所述信号调理模块用于对变频后的信号进行放大、衰减，以提高信号输出的动态范围；所述滤波模块用于对杂散干扰信号的滤除，以提高信噪比，提升测试性能；所述双通道SP2T开关模块、双通道SP6T开关模块用于对多种模拟信号的切换，使得模拟器能够复用输出端口，降低整机的物理尺寸，提升接口复用效率。

本发明的使用流程及工作原理：

使用时，由控制器负责显示、模块控制和信号仿真与数据的上传下载，如图5所示。高速基带模块内部的FPGA分别对各自DA进行控制完成所需基带信号波形的产生，经过信号调理单元进行功率调节后从高速基带模块分别输出基带信号，随后送入L波段双通道上变频模块，在L波段双通道上变频模块内部完成IQ上变频处理得到所需要的射频信号，在滤波单元以及信号调理单元进行一定的滤波和功率处理后分别发射，联合完成模拟地面信标台信号的发送，实现信标台信号的模拟功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。