本發(fā)明屬于飛機(jī)導(dǎo)航通信設(shè)計(jì)領(lǐng)域，涉及一種基于軟件無線電的機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法。

背景技術(shù)：

新型飛機(jī)導(dǎo)航通信系統(tǒng)由各種機(jī)載無線電設(shè)備組成，包括VOR,VHF,ILS等。由于傳統(tǒng)無線電設(shè)備的設(shè)計(jì)以硬件為核心，功能單一而且可擴(kuò)展性差，不同功能的設(shè)備需要不同的硬件設(shè)計(jì)，研發(fā)成本高昂，而且難以擴(kuò)展升級(jí)。眾多分立的導(dǎo)航通信設(shè)備，導(dǎo)致機(jī)載設(shè)備體積重量和功耗較大，并且缺乏通用性和靈活性，機(jī)載導(dǎo)航通信設(shè)備亟需一種集成化、一體化的解決方案。

基于軟件無線電技術(shù)的一體化解決方案具有易于維護(hù)升級(jí)，擴(kuò)展性，靈活性高，成本低，重量輕等一系列的特點(diǎn)。在搭建了通用化的硬件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，各種導(dǎo)航通信功能的實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)就由硬件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向了軟件設(shè)計(jì)，就由先進(jìn)電路的設(shè)計(jì)要求變成了對(duì)簡(jiǎn)潔高效算法的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提出了一種基于軟件無線電的機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)軟件處理方法，在傳統(tǒng)的儀表著陸系統(tǒng)調(diào)制度差解算方法的原理基礎(chǔ)上做出了改進(jìn)，充分結(jié)合了軟件無線電的理論和設(shè)計(jì)思想，具有簡(jiǎn)潔高效準(zhǔn)確通用的特點(diǎn)。

本發(fā)明一種基于軟件無線電的機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)軟件處理方法可采用如下的技術(shù)方案：

包括：

(1)AM解調(diào)模塊對(duì)同相分量序列X_I(n)、正交分量序列X_Q(n)兩路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到包絡(luò)信號(hào)A(n)，其處理公式為：

所述A(n)為包絡(luò)信號(hào)，包含了90Hz信號(hào)，150Hz信號(hào)，語音信號(hào)以及直流分量；

(2)將A(n)信號(hào)分成四路，一路通過90Hz濾波器，得到90Hz信號(hào)；一路通過150Hz濾波器，得到150Hz信號(hào)；一路通過300～3000Hz濾波器，得到語音信號(hào)；一路通過直流分量估計(jì)模塊得到直流分量；

設(shè)所述90Hz信號(hào)為X(n),直流分量信號(hào)為Y,150Hz信號(hào)為Z(n)；

(3)對(duì)X(n)信號(hào)和Z(n)信號(hào)進(jìn)行幅值測(cè)量，幅值測(cè)量截取信號(hào)序列的后1/10的采樣點(diǎn)進(jìn)行；

(4)對(duì)于90Hz的信號(hào)和150Hz的信號(hào)分別乘以的系數(shù)進(jìn)行幅度放大，X(n)得到對(duì)應(yīng)的幅值輸出X′，為90Hz信號(hào)幅度；Z(n)得到對(duì)應(yīng)的幅值輸出Z′，為150Hz信號(hào)的幅度；

(5)根據(jù)X′,Y,Z′，按照以下公式可以計(jì)算得到儀表著陸所需的調(diào)制度差：

DDM＝(X′-Z′)/Y，

其中DDM為儀表著陸系統(tǒng)所需的調(diào)制度差。

步驟(2)中A(n)進(jìn)入直流分量估計(jì)模塊進(jìn)行直流分量的提取的過程包括：

直流分量估計(jì)模塊首先對(duì)輸入信號(hào)A(n)進(jìn)行加窗運(yùn)算，其計(jì)算公式為：

y_i＝a_i*[1-cos(ω)]，其中，中間參數(shù)

其中n為序列A(n)的元素個(gè)數(shù)，a_i為A(n)的第i個(gè)元素，y_i為a_i對(duì)應(yīng)的加窗后的輸出；設(shè)所述y_i，i＝1,2,3...n-1所構(gòu)成的序列為Y(n)，對(duì)Y(n)進(jìn)行取均值運(yùn)算，可獲得直流分量信號(hào)Y。

步驟(2)中濾波器具體參數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)為3。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：算法簡(jiǎn)單，模塊設(shè)計(jì)具有通用性，其AM解調(diào)模塊，濾波器模塊可用于其他導(dǎo)航通信系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)，該方法對(duì)于航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)接收功能是通用的，不受航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)調(diào)制度不同的影響。該算法較傳統(tǒng)的解算方法高效，準(zhǔn)確度高。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的模塊組成示意圖。

圖2是本發(fā)明的調(diào)制度解算模塊框圖。

圖3是調(diào)制度差解算模塊內(nèi)部的直流分量估計(jì)部分的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明，一種基于軟件無線電的機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)軟件處理方法，是在通用軟件無線電硬件平臺(tái)上，采用可重用、模塊化設(shè)計(jì)的思想設(shè)計(jì)的用于機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)航向和下滑信標(biāo)功能的數(shù)據(jù)處理方法。該方法施基于圖1的裝置，步驟如下：

(1)AM解調(diào)模塊對(duì)同相分量序列X_I(n)、正交分量序列X_Q(n)兩路數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行處理，得到包絡(luò)信號(hào)A(n)，其處理公式為：

所述A(n)為包絡(luò)信號(hào)，包含了90Hz信號(hào)，150Hz信號(hào)，語音信號(hào)以及直流分量；

(2)將A(n)信號(hào)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(jì)模塊進(jìn)行處理；

濾波器模塊的設(shè)計(jì)基于以下考慮：系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的相位并不敏感，可采用無限沖擊響應(yīng)濾波器,即I IR數(shù)字濾波器，可利用成熟的模擬濾波器設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，該方法中采用巴特沃斯濾波器，制作成通用的軟件模塊，其階數(shù)和頻率參數(shù)可調(diào)；經(jīng)過理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，本方法采用的一組測(cè)試效果良好的具體參數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)為3；

巴特沃斯濾波器設(shè)計(jì)方法成熟，以上濾波器設(shè)計(jì)時(shí)可采用Matlab等軟件進(jìn)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(hào)，150Hz信號(hào)，另外，語音信號(hào)為航向信標(biāo)系統(tǒng)所需，濾波后后作為數(shù)字語音信號(hào)輸出，后續(xù)所述算法不在涉及。設(shè)所述90Hz信號(hào)為X(n),直流分量幅值為Y,150Hz信號(hào)為Z(n)；

(3)如圖2所示，對(duì)X(n)信號(hào)和Z(n)信號(hào)進(jìn)行了幅值測(cè)量，幅值測(cè)量截取信號(hào)序列的后1/10的采樣點(diǎn)進(jìn)行，這樣可以有效避免信號(hào)通過濾波器所造成的幅度衰減所造成的誤差，試驗(yàn)室中可采用0.1s-1s的采樣時(shí)長(zhǎng)；

(4)為了彌補(bǔ)在濾波中產(chǎn)生的幅度損失，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。在第(2)步的濾波器設(shè)計(jì)中，我們將前兩個(gè)濾波器的通帶截止頻率設(shè)為了90Hz和150Hz，這樣90Hz和150Hz信號(hào)的幅度衰減均為3dB，即幅度衰減為原來的倍，因此，對(duì)于90Hz的信號(hào)和150Hz的信號(hào)分別乘以的系數(shù)進(jìn)行幅度放大，以保證幅度沒有衰減。由此，X(n)得到對(duì)應(yīng)的幅值輸出X′，為90Hz信號(hào)幅度；Z(n)得到對(duì)應(yīng)的幅值輸出Z′，為150Hz信號(hào)的幅度。

(5)A(n)進(jìn)入直流分量估計(jì)模塊進(jìn)行直流分量的提取的過程如圖3所示，直流分量估計(jì)模塊首先對(duì)輸入信號(hào)A(n)進(jìn)行加窗運(yùn)算，其計(jì)算公式為：

y_i＝a_i*[1-cos(ω)]，其中，中間參數(shù)

其中n為序列A(n)的元素個(gè)數(shù)，a_i為A(n)的第i個(gè)元素，y_i為a_i對(duì)應(yīng)的加窗后的輸出。

接下來對(duì)信號(hào)進(jìn)行取均值運(yùn)算，可獲得直流分量輸出Y。

其中DDM為儀表著陸系統(tǒng)所需的調(diào)制度差。

該方法對(duì)于航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)接收功能是通用的，不受航向信標(biāo)和下滑信標(biāo)調(diào)制度不同的影響。

一種基于軟件無線電的機(jī)載儀表著陸系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法，建立在以開放性的硬件通用平臺(tái)基礎(chǔ)上，采用用面向?qū)ο蟮乃枷?，?gòu)建可重用的，模塊化的軟件模塊，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)潔、高效準(zhǔn)確的計(jì)算。

將所述方法進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證，得到的調(diào)制度差數(shù)據(jù)的絕對(duì)誤差，不超過0.000004DDM；

將所述方法署在軟件無線電硬件平臺(tái)上進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的雙機(jī)天線收發(fā)驗(yàn)證，調(diào)制度差絕對(duì)誤差未超過0.001DDM。