李朝陽，張?zhí)靷ィ嵵韭?/p>

(1.西北工業(yè)大學 航空學院，西安 710072；2.中國航空研究院六一三研究所，河南 洛陽 471009)

軟件化塔康信標模擬系統(tǒng)的設(shè)計

李朝陽1，張?zhí)靷?，鄭志聰2

(1.西北工業(yè)大學 航空學院，西安 710072；2.中國航空研究院六一三研究所，河南 洛陽 471009)

針對塔康導航系統(tǒng)的測試需求，結(jié)合軟件無線電技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了塔康信號模擬系統(tǒng)；首先介紹了塔康導航臺導航的原理，包括：測向原理和測距原理；接著，根據(jù)塔康導航臺信號的特點，給出信號模擬系統(tǒng)的需求分析；在需求分析的基礎(chǔ)上，完成了信號模擬系統(tǒng)的總體方案設(shè)計、硬件結(jié)構(gòu)組成及軟件的模塊化設(shè)計；然后，根據(jù)塔康信號模擬系統(tǒng)信號的模塊化設(shè)計，對各個模擬信號模塊進行詳細設(shè)計，并在GNU Radio上編程實現(xiàn)；最后，搭建了信號模擬系統(tǒng)測試試驗平臺，在平臺上完成了模擬系統(tǒng)各個信號模塊的測試驗證，并對塔康信號模擬系統(tǒng)進行了功能試驗驗證。

軟件無線電；塔康；信號模擬；測向

0 引言

我國大飛機工程項目的大型運輸機在幾年內(nèi)將要投入批量生產(chǎn)，為保證裝機的CNS設(shè)備狀況完好，需要提供先進、完善的技術(shù)手段，在實驗室對于大型運輸機單個機載通信和導航設(shè)備進行裝機前的全面檢測。在總裝生產(chǎn)線上對所安裝的CNS系統(tǒng)進行系統(tǒng)級在線測試，以保證系統(tǒng)在飛機上運行正常[1]。塔康是現(xiàn)代飛機CNS系統(tǒng)中重要的一部分，主要完成測距、測向以及信標臺識別的功能。塔康機載設(shè)備的測試需要相應塔康信標模擬器的支持，模擬信標的設(shè)計采用較多的是結(jié)合硬件的方式。但隨著“綜合航電”概念的提出，航電測試系統(tǒng)的對象由原來的單一航電系統(tǒng)變?yōu)榫C合航電多系統(tǒng)。針對單一航電系統(tǒng)的測試設(shè)備，就難以滿足綜合航電多系統(tǒng)的測試需求。常規(guī)的航電設(shè)備測試[2-4]往往需要多個真實機載設(shè)備和模擬地面臺來提供測試信號，通常采用手工操作，自動化程度較低。如通信系統(tǒng)的互通測試需要兩個電臺的配合，無線電導航設(shè)備的完整測試也需要根據(jù)導航設(shè)備的不同，采用不同的模擬地面臺提供無線電信號激勵等。這些測試方式，效率較低，成本較高，需要真實機載設(shè)備也限制了測試系統(tǒng)的應用，對于先進的大型運輸機和其它軍民用飛機而言其方法和技術(shù)已明顯落后，因此，需要研究解決不需要真實機載設(shè)備，并應用綜合地面臺，通過軟件控制來產(chǎn)生無線電信號的方法和技術(shù)。軟件無線電技術(shù)是解決這一問題的有效手段。

軟件無線電技術(shù)是近年來在無線電電子領(lǐng)域發(fā)展十分迅速的一個研究方向[5-6]。采用軟件無線電技術(shù)的模擬航電測試工作過程中的無線電信號其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：①各類CNS系統(tǒng)的信號模擬可以共用相同的硬件平臺，可以降低系統(tǒng)成本。②信號模擬系統(tǒng)的軟件可劃分為公共模塊和專用模塊，而公共模塊也是CNS各設(shè)備信號模擬可以共用的，降低了新系統(tǒng)的開發(fā)難度和成本。③這種采用軟件無線電技術(shù)的機載通信、導航系統(tǒng)無線電信號模擬是可用軟件控制和再定義的。將具有很強的靈活性，可以通過增加軟件模塊，很容易增加新的功能。④信號模擬系統(tǒng)將同時具有較強的開放性，由于采用了標準化、模塊化的結(jié)構(gòu)，其硬件可以隨著器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴展，軟件也可以隨需要而不斷升級。采用軟件無線電技術(shù)構(gòu)造的機載通信、導航系統(tǒng)無線電信號信號模擬系統(tǒng)包括一個具有開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將各種功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、數(shù)據(jù)通信信號編、解碼，測距信號編、解碼，角度、方位信號測量算法，波束形成算法等用軟件來完成，是一種具有高度靈活性、開放性的新一代無線電系統(tǒng)[7-8]。

文章針對飛機塔康導航的測試系統(tǒng)設(shè)計，結(jié)合軟件無線電技術(shù)，將塔康系統(tǒng)的模擬信標軟件化實現(xiàn)，同時搭載了一個具有射頻前端功能的通用硬件平臺，實現(xiàn)了對塔康地面信標臺信號的模擬，從而保證在機載導航系統(tǒng)設(shè)備裝機之前，實現(xiàn)了對飛機導航系統(tǒng)功能的測試與驗證，增加了飛機飛行的可靠性與安全性[9-10]。同時，為解決飛機航電在綜合測試和總裝在線測試中無線電信號的模擬問題奠定了一定基礎(chǔ)。

1 塔康導航臺導航原理

1.1 測向原理

塔康系統(tǒng)測向是通過信標臺天線輻射特定的方位信號(包括基準信號和包絡(luò)調(diào)制信號)，機載設(shè)備接收此信號后經(jīng)過信號處理，解算出對應的方位，并予以顯示[11]。塔康方位包絡(luò)信號是由15 Hz主包絡(luò)和135 Hz輔包絡(luò)調(diào)制產(chǎn)生的，用來提供粗、精方位信息。將兩種測量方式結(jié)合起來，設(shè)機載接收15 Hz信號對應相位為φ15，135 Hz信號對應相位為φ135，根據(jù)公式：

(1)

式中：?」表示向下取整，φ15為15 Hz信號對應相位，φ135為135 Hz信號對應相位。這樣可以得到精度較高的相位信息φ。

1.2 測距原理

塔康系統(tǒng)的測距采用的是詢問/問答式脈沖測距技術(shù)，這與測距機系統(tǒng)原理完全相同，通過測量機載設(shè)備發(fā)射和接收脈沖信號的時差而獲得飛機到地面臺的距離[12-13]。由距離計算模塊根據(jù)詢問脈沖與應答脈沖之間的時間延時t，計算出飛機到測距信標臺之間的直線距離。即：

(2)

式中：t為機載測距機發(fā)射和接收信號之間的時間間隔；t0為地面應答機的固定延時(一般為50 μs)；c為光速，c=3×108m/s。

2 基于軟件無線電的塔康模擬系統(tǒng)設(shè)計

2.1 功能需求分析

塔康信號模擬系統(tǒng)基本的任務就是模擬產(chǎn)生塔康導航信號。結(jié)合《GJB 914-90》[14]對塔康地面信號的要求，對塔康信號模擬系統(tǒng)進行功能分析如下：

1)射頻載波頻率在960 MHz～1215 MHz范圍內(nèi)可調(diào)，發(fā)射功率是100 mW～200 mW。在頻段內(nèi)可以控制選擇X波道和Y波道兩種模式。

2)產(chǎn)生鐘形脈沖，上升時間為2.0±0.25 us，下降時間為2.5±0.5 us，脈沖寬度是3.5±0.5 us；產(chǎn)生鐘形脈沖對，X波道脈沖間隔為12±0.10 us，Y波道脈沖間隔30±0.10 us。

3)產(chǎn)生隨機填充脈沖對，重復頻率可調(diào)(50～2 700對/秒)。

4)塔康模擬距離，輸入模擬距離的變化步長，系統(tǒng)會可以自動模擬距離的變化；塔康模擬方位，輸入模擬方位角的變化步長，系統(tǒng)會自動模擬方位角的變化。

5)產(chǎn)生15±0.03 Hz和135±0.27 Hz方位包絡(luò)信號，調(diào)制度均應在10%～30%范圍內(nèi)可調(diào)，兩者之和不應大于55%。

6)當工作于測距模式時，能夠?qū)C載設(shè)備發(fā)出的詢問信號進行應答，以供機載設(shè)備進行距離解算。

2.2 塔康信號模擬系統(tǒng)總體設(shè)計

結(jié)合軟件無線電硬件架構(gòu)體系的研究，選擇基于計算機和網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu)的軟件無線電體系架構(gòu)，搭建塔康信號模擬系統(tǒng)，系統(tǒng)的設(shè)計方案見圖1所示。系統(tǒng)的硬件部分完成的工作包括：接口模塊對網(wǎng)口數(shù)據(jù)的處理；A/D模塊、D/A模塊完成信號的模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換；射頻模塊完成信號的模擬上/下變頻及功率放大功能；信號預處理模塊完成包括數(shù)字上/下變頻、濾波、速率轉(zhuǎn)換等功能。軟件部分主要是在處理機上實現(xiàn)功能軟件，完成系統(tǒng)信號的處理和產(chǎn)生，形成信號流。

圖1 塔康信號模擬系統(tǒng)設(shè)計方案

2.3 硬件部分設(shè)計

在詳細分析塔康地面導航臺信號特征和相應測試需求的基礎(chǔ)上，采用軟件無線電技術(shù)，給出信號模擬系統(tǒng)硬件總體方案。硬件功能劃分為接口模塊、信號預處理模塊、模擬變頻模塊、A/D模塊、D/A模塊、功率放大模塊、模擬濾波模塊、天線。按照信號流的方向，相應地給出系統(tǒng)硬件的設(shè)計流程圖，見圖2。

圖2 系統(tǒng)硬件設(shè)計流程圖

根據(jù)系統(tǒng)的硬件模塊需求分析和軟件無線電技術(shù)對硬件平臺的要求：需要一個標準化、模塊化、小型化、數(shù)字信號處理部分必須能夠處理大量的數(shù)據(jù)的通用硬件平臺。決定采用了Ettus公司生產(chǎn)的軟件無線電外設(shè)USRP N210系列的產(chǎn)品來做為硬件平臺[15-17]，配置全雙工的收發(fā)子板：WBX子板。

2.4 軟件部分設(shè)計

軟件采用結(jié)構(gòu)化和模塊化的思想進行設(shè)計。塔康地面導航臺的功能主要為發(fā)射測向信號和測距應答信號。其中測向功能模塊主要包括正弦波產(chǎn)生模塊、高斯脈沖產(chǎn)生模塊，主基準脈沖群編碼模塊，輔基準脈沖群編碼模塊、識別信號脈沖對模塊、均衡脈沖編碼模塊、圖形顯示模塊、參數(shù)控制模塊、波道控制模塊等；而測距模塊包括正弦波產(chǎn)生模塊、隨機脈沖產(chǎn)生模塊、等間隔脈沖對產(chǎn)生模塊、Morse碼產(chǎn)生模塊、脈沖識別應答模塊、參數(shù)設(shè)置模塊、波道控制模塊、圖形顯示模塊等。

根據(jù)以上對測向信號和測距信號軟件功能模塊的介紹，可以發(fā)現(xiàn)有些功能軟件模塊在測向和測距軟件模塊中都有出現(xiàn)，實現(xiàn)的功能基本相同，只是在參數(shù)的設(shè)置上存在差別。因此，可以將一些功能相同的模塊進行綜合，作為公共模塊調(diào)用，下面給出塔康地面導航臺信號模擬系統(tǒng)軟件功能模塊圖，測向功能模塊和測距功能模塊具體劃分如圖3所示。

圖3 塔康地面導航臺信號模擬系統(tǒng)軟件模塊組成

塔康地面導航臺信號主要分為測向信號和測距信號。這兩種功能信號最終都是對射頻載波進行幅度調(diào)制，然后以射頻脈沖群的形式發(fā)射出去。

測向信號是由方位包絡(luò)信號對調(diào)制好的基準脈沖群進行幅度調(diào)制得到的，軟件中方位信號詳細的設(shè)計流程如圖4所示。

圖4 方位信號設(shè)計流程圖

塔康地面臺測距包括對機載詢問信號的判斷和應答信號的延時發(fā)射兩部分。在發(fā)射應答信號的同時，也發(fā)射本臺識別碼信號。在對測距信號的軟件模塊劃分的基礎(chǔ)上，給出軟件設(shè)計流程圖，如圖5所示。

圖5 測距信號軟件總體設(shè)計

3 模擬信標軟件化詳細設(shè)計

系統(tǒng)軟件設(shè)計采用ubuntu系統(tǒng)下的gnuradio-companion軟件(簡稱grc軟件)，grc軟件是一種基于GNU Radio平臺的開放性軟件。

3.1 方位包絡(luò)信號的設(shè)計

塔康方位包絡(luò)信號是由15 Hz主包絡(luò)和135 Hz輔包絡(luò)調(diào)制產(chǎn)生的，這兩個包絡(luò)都由正弦波產(chǎn)生模塊產(chǎn)生，對信號各自進行調(diào)制度設(shè)定后，將兩個包絡(luò)信號相加即產(chǎn)生塔康方位包絡(luò)信號。由于選用的是無方向形天線發(fā)射，所以采用設(shè)定方位包絡(luò)信號相位來實現(xiàn)方位信息的發(fā)射。采取對產(chǎn)生的信號做延時處理來達到設(shè)定相位的目的。 給出相應的程序設(shè)計流程圖，如圖6。

圖6 方位包絡(luò)信號設(shè)計流程圖

3.2 主、輔基準脈沖群的編碼設(shè)計

基準脈沖群為機載設(shè)備接收解算方位信息提供參考。首先產(chǎn)生高斯脈沖，由于GNU Radio軟件中的信號源類里沒有產(chǎn)生脈沖的信號源模塊，但是其中矢量模塊可以可以產(chǎn)生幅值為1，持續(xù)時間確定的矩形波。采用升余弦FIR濾波器對矢量源信號進行整形濾波的方案來產(chǎn)生鐘形高斯脈沖[18-19]。雖然相同的基準脈沖群在不同波道中的編碼要求不同，相同波道的中不同基準脈沖群的編碼要求也不同，但是整體編碼流程類似，統(tǒng)一給出基準脈沖群的編碼流程，如圖見圖7。圖7中，N為相應基準脈沖群所包含的脈沖(對)數(shù)量，t為響應基準脈沖群要求的脈沖(對)之間的時間間隔。

圖7 主/輔基準脈沖群編碼的設(shè)計流程圖

基準脈沖群的產(chǎn)生可以理解為主、輔基準脈沖群在保持時間上同步的前提下相加得到。對于基準脈沖群的產(chǎn)生給出設(shè)計流程圖，如圖8。圖8中N=9；t=1/15s，t是脈沖群時間間隔。

圖8 主輔基準脈沖群設(shè)計流程圖

3.3 識別與均衡信號的編碼設(shè)計

識別信號由脈沖間隔對X波道為12±0.1 μs,對Y波道為30±0.1 μs。其脈沖對重復率為1 350對/s，在時間上與主、輔基準脈沖群同步。為了在發(fā)射識別信號期間穩(wěn)定發(fā)射機的恒定工作比，并減小系統(tǒng)的方位誤差，在每個識別脈沖對定時點之后100±10 μs發(fā)射一對編碼特性相同均衡脈沖對。識別信號脈沖組群的編碼方式參考基準脈沖群編碼，流程圖及程序這里就不再復述。

3.4 譯碼、編碼模塊的設(shè)計

塔康信號模擬系統(tǒng)在接收到機載詢問信號后，會對詢問信號進行識別，判斷該信號是有效的詢問信號后，經(jīng)過固定延時進而產(chǎn)生相應的應答信號。譯碼、編碼模塊設(shè)計流程圖如圖9所示。軟件采用“觸發(fā)”機制對詢問信號進行處理，當詢問信號強度滿足設(shè)定值時，每個脈沖在檢測時都會相應產(chǎn)生一個與矢量源模塊輸出數(shù)據(jù)類型一致的序列數(shù)“1”；當詢問信號強度較弱時，則輸出為“0”。將所有脈沖用等幅的序列數(shù)“1”表示，歸一化了脈沖檢測輸出。在這個基礎(chǔ)上，對檢測輸出的序列數(shù)進行整形編碼，整形編碼的方法與基準脈沖群的產(chǎn)生方法一樣。

圖9 譯碼、編碼模塊流程圖

3.5 隨機脈沖對的設(shè)計

當無詢問脈沖時，每秒應發(fā)射2 700±90對隨機脈沖對，每秒發(fā)射的次數(shù)隨著詢問脈沖數(shù)的增加而相應的減少。這里采用隨機源結(jié)合重復模塊，再與周期產(chǎn)生的脈沖對乘積的方法來得到隨機脈沖對，通過控制隨機產(chǎn)生脈沖個數(shù)來達到控制隨機脈沖對的數(shù)量。隨機脈沖對設(shè)計流程圖，如圖10。

圖10 隨機脈沖對設(shè)計流程圖

4 各信號模塊實驗和結(jié)果分析

實驗平臺是由設(shè)計的塔康信號模擬系統(tǒng)與測試設(shè)備組成，如圖11所示。塔康信號模擬系統(tǒng)由PC機和軟件無線電設(shè)備USRP N210以及各自的專用線纜等組成。信號模擬系統(tǒng)的測試驗證實驗主要借助示波器、數(shù)字信號發(fā)生器等設(shè)備來完成。

圖11 實驗平臺構(gòu)成

4.1 方位包絡(luò)信號的測試分析

塔康方位包絡(luò)信號測試主要參數(shù)為頻率和調(diào)制度。通過波形可以測出大包絡(luò)的周期為66.6 ms，基本與15 Hz的周期一致，從波形上也可以得到大包絡(luò)與小包絡(luò)周期9倍的關(guān)系，從而驗證135 Hz信號。方位包絡(luò)信號的周期這一參數(shù)基本驗證發(fā)射的符合要求。圖12為方位包絡(luò)信號的測試波形圖。

圖12 示波器方位包絡(luò)信號的波形

4.2 脈沖波形的測試分析

塔康要求的鐘形脈沖上升時間為2.0±0.25 us，下降時間為2.5±0.5 us，脈沖寬度是3.5±0.5 us，經(jīng)示波器接收的高斯脈沖波形如圖13，符合塔康信號要求。

圖13 示波器接收的X波道高斯脈沖對波形

4.3 主輔基準脈沖群測試分析

塔康信號基準脈沖群在X波道的編碼示意圖14所示。示波器接收到的基準脈沖群如圖15所示，脈沖個數(shù)、脈沖間隔以及脈沖對間隔都符合信號的要求。

圖14 基準脈沖群在X波道的編碼示意圖

圖15 示波器顯示的基準脈沖群的波形

4.4 識別編碼的測試分析

這一部分包括識別信號和均衡信號兩個信號，對這兩個信號的發(fā)射后的測試結(jié)果如下圖16所示，從(a)圖中可以看出脈沖間隔為12 μs，符合X波道脈沖編碼。(b)圖可以讀出脈沖對間隔為100 μs，符合均衡脈沖對在識別脈沖對的第一個脈沖發(fā)射后100 μs出現(xiàn)的要求。

圖16 示波器顯示的識別編碼脈沖對波形

4.5 隨機脈沖對的測試分析

隨機脈沖對，顧名思義就是產(chǎn)生時間不定。為了使波形顯示清晰，易于觀察，以下給出兩次發(fā)射產(chǎn)生的隨機脈沖對的部分示波器接收波形，如圖17。

圖17 示波器顯示的兩次發(fā)射的隨機脈沖波形

5 系統(tǒng)功能的實驗驗證

5.1 實驗方案的設(shè)計

本次試驗從測向測試和延遲應答測試兩部分實驗驗證信號模擬系統(tǒng)的測向、測距功能，實驗方案如下：

5.1.1 測向功能測試方案

本實驗對這兩個頻率包絡(luò)信號以及各自對應的基準脈沖群分兩次發(fā)射，發(fā)射前的調(diào)制方式改為基準脈沖群與包絡(luò)信號相加。發(fā)射時方位角信息一致。這樣通過示波器測量并計算基準脈沖群與包絡(luò)信號的重疊點處的角度就能分析計算出方位角，并與設(shè)定信息比照。如果計算結(jié)果與設(shè)定值變化趨勢一致，就基本達到實驗驗證的目的。具體的解算過程為：設(shè)程序中設(shè)定的方位角為φ，接收解算出15 Hz信號的方位角為φ15，135 Hz信號的方位角為φ135。15 Hz信號一個周期對應平面空間360°，現(xiàn)將360°方位劃分為每40°一個區(qū)間，共九個區(qū)間，區(qū)間與方位角的對應關(guān)系如表1所示粗測部分確定方位角在哪個方位區(qū)間內(nèi)，精測部分精確測量，二者結(jié)合得出最終方位角。對于精測方位角解算，首先確定基準脈沖群與包絡(luò)信號交疊處包絡(luò)斜率符號，然后測量交疊處幅值大小，反正弦算出對應的角度，對應表信息，確定精測方位角。將粗測方位角和精測方位角代入式(1)中，即可得到最終方位角。

表1 區(qū)間與方位角的對應關(guān)系表區(qū)間號角度范圍

5.1.2 延遲應答測試方案

本程序在接收到詢問信號后會設(shè)定模擬距離，也就是設(shè)定一定的延時，最終將詢問信號與應答信號一起發(fā)射出去，以便于示波器測量二者之間的時差。限于實驗條件，詢問信號由軟件仿真產(chǎn)生。示波器接收測量延遲時間，然后代入式(2)，就可以解算出距離。

5.2 實驗測試

5.2.1 測向功能測試

利用示波器對方位信號的角度信息進行驗證。從15 Hz包絡(luò)與主基準波形圖可以得到方位角位于第三區(qū)間，即在80°～120°之間，從135 Hz包絡(luò)與輔基準波形圖測出精測角度后除以9，再與80°相加即可得到方位角的測量值。如圖18所示，為方位角設(shè)定為110°時示波器接收波形圖。

圖18 方位角設(shè)定為110°時示波器接收波形圖

根據(jù)解算方法，對每一個區(qū)間都取一個角度，各進行100次等時間間隔測試，分別解算并求平均值，最后給出誤差絕對值。并繪制誤差絕對值表，如表2所示。

表2 方位角誤差絕對值表

5.2.2 距離應答延遲測試

根據(jù)實驗方案，利用示波器對發(fā)射信號距離應答延遲進行驗證。本實驗以延遲的時間來代表距離。首先對以脈沖對為仿真詢問信號模擬延時100 μs進行測試。 X波道下，地面臺從識別詢問脈沖到產(chǎn)生應答脈沖。固定延時為50 μs，加上代表距離的時間延遲100 μs，從識別詢問脈沖到產(chǎn)生應答脈沖之間時間差應該為150 μs，波形圖如圖19。

圖19 示波器顯示的模擬延時100 us發(fā)射的波形圖

塔康測距范圍從幾十千米到幾百千米，取5個距離對應時間延遲進行測試，對每個延遲量分別測試100次，并求平均值，最后給出誤差絕對值。繪制平均誤差絕對值表，如表3所示。

根據(jù)以上測試結(jié)果，可以看出，距離應答延遲誤差較小，與設(shè)定值相差不大，并且誤差變化隨著示波器分辨率降低而增大，主要是觀測誤差。而方位角測量結(jié)果與設(shè)定值偏差略大。對系統(tǒng)以及整個實驗過程進行分析，得出造成方位角測量較大誤差的原因主要有以下幾點：

表3 應答延遲誤差絕對值表

1)人為因素。本實驗的測試設(shè)備主要為示波器。整個操作過程，尤其是測量幅值的過程中，波形放大后觀察判斷數(shù)據(jù)難以做到準確判斷。這是造成測試結(jié)果存在誤差的一個主要原因。

2)硬件因素。本系統(tǒng)基帶信號的產(chǎn)生和調(diào)制都是由軟件設(shè)計完成的，調(diào)制好的數(shù)字信號在經(jīng)過數(shù)/模轉(zhuǎn)換之后，會有低通濾波器對模擬信號低通濾波，低通濾波器的相位特性決定了輸出信號的相位特性，這一過程可能會對方位信號的相位造成一定的延遲。

3)程序原因。本系統(tǒng)脈沖的產(chǎn)生與編碼都是軟件完成的。GNU Radio軟件中脈沖的生成是對矩形脈沖整形濾波得到的。主、輔基準脈沖群的調(diào)制在vector source中是以采樣點的形式進行的，主、輔基準脈沖群在周期上不是絕對的9倍關(guān)系，隨著發(fā)射時間的延長，誤差會逐漸累積，這也是造成誤差的原因之一。但是根據(jù)對示波器接收波形的較長時間觀察，基準脈沖群與方位包絡(luò)信號相位關(guān)系基本相對不變，所以這個因素影響應該不是很大。

綜上所述，對信號模塊的測試，驗證了信號參數(shù)及編碼符合塔康導航信號國軍標要求。雖然方位測試有略大的誤差，但基本在預期之內(nèi)，實驗過程及結(jié)果基本驗證系統(tǒng)的功能。

6 結(jié)束語

論文采用軟件無線電思想設(shè)計實現(xiàn)了塔康系統(tǒng)地面臺的信號模擬系統(tǒng)，通過實驗驗證了信號模擬系統(tǒng)設(shè)計的正確性。既滿足了飛機對塔康信號的測試要求，也符合軟件無線電技術(shù)思想，為塔康系統(tǒng)的測試提供了一種新的平臺，為塔康系統(tǒng)設(shè)備驗收及在生命周期中正常工作提供了重要的保障手段。也為解決飛機航電設(shè)備在綜合測試和總裝在線測試中無線電信號的模擬問題奠定了一定基礎(chǔ)；同時，這種基于軟件無線電技術(shù)構(gòu)建的信號模擬系統(tǒng)，稍加改造，也能用于未來新研制或增加機載設(shè)備。針對新研制或增加機載設(shè)備的開發(fā)更多地轉(zhuǎn)到相應的軟件的開發(fā)和設(shè)計上來，可大大地降低成本。

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Software Design of TACAN Simulation System

Li Zhaoyang1, Zhang Tianwei1, Zheng Zhicong2

(1.School of Aeronautics，Northwestern Polytechnical University，Xi’an 710072，China 2.Chinese Aeronautical Establishment,Luoyang 471009,China)

This paper designs and achieves the TACAN excitation source using software radio technique, based on the testing need of TACAN(Tactical Air Navigation)system. Firstly, this paper introduces the principle of TACAN navigation, including: the principle of direction finding and ranging. Secondly, the demand analysis is given combined with signal character analysis. Then the general design, hardware structure constitution and software module design are finished based on the former analysis, and a software radio platform—USRP N210 is chosen as hardware application platform. Thirdly，the detail design for each signal module is completed and programed on GNU Radio. Finally, the experiment platform for signal simulation system testing is constructed, and each signal module is verified on the platform, as well as the function of TACAN signal simulation system.

software defined radio；TACAN；signal simulation；direction finding

2016-01-16；

2017-02-27。

李朝陽(1992-)，男，陜西寶雞人，碩士研究生，主要從事軟件無線電技術(shù)方向的研究。

張?zhí)靷?1968-)，男，博士，副教授，主要從事機載設(shè)備ATE設(shè)計和飛行品質(zhì)評估方向的研究。

1671-4598(2017)07-0159-06

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.07.040

TN966

A