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        芻議直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)中的無線電技術(shù)

        2018-10-19 18:51:44李碩
        智富時(shí)代 2018年9期

        李碩

        【摘 要】科技的發(fā)展對于社會(huì)的發(fā)展非常的重要,當(dāng)前的發(fā)展依靠的就是科學(xué)技術(shù)。在很多的領(lǐng)域都體現(xiàn)了非常先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),直升飛機(jī)方面的研究在不斷的深入,其中的通信導(dǎo)航系統(tǒng)在不斷的需要我們進(jìn)行提升,隨著發(fā)展的進(jìn)行,軟件無線電技術(shù)的產(chǎn)生,使得這一領(lǐng)域的很多方面的問題得到了很好的解決,對于未來的發(fā)展起到了很好的指引的方向。針對于相關(guān)方面進(jìn)行詳細(xì)的分析。

        【關(guān)鍵詞】直升機(jī);通信導(dǎo)航系統(tǒng);軟件無線電

        我國有著非常悠久的歷史,在漫長的發(fā)展過程,我們創(chuàng)造了無數(shù)的奇跡,對于世界的發(fā)展來講起到了很大的推動(dòng)的作用。隨著人類進(jìn)程的不打斷的發(fā)展,在近代我國很多方面技術(shù)不是很強(qiáng),直到改革開放之后采取的一定的成績。其中,直升飛機(jī)通信方面的研究就是這樣的,我們在不斷的學(xué)習(xí)世界的先進(jìn)的方面東西,與此同時(shí)與我們實(shí)際的情況進(jìn)行很好的結(jié)合,這樣對于未來的行業(yè)的發(fā)展而言非常的重要。

        這篇文章針對于一些方面的特點(diǎn)以及問題方面進(jìn)行了闡述,希望帶給大家更多的幫助。

        一、系統(tǒng)的基本思想及體系結(jié)構(gòu)

        (一)系統(tǒng)的特點(diǎn)。

        整個(gè)系統(tǒng)具有高度的靈活性和開放性,并具有以下 4 大基本特征:a.充分?jǐn)?shù)字化的,即從信源基帶信號(hào)的處理到射頻信號(hào)的發(fā)送和接收都盡可能地實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,數(shù)字化是當(dāng)前的重要的一種方式,更加的方便簡單,今后也將會(huì)大力往這一方面發(fā)展;b.可編程的,即與 PC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相似,基于相對通用的硬件平臺(tái),通過更換程序和模塊插件來適應(yīng)多頻道和多種工作方式,根據(jù)不同的形式,我們的編程也是有所不同,更多的從實(shí)際情況出發(fā),這樣對于整體的工作的會(huì)變得更加的有利;c.多頻是可以轉(zhuǎn)換的,即具有良好的多頻帶天線和寬帶的 A/D/A 轉(zhuǎn)換能力,多頻轉(zhuǎn)化的情況是我們當(dāng)前的一種非常常見的方式,能夠很好的進(jìn)行轉(zhuǎn)變,方便快捷;d.系統(tǒng)總線是標(biāo)準(zhǔn)、高性能和開放式的結(jié)構(gòu),即能支持多個(gè) CPU 并行工作,支持流水線和不同種類的處理機(jī),通用性好,支持模塊化設(shè)計(jì)。

        (二)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)。

        基于軟件無線電的直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)主要由多頻段寬帶天線單元、射頻單元、模塊數(shù)字無線電、I/O 單元等組成。射頻單元在發(fā)射時(shí)主要完成上變頻、濾波、功率放大等任務(wù),接收時(shí)實(shí)現(xiàn)濾波、放大、下變頻等功能。在模塊數(shù)字無線電單元,模擬信號(hào)經(jīng)過寬帶 A/D 數(shù)字化后的處理任務(wù)全由 DSP/FPGA 軟件承擔(dān),為了減輕通用DSP/FP-GA 的處理壓力,通常將 A/D 數(shù)字化的信號(hào)經(jīng)過專用的數(shù)字下變頻器處理,降低數(shù)據(jù)流速率,并把信號(hào)變至中頻或基帶后,再把數(shù)據(jù)送給通用高速的 DSP/FPGA 進(jìn)行處理。通用高速的 DSP/FPGA 主要完成各種數(shù)據(jù)率相對較低信號(hào)的處理。由于模塊數(shù)字無線電單元使用了可編程能力強(qiáng)的 DSP/FPGA 芯片,使其硬件結(jié)構(gòu)與功能相對獨(dú)立,這樣就建立了基于一個(gè)相對通用的硬件平臺(tái),通過軟件實(shí)現(xiàn)不同的通信功能,并可對工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制 / 解調(diào)方式、信源加 / 解密碼、各種抗干擾、抗衰落、自適應(yīng)均衡算法的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行編程控制,系統(tǒng)靈活性大大增強(qiáng)。I/O 接口主要完成各種數(shù)據(jù)(如話音、數(shù)據(jù)、圖像、傳真)的輸入和輸出。

        二、系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

        (一)寬帶多頻段天線。

        基于軟件無線電的直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)能夠從短波通信到微波的相當(dāng)寬的頻段內(nèi)進(jìn)行工作,按目前應(yīng)用來說,系統(tǒng)的天線應(yīng)該覆蓋全頻段。換句話來說,這屬于一種全向?qū)拵炀€,更多的采用軟件來進(jìn)行設(shè)計(jì)以及相關(guān)信號(hào)的傳輸,能夠很好的進(jìn)行覆蓋在該區(qū)域的所有的通訊頻率,這種方式能夠很大程度上節(jié)約了人力物力,提升了效率,降低成本。這種方式處于一個(gè)研究的階段,需要很高的科技含量,當(dāng)前的我國技術(shù)不能完成這方面的設(shè)計(jì)以及生產(chǎn),也就是說是一種非常理想的狀態(tài),我們需要更加努力地實(shí)現(xiàn)當(dāng)前的期望,這將是未來發(fā)展的一個(gè)大的趨勢。

        (二)寬帶A/D、D/A轉(zhuǎn)換器。

        數(shù)字化是系統(tǒng)靈活性的基礎(chǔ),數(shù)值化最為直接的目的就是為了方便快捷,這也是其固有的一項(xiàng)特性。它不僅是決定無線收發(fā)信機(jī)結(jié)構(gòu)的最主要的因素之一,而且它的性能在很大程度上制約著收發(fā)信機(jī)的性能?;谲浖o線電的直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)是直接在射頻上進(jìn)行A/D、D/A 變換,這要求 A/D、D/A變換器必須具有足夠高的采樣速度。根據(jù) Nyquist 采樣定理,要不失真的反映信號(hào)特征,采樣頻率 fs 至少是模擬信號(hào)帶寬 Wa 的兩倍。為保證性能,在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常進(jìn)行過采樣處理,要求 fs>215Wa 對于 A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器件不但要求具有較高的采樣速率,還要保證較高的采樣精度,即采樣值的位數(shù)要求足夠多,盡量減少量化噪聲,決定A/D、D/A 轉(zhuǎn)換器件技術(shù)特性的一些參數(shù)包括:量化信噪比、無雜散動(dòng)態(tài)范圍、噪聲功率比和全功率模擬輸入帶寬等。A/D、D/A 器件在直升機(jī)通信系統(tǒng)中所處位置非常關(guān)鍵,它直接反映了系統(tǒng)的軟件化程度,隨著技術(shù)的發(fā)展,A/D、D/A 器件的性能逐步提高,這一位置非常的有特點(diǎn),與位置的關(guān)系有很大的關(guān)系,就拿這里介紹的位置,這一位置非常的接近射頻的前部的位置,隨著發(fā)展的不斷地進(jìn)行,軟件無線電在發(fā)展的過程不斷地進(jìn)行完善,其目的就是為了不斷地滿足當(dāng)前的直升飛機(jī)通訊系統(tǒng)存在的問題,當(dāng)問題在不斷的解決,慢慢的總有一天會(huì)與之相匹配,并且最終符合直升飛機(jī)的需求。

        (三)高速數(shù)字信號(hào)處理。

        數(shù)字信號(hào)處理器是基于軟件無線電的直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)的靈魂,理想的系統(tǒng)要求 DSP/FPGA 直接處理射頻端數(shù)字化的信號(hào)并完成通信所要求的各種功能,這對 DSP/FP-GA 要求很高,短時(shí)間內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)。要處理經(jīng) A/D 變換后輸出的中頻高速數(shù)字信號(hào),DSP 芯片必須通過軟件程序完成中頻數(shù)字變頻、濾波、二次抽樣、基帶處理、信道調(diào)制、無線資源管理等過程,這就要求DSP 芯片的處理速度至少要在 1GFLOPS 以上。從性價(jià)比和功耗上出發(fā),目前有幾種較好的解決辦法:一是采用多 DSP 芯片并行處理以提高處理速度;二是采用專用可編程芯片,對于頻率能夠進(jìn)行很好的轉(zhuǎn)變,從而促使在中頻的狀態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)變,轉(zhuǎn)變的過程僅僅是一種開端,接下來我們就要進(jìn)行數(shù)字方面的分析,分析之后再進(jìn)一步的進(jìn)行處理;FPGA 這是一種方案的代表,確切的說,是一種解決的方案,這種方案看著沒什么,其實(shí)有著很大的優(yōu)點(diǎn),對于發(fā)展起到了非常重要的作用,其優(yōu)點(diǎn)能夠?qū)τ陔娐愤M(jìn)行整合,電路之間能夠起到很好的并行的作用,在處理的過程,速度非常的快,相對于傳統(tǒng)的模式不只是一兩倍的關(guān)系,從能源的消耗方面來講,能夠大大的節(jié)約了能源,這種方案是當(dāng)前我們非常喜歡推動(dòng)的一種方式。

        三、結(jié)束語

        軟件無線電能夠很好地滿足直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)的多通道、多業(yè)務(wù)、多用戶和綜合控制的技術(shù)。但射頻前端對系統(tǒng)的采樣速度和精度指標(biāo)有極高的要求,而現(xiàn)有處理器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器難以滿足,因此還不能射頻完全實(shí)現(xiàn)軟件化,目前只能在中頻實(shí)現(xiàn)數(shù)字化。技術(shù)的發(fā)展需要的是一個(gè)過程,很多方面不是一步就能夠?qū)崿F(xiàn)的,在發(fā)展的過程中會(huì)遇到發(fā)展的問題,遇到這些問題,應(yīng)該更好的擺正心態(tài),問題出現(xiàn)應(yīng)該從根源上進(jìn)行分析,并且繼續(xù)根源上根治,當(dāng)前的發(fā)展趨勢非常的正確,我們必須要進(jìn)行踏實(shí)穩(wěn)健的一步步的走下去,只有這樣行業(yè)才能夠更好的向前發(fā)展,我相信在不久的將來一定會(huì)取得更大的成績。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]李柏春.軟件無線電技術(shù)在直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].黑龍江科技信息,2017(03):15.

        [1]余榮昌.軟件無線電技術(shù)在直升機(jī)通信導(dǎo)航系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技,2014(05):89.

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