許海

（國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠，安徽 蕪湖 241007）

1 前言

某型機(jī)載近程無(wú)線電導(dǎo)航設(shè)備（塔康）標(biāo)準(zhǔn)模擬器（以下簡(jiǎn)稱模擬器）是一個(gè)校準(zhǔn)測(cè)試儀器，可用來(lái)檢側(cè)和維修塔康和精密測(cè)距（DME/P）設(shè)備，它能提供模擬的距離、方位和識(shí)別信號(hào)。在空/地X 或Y 模式下，這些信號(hào)與塔康地面臺(tái)的信號(hào)相同；它也能模擬出塔康在空/空X 或Y 模式下距離和方位信號(hào)；在DME/P 狀態(tài)下，可分別模擬出X、Y、Z、W 等模式的距離信號(hào)。主要用途如下：（1）檢測(cè)塔康的距離精度和在不同速率下的搜索和跟蹤能力。（2）檢測(cè)塔康的方位精度和在不同速率下的搜索和跟蹤能力。（3）檢測(cè)機(jī)載DME/P 設(shè)備的距離精度和搜索、跟蹤能力。（4）測(cè)試塔康和DME/P設(shè)備的識(shí)別電路工作情況。（5）檢測(cè)塔康、DME/P 設(shè)備接收靈敏度、選擇性和鄰波道抑制性能。（6）測(cè)量塔康、DME/P 設(shè)備發(fā)射機(jī)的峰值功率。

2 設(shè)備組成

模擬器由射頻部分、視頻部分和電源組成。其中視頻部分包括距離單元、方位單元、波形單元和PC104 單元；射頻部分包括調(diào)制組件、頻率合成器、程控衰減器、定向耦合器、環(huán)流器、檢波穩(wěn)幅組件和低通濾波器，原理框圖如圖1。

圖1 模擬器原理框圖

模擬器是一個(gè)校準(zhǔn)測(cè)試儀器，可用來(lái)檢測(cè)和維修塔康和DME/P設(shè)備，它能提供模擬的距離、方位和識(shí)別信號(hào)。在空/地X 或Y 模式下，這些信號(hào)與塔康地面臺(tái)的信號(hào)相同；它也能模擬出塔康在空/空X 或Y 模式下的距離和方位信號(hào)；在DME/P 狀態(tài)下，可分別模擬出X、Y、Z、W 等模式的距離信號(hào)。

3 射頻部分

射頻部分產(chǎn)生252 個(gè)波道的RF 信號(hào)，與塔康系統(tǒng)中126 個(gè)空／地（X 或Y）波道、126 個(gè)空／空（X 或Y）波道、DME/P 系統(tǒng)中200 個(gè)（X、Y、Z、W）波道相對(duì)應(yīng)。波道以1MHz 為間隔，范圍從962 ～1213MHz，其每一波道控制在±0.002%范圍內(nèi)。工作頻率（波道選擇）可由前面板控制鍵選擇，且可程控響應(yīng)選定的工作模式。

在RF 系統(tǒng)中，從視頻系統(tǒng)來(lái)的一個(gè)混合調(diào)制信號(hào)加到調(diào)制器，用來(lái)調(diào)制RF 信號(hào)的電平，此電平從～-127dBm，通過(guò)程控衰減器使其以1.0dB 的增量變化，提供一個(gè)檢測(cè)信號(hào)送給被檢設(shè)備。RF 系統(tǒng)也接收從被檢測(cè)設(shè)備來(lái)的距離詢問(wèn)脈沖，詢問(wèn)脈沖在檢波后加到視頻系統(tǒng)來(lái)激發(fā)一距離回答脈沖。距離回答脈沖也被送到脈沖峰值測(cè)量電路，以確定被檢測(cè)設(shè)備發(fā)射機(jī)的輸出功率。RF 系統(tǒng)方框圖見(jiàn)圖2。

圖2 RF 系統(tǒng)方框圖

頻率合成器提供RF 載波經(jīng)隔離器隔離饋給載波控制電路，其輸出頻率由視頻處理系統(tǒng)的波道控制決定。頻率范圍為962 ～1213MHz，波道間隔1MHz。由視頻處理系統(tǒng)來(lái)的控制信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行控制，當(dāng)有脈沖時(shí)打開(kāi)載波信號(hào)將載波饋給PIN 調(diào)制器。調(diào)制激勵(lì)器將來(lái)自視頻的脈沖信號(hào)和15Hz、135Hz 復(fù)合包絡(luò)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成電流激勵(lì)信號(hào)，饋給PIN 調(diào)制器。經(jīng)脈沖調(diào)制、復(fù)合包絡(luò)調(diào)制后的輸出RF 信號(hào)饋給程控衰減器，程控衰減器的衰減范圍為0 ～127dB，其輸出再經(jīng)隔離器、環(huán)流器、定向耦合器、低通濾波器由RF 輸入/輸出接口輸出。

由塔康和DME/P 發(fā)射的RF 測(cè)距詢問(wèn)脈沖，經(jīng)輸入/輸出接口低通濾波器、定向耦合器、環(huán)流器饋給30dB 固定衰減器。衰減后的RF 詢問(wèn)信號(hào)經(jīng)穩(wěn)幅、檢波、放大，一路詢問(wèn)脈沖輸出給前面板上的詢問(wèn)監(jiān)測(cè)口，另一路詢問(wèn)脈沖輸出給視頻分機(jī)。

由塔康和DME/P 發(fā)射的RF 測(cè)距詢問(wèn)脈沖在通過(guò)定向耦合器時(shí)，耦合一部分信號(hào)給同軸檢波器，經(jīng)檢波器檢波輸出詢問(wèn)脈沖給視頻的功率測(cè)量電路，測(cè)量塔康和DME/P 的發(fā)射功率。

4 視頻部分

視頻系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)混合調(diào)制信號(hào)，可提供塔康空/地X、Y 模式下的距離、方位和識(shí)別信號(hào)，提供塔康空/空X 和Y 模式下的距離信號(hào)，還提供DME/P 狀態(tài)X、Y、Z、W 模式下的IA 和FA 模式距離信息。視頻系統(tǒng)方框圖見(jiàn)圖3。

圖3 視頻處理系統(tǒng)方框圖

在正常塔康空/地X、Y 模式下，混合信號(hào)是由一等幅的脈沖串和15Hz、135Hz 調(diào)幅信號(hào)組成。該脈沖串包括主基準(zhǔn)脈沖群、輔助基準(zhǔn)脈沖群、隨機(jī)脈沖、識(shí)別和均衡脈沖及距離回答脈沖（在被詢問(wèn)時(shí)出現(xiàn)），所有這些脈沖都來(lái)調(diào)制RF 系統(tǒng)產(chǎn)生的RF 信號(hào)，15Hz 和135Hz 調(diào)幅信號(hào)用來(lái)改變脈沖調(diào)制過(guò)的RF 信號(hào)的幅度，從而得到包括距離、方位和識(shí)別信息的信號(hào)。

在塔康空/空X 和Y 模式下，混合信號(hào)是由一等幅的脈沖串和15Hz 調(diào)幅信號(hào)組成，該脈沖串包括主基準(zhǔn)脈沖群、隨機(jī)單脈沖、距離回答脈沖（在被詢問(wèn)時(shí)出現(xiàn)）及詢問(wèn)信號(hào)，所有這些脈沖都來(lái)調(diào)制RF 系統(tǒng)產(chǎn)生的RF信號(hào)，15Hz 調(diào)幅信號(hào)用來(lái)改變脈沖調(diào)制過(guò)的RF 信號(hào)的幅度，從而得到包括距離、方位信息的信號(hào)。

在DME/P 模式下，調(diào)制信號(hào)只包括隨機(jī)脈沖和距離回答脈沖（距離回答脈沖只在模擬器被詢問(wèn)時(shí)出現(xiàn)）。這兩種脈沖具有恒定的幅度，對(duì)RF 信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，從而得到只含有距離信息的RF 信號(hào)。

在工常塔康空/地X 模式下，調(diào)制包絡(luò)是由3600對(duì)/秒脈沖所組成（7200 個(gè)/秒脈沖），在這些脈沖對(duì)中，有900 對(duì)代表方位基準(zhǔn)脈沖群（主基準(zhǔn)和輔基準(zhǔn)），其余的2700 對(duì)組成隨機(jī)脈沖（有或無(wú)距離回答脈沖）或識(shí)別和均衡脈沖，所有的脈沖對(duì)都被15Hz 和135Hz 調(diào)制。

在正常塔康空/地Y 模式下，調(diào)制包絡(luò)由用于方位基準(zhǔn)脈沖群的單個(gè)脈沖和隨機(jī)脈沖對(duì)或識(shí)別和均衡脈沖對(duì)組成，速率為7155 個(gè)/秒，在這些脈沖中1755 個(gè)代表方位基準(zhǔn)脈沖群，余下的5400 個(gè)（2700 對(duì)）為隨機(jī)脈沖（有或無(wú)回答脈沖）或識(shí)別和均衡脈沖對(duì)，所有這些脈沖都被15Hz 和135Hz 調(diào)幅。

在塔康空/地X、Y 模式下，隨機(jī)脈沖對(duì)以隨機(jī)的間隔，2700 對(duì)/秒的速率傳輸，提供足夠的填充脈沖由15Hz 和135Hz 進(jìn)行幅度調(diào)制。在一個(gè)識(shí)別信號(hào)的傳輸期間，隨機(jī)脈沖對(duì)由一串識(shí)別脈沖所代替。這個(gè)脈沖串的重復(fù)速率為1350 對(duì)/秒。并且在上述的基準(zhǔn)群后740μs 出現(xiàn)識(shí)別信號(hào)的第一脈沖，為了保證脈沖重復(fù)頻率和在傳輸識(shí)別信號(hào)期間的方位誤差最小，在每對(duì)識(shí)別脈沖后100μs 傳送一個(gè)均衡脈沖對(duì)。在主基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)群前后60μs 期間，沒(méi)有隨機(jī)和識(shí)別脈沖。

模擬器發(fā)射距離回答脈沖對(duì)以響應(yīng)詢問(wèn)器的詢問(wèn)脈沖對(duì)。這個(gè)響應(yīng)的延遲時(shí)間是從第一個(gè)詢問(wèn)脈沖的前沿到第一個(gè)回答脈沖的前沿即零公里延遲?；卮鹈}沖對(duì)代替隨機(jī)脈沖對(duì)以維持填充速率為2700 對(duì)/秒，在主、輔基準(zhǔn)脈沖群期間及前后60μs 范圍內(nèi)空出。

15Hz 和135Hz 幅度調(diào)制模擬通過(guò)旋轉(zhuǎn)天線陣列所出現(xiàn)的在地面臺(tái)的塔康信標(biāo)的調(diào)制。在正常（T/R)X 模式下，15Hz 幅調(diào)與主基準(zhǔn)同步。結(jié)果在信標(biāo)的正南點(diǎn)，主基準(zhǔn)群的第10 個(gè)脈沖與15Hz 幅調(diào)的正斜率點(diǎn)重合，而在從正南開(kāi)始分成幾個(gè)40°點(diǎn)上，每個(gè)輔助基準(zhǔn)群的第12 個(gè)脈沖與135Hz 調(diào)幅的正斜率點(diǎn)重合。在正常（T/R）Y 模式下，重合點(diǎn)在主基準(zhǔn)群第6 和第7 個(gè)脈沖中間，而輔助基準(zhǔn)群在第12 個(gè)脈沖上。

在A/A 距離+ 方位工作模式下，發(fā)射一主基準(zhǔn)脈沖，它包含10 個(gè)間隔為30±0.1μs 單脈沖和速率為1350 個(gè)/秒的隨機(jī)單脈沖以及編過(guò)碼的A/A 詢問(wèn)脈沖。當(dāng)模擬器被從塔康來(lái)的編碼脈沖詢問(wèn)時(shí)，單個(gè)的距離回答脈沖也被發(fā)射出去，全部的脈沖信號(hào)都被15Hz 調(diào)幅信號(hào)調(diào)制，以對(duì)塔康提供方位信息。

為了獲得測(cè)距信息，被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生并發(fā)射給模擬器一對(duì)詢問(wèn)脈沖，這些脈沖經(jīng)模擬器檢波和解碼延遲一定時(shí)間后，產(chǎn)生一個(gè)回答脈沖對(duì)或一個(gè)回答單脈沖。在模擬器的脈沖延時(shí)為零公里延遲與模擬的腳離延遲之和。當(dāng)接收到距離回答脈沖時(shí)，被測(cè)設(shè)備要減去零公里延遲，把總的時(shí)間分成兩段，解決了在一個(gè)方向上的距離傳輸，這就是測(cè)距信號(hào)。這個(gè)距離信號(hào)實(shí)際代表著從地面臺(tái)到飛機(jī)的距離（在T/R 模式下），而在A/A 模式下則代表主機(jī)到僚機(jī)的距離。

方位信息包含在主基準(zhǔn)脈沖群、輔助基準(zhǔn)脈沖群、15Hz 和135Hz 調(diào)幅信號(hào)中，為得到方位信號(hào)，15Hz 的調(diào)幅信號(hào)的相位相對(duì)主基準(zhǔn)是可調(diào)的。當(dāng)15Hz 調(diào)幅信號(hào)的正斜率點(diǎn)與主基準(zhǔn)脈沖相重合時(shí)，方位定義為零度或北，如果被測(cè)設(shè)備指示為零度方位，就表示從飛機(jī)上看地面臺(tái)的方向。當(dāng)15Hz 調(diào)幅信號(hào)谷點(diǎn)與主基準(zhǔn)脈沖相重合時(shí)，方位角定義為90°或東；當(dāng)15Hz 調(diào)幅信號(hào)的負(fù)斜率點(diǎn)與主基準(zhǔn)脈沖相重合時(shí)，方位角定義為180°或南；而15Hz 調(diào)幅信號(hào)的峰值與主基準(zhǔn)脈沖相重合時(shí)，方位角定義為270°或西。這樣飛機(jī)的方位指示器將總是指示出從飛機(jī)到地面臺(tái)的而不是地面臺(tái)到飛機(jī)的方位。為增加方位信號(hào)的精度，再產(chǎn)生一個(gè)135Hz 調(diào)福信號(hào)，它與輔助基準(zhǔn)脈沖的關(guān)系正如15Hz 調(diào)幅信號(hào)與主基準(zhǔn)脈沖的關(guān)系一樣。由于135Hz 調(diào)幅信號(hào)是附加在15Hz 調(diào)幅信號(hào)上的。所以，135Hz 調(diào)幅信號(hào)所決定的方位信號(hào)的精度將是15Hz 調(diào)幅信號(hào)的9 倍。

對(duì)識(shí)別信息，在正常（T/R）X 或（T/R）Y 模式下，模擬器將每37.5s 產(chǎn)生一個(gè)鍵控識(shí)別信號(hào)，而在識(shí)別狀態(tài)下，產(chǎn)生連續(xù)的識(shí)別信號(hào)。鍵控識(shí)別信號(hào)是由莫爾斯碼組成，實(shí)際上代表著由地面臺(tái)所產(chǎn)生的識(shí)別信號(hào)。只是每個(gè)地面臺(tái)都指定有自己的識(shí)別莫爾斯碼，連續(xù)的識(shí)別信號(hào)是一個(gè)固定頻率的信號(hào)，它用來(lái)檢測(cè)和維修被測(cè)設(shè)備的識(shí)別電路。這兩種情況都是間隔為740μs，速率為1350Hz 的識(shí)別脈沖對(duì)，它的相位鎖定在基準(zhǔn)脈沖上。在發(fā)射識(shí)別信號(hào)的過(guò)程中，隨機(jī)脈沖對(duì)是不發(fā)射的。在發(fā)射的識(shí)別信號(hào)中，為了提供足夠的脈沖對(duì)給15Hz 和135Hz 調(diào)幅信號(hào)，還要同時(shí)產(chǎn)生均衡脈沖對(duì)。均衡脈沖對(duì)是在識(shí)別脈沖對(duì)后100μs 處，這樣就保持了2700 對(duì)/秒的速率，以保證方位精度。

4.1 距離單元

距離單元主要產(chǎn)生距離、距離跟蹤速率數(shù)據(jù)信息，距離回答概率控制信號(hào)，產(chǎn)生隨機(jī)填充脈沖、A/A詢問(wèn)脈沖；10%、50%電平檢測(cè)及RF 電平控制等信號(hào)。距離單元原理框圖見(jiàn)圖4。

圖4 距離單元原理框圖

距離單元采用單片機(jī)來(lái)控制協(xié)調(diào)整個(gè)單元，包括與工控機(jī)通過(guò)RS232 接口進(jìn)行通訊?？紤]到距離單元在產(chǎn)生回答信號(hào)時(shí)需要延時(shí)，最小延時(shí)多少就意味著距離的最小變化量，在DME/P 狀態(tài)對(duì)距離精度要求高，因此，延時(shí)精度要求很高，所以在選用晶振時(shí)選用了高穩(wěn)定、高精度晶振。

50%電平檢測(cè)主要完成對(duì)前端設(shè)備來(lái)的視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，產(chǎn)生50%脈沖信號(hào)送給譯碼延時(shí)部分。1%、50%電平檢測(cè)部分采用了成熟電路。

4.2 方位單元

方位單元用于產(chǎn)生方位、方位跟蹤速率數(shù)據(jù)信息；產(chǎn)生調(diào)制度控制信號(hào)、15Hz 和135Hz 包絡(luò)信號(hào)、主輔基準(zhǔn)群觸發(fā)信號(hào)以及識(shí)別脈沖及平衡脈沖。

方位單元采用單片機(jī)來(lái)完成控制、計(jì)算功能，并與工控機(jī)進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通信，接收工控機(jī)發(fā)送來(lái)的命令和數(shù)據(jù)，獲得工作狀態(tài)和參數(shù)，作出相應(yīng)的控制，包括方位主輔基準(zhǔn)延時(shí)電路、主輔基準(zhǔn)群觸發(fā)信號(hào)的產(chǎn)生、調(diào)制度調(diào)整電路等。方位單元原理框圖見(jiàn)圖5。

圖5 方位單元原理框圖

15Hz 和135Hz 包絡(luò)的形成是由4.86MHz 的溫補(bǔ)晶體振蕩器經(jīng)分頻后產(chǎn)生54KHz 和486KHz 的時(shí)鐘進(jìn)入地址計(jì)數(shù)器順序產(chǎn)生0 ～3600 范圍的地址，進(jìn)而讀取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，使其連續(xù)輸出地址數(shù)據(jù)，再送給D/A 轉(zhuǎn)換器，D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成1Hz 和135Hz 正弦信號(hào)；由15Hz 和135Hz 模擬信號(hào)經(jīng)加法器形成綜合包絡(luò)信號(hào)；135Hz 的一周期完成后的清零脈沖直接形成輔助基準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)，利用主輔基準(zhǔn)頻率9:1 的關(guān)系，對(duì)輔助基準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行九分頻形成主基準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)。

將形成的主輔助基準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)送入方位延時(shí)電路作為方位延時(shí)電路的觸發(fā)信號(hào)，方位延時(shí)電路將預(yù)先設(shè)置好的方位延時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行延時(shí)，從而完成方位數(shù)據(jù)信息的形成。同時(shí)，將形成的輔助基準(zhǔn)觸發(fā)信號(hào)送入識(shí)別形成電路，產(chǎn)生出識(shí)別脈沖和均衡脈沖。

方位單元需要的硬件電路較多，包括包絡(luò)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，包絡(luò)D/A 轉(zhuǎn)換器，調(diào)制度控制D/A 轉(zhuǎn)換器以及其他時(shí)序電路，為了減小體積，提高可靠性，在方位單元除了采用單片機(jī)技術(shù)外，還采用大規(guī)模可編程邏輯器件來(lái)完成本單元的功能。

4.3 波形單元

波形單元主要用于主輔基準(zhǔn)群形成，產(chǎn)生脈沖序列控制和脈沖對(duì)編碼，鐘形脈沖形成、功率測(cè)量；頻率合成器控制以及產(chǎn)生莫爾斯碼。

波形單元采用單片機(jī)來(lái)控制協(xié)調(diào)整個(gè)單元，包括工控機(jī)通過(guò)RS232 接口進(jìn)行通訊，采用串形數(shù)據(jù)收發(fā)端口完成。波形單元原理框圖見(jiàn)圖6。

圖6 波形單元原理框圖

由距離單元和方位單元產(chǎn)生的隨機(jī)填充脈沖、主輔基準(zhǔn)群觸發(fā)信號(hào)、識(shí)別及平衡脈沖送入波形單元，波形單元根據(jù)工作模式和狀態(tài)，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行組合和脈沖對(duì)編碼。脈沖對(duì)編碼信號(hào)將時(shí)鐘打開(kāi)，通過(guò)D/A 轉(zhuǎn)換器將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成鐘形脈沖信號(hào)，鐘形脈沖再經(jīng)過(guò)放大后送往調(diào)制器組件完成脈沖調(diào)制。

4.4 輸入/輸出系統(tǒng)

輸入/輸出系統(tǒng)主要用于鍵盤管理及屏幕顯示；向各視頻分機(jī)發(fā)送控制命令及參數(shù)、數(shù)據(jù)；接收各視頻分機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并顯示；要求界面設(shè)計(jì)良好，操作簡(jiǎn)潔，明快。輸入/輸出系統(tǒng)原理框圖見(jiàn)圖7。

圖7 輸入/輸出系統(tǒng)原理框圖

在輸入/輸出系統(tǒng)采用工控機(jī)作為主控制器，完成鍵盤信息的輸入和有關(guān)信息的顯示輸出，在DOS 環(huán)境下運(yùn)行，軟件采用C 語(yǔ)言編制，工作于圖形模式。在工作過(guò)程中，將從鍵盤輸入的工作狀態(tài)（包括空/地、空/空、DME/P）、工作模式（包括X、Y、Z、W）、波道信息、距離和距離速率數(shù)據(jù)、方位和方位速率數(shù)據(jù)、隨機(jī)填充率等信息進(jìn)行識(shí)別、判斷、分組、打包，發(fā)送給各視頻分機(jī)。

另外，在工作過(guò)程中，各視頻分機(jī)將計(jì)算出的距離數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)和測(cè)量出的功率數(shù)據(jù)回傳給工控機(jī)進(jìn)行顯示。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)充分考慮測(cè)試的需求以及系統(tǒng)的易操作性、實(shí)用性等要求，采用總線化、模塊化的測(cè)試技術(shù)組建的信號(hào)發(fā)生平臺(tái)。該設(shè)計(jì)合理，應(yīng)用技術(shù)成熟，可以為塔康和DME/P 設(shè)備的修理深度提供一定的支撐。