無線電導航數字信號源的系統設計，完整參考方案

　　一、概述

　　在現代航空中，導航是一種十分重要的技術。通常，我們把引導運載體按既定航線航行的過程稱為導航。利用無線電技術對運載體航行的全部(或部分)過程實現導航，稱為無線電導航。到目前為止，無線電導航系統是世界上軍、民航使用最為廣泛的導航裝置，幾乎所有的軍、民航機場都裝有無線電導航系統。當前，我國民用和軍用航空中近程導航的現狀也仍是以無線電導航為主，并且由于現有的飛機著陸系統裝置仍不健全，因此，無線電導航系統對于保障飛機的歸航和進場引導就顯得尤為重要。目前廣泛應用的民用機載無線電導航系統有自動定向機、甚高頻全向信標系統、儀表著陸系統、氣象雷達、應答機、測距機、低高度無線電高度表、多普勒導航系統和奧米伽導航系統。

　　無線電導航系統由地面導航臺及機載設備組成，機載設備主要由環形天線、垂直天線、天線放大器、環匹配器、接收機、中央控制單元、無線電航向指示器、耳機及連接電纜等構成，能自動地、連續地測量飛機相對地面導航臺的航向角，便于為飛機導航。

　　在實際導航測試中，為模擬無線電導航中組合天線的輸出射頻信號，經常要求設計各種滿足導航系統性能和技術指標要求的信號源。信號源所產生的信號形式、參數及工作方式等都要根據系統要求實時地進行靈活調整。因此，信號源必須具備信號產生方法靈活、參數變化速度快、信號頻譜純度高，系統穩定可靠等特點。而信號源的信號形式和參數實時可變的特點主要體現在信號產生器的技術上。以此為背景，為優化配置系統軟硬件資源，提高處理速度，提高可重構性，本無線電導航數字信號源應用基于MicroBlaze軟核的嵌入式系統，以軟核作為信號源的控制核心，同上位機進行數據與命令通信，控制FPGA加載不同的軟件合成導航信號，從而充分發揮FPGA的設計特點，使設計的信號源能滿足實際應用的各項要求。

　　二、無線電導航數字信號源總體設計方案

　　本無線電導航數字信號源總體設計思想采用直接數字頻率合成器(DDS)技術，設計精確的時鐘參考源精度、頻率和相位累加器字長和正弦波函數表，實現研制技術要求的輸出頻率變化范圍、頻率變化步長和頻率精度的調制正弦信號形式。

　　系統方案采用大規模FPGA精確實現DDS，采用ADC擴展外調制信號，采用嵌入式軟核MicroBlaze作為控制核心，控制RS422/232接口與上位機通信，圖1是無線電導航數字信號源組成總體方案。

　　圖1 無線電導航數字信號源總體方案圖

　　系統利用VC6.0編寫上位機軟件，通過RS422/232接口同信號源通信，完成主控單元命令和數據的發送以及信號源的工作參數和狀態數據的數據交換，控制導航信號頻率，方位，通道選擇，工作模式以及其他參數。該系統方案中，MicroBlaze是主控單元，FPGA是底層合成單元，所有的命令(包括邏輯狀態數據)和數據均通過MicroBlaze同上位機進行交換，系統的時鐘信號由一個外部振蕩器(穩補型或恒溫型)提供時鐘，在FPGA內部進行時鐘鎖相，產生系統所需頻率的多個時鐘信號。MicroBlaze接收上位機數據與命令并解析后將頻率、方位等參數回傳給FPGA，FPGA利用預設參數產生精確導航信號并將其傳至高速DA輸出。