淺談飛機(jī)無(wú)線電羅盤數(shù)字化設(shè)計(jì)與抗干擾研究

王鈺霖等

摘 要：隨著航天科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，單片機(jī)在航空航天、儀器儀表等專用設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用，無(wú)線電羅盤的數(shù)字化設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)成為單片機(jī)選型和相應(yīng)軟件設(shè)計(jì)的主要研究問(wèn)題。本文主要以無(wú)線電羅盤的概念和現(xiàn)狀為出發(fā)點(diǎn)，分析了數(shù)字化羅盤的主要設(shè)計(jì)思想，為實(shí)現(xiàn)飛機(jī)無(wú)線電羅盤的數(shù)字化設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)；無(wú)線電羅盤；抗干擾設(shè)計(jì)

作為導(dǎo)航系統(tǒng)的主要組成部分，無(wú)線電羅盤是當(dāng)前所有飛機(jī)的必要導(dǎo)航設(shè)備。該系統(tǒng)具有地面設(shè)備工作頻率低、投資少、技術(shù)完善等特點(diǎn)，在我國(guó)各大機(jī)場(chǎng)中均得到了廣泛的應(yīng)用。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)機(jī)載設(shè)備在不斷地更新，為了有效實(shí)現(xiàn)無(wú)線電羅盤的維修性、可靠性及抗干擾性，數(shù)字化設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)已經(jīng)成為無(wú)線電羅盤設(shè)計(jì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 飛機(jī)無(wú)線電羅盤系統(tǒng)的概念和現(xiàn)狀

無(wú)線電羅盤是進(jìn)入20世紀(jì)后出現(xiàn)的一種新型近程導(dǎo)航系統(tǒng)，主要是由商用廣播電臺(tái)或地面設(shè)備和記載設(shè)備組成。在我國(guó)，由于尚未建立起更先進(jìn)的導(dǎo)航系統(tǒng)，到目前為止，無(wú)線電羅盤系統(tǒng)依然承擔(dān)著著陸和近程導(dǎo)航的雙項(xiàng)任務(wù)。而由于我國(guó)機(jī)場(chǎng)分布廣泛，規(guī)模較小，在短期內(nèi)仍然無(wú)法建立起新的導(dǎo)航系統(tǒng)，無(wú)線電羅盤系統(tǒng)具有經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、可靠性高等特點(diǎn)，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)仍然可以作為我國(guó)飛機(jī)進(jìn)程導(dǎo)航和著陸的基本設(shè)備。但在實(shí)際操作過(guò)程中，無(wú)線電羅盤導(dǎo)航設(shè)備容易受到地方電臺(tái)的高干擾，工作穩(wěn)定性差，直接影響了飛行訓(xùn)練的順利進(jìn)行[1]。因此，在今后的工作中，對(duì)飛機(jī)無(wú)線電羅盤系統(tǒng)的數(shù)字化設(shè)計(jì)和抗干擾設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

2 無(wú)線電羅盤的數(shù)字化設(shè)計(jì)

⑴軟件無(wú)線電的基本結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)線電的基本結(jié)構(gòu)的主要設(shè)計(jì)思想是盡量減少模擬硬件電路，盡量將數(shù)字化處理單元（A/D）靠近天線。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)主要包括射頻低通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、射頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)、基帶采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。其中，中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、模擬電力數(shù)量少，可將高頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橹行念l率適中的信號(hào)，得到了廣泛的運(yùn)用（結(jié)構(gòu)圖見圖1）。

⑵數(shù)字化設(shè)計(jì)方案。為了極大程度上縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，降低風(fēng)險(xiǎn)，研制出滿足飛機(jī)需要的新型羅盤，某型號(hào)的無(wú)線電羅盤通過(guò)采用成熟電路的原則，利用中頻帶通采樣數(shù)字化結(jié)構(gòu)，成功設(shè)計(jì)出一款數(shù)字化無(wú)線電羅盤。該無(wú)線電羅盤的中頻為3.5MHz，60dB帶寬為9kHz，3dB帶寬為3kHz，動(dòng)態(tài)范圍設(shè)計(jì)為80dB，根據(jù)帶通采樣定律，將采樣頻率設(shè)置為20kHz，以較好地滿足將模擬中頻信號(hào)無(wú)失真數(shù)字化。

對(duì)3.5MHz的中頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化采樣，其簡(jiǎn)化信號(hào)的表達(dá)式為：

正交分解信號(hào)后，得到的正交分量和同相如下：

同向分量

正交分量

對(duì)兩者進(jìn)行平方求和并再開放，得到的結(jié)果如下：

其中，m（n）即所需要的調(diào)解信號(hào)，其變化幅度包含了方位角θ的信息。

3 無(wú)線電羅盤的抗干擾設(shè)計(jì)

目前，無(wú)線電羅盤接收機(jī)抑制其發(fā)生相互干擾的技術(shù)主要包括前饋技術(shù)、預(yù)失真技術(shù)、功率回退技術(shù)以及負(fù)反饋技術(shù)。

前饋技術(shù)目前在強(qiáng)非線性系統(tǒng)以及大功率信號(hào)發(fā)射機(jī)中應(yīng)用比較廣泛，該技術(shù)效率高、技術(shù)成熟、抑制互相干擾效果佳，具有較強(qiáng)的實(shí)用性強(qiáng)[2]。但是在弱非線性系統(tǒng)以及小功率信號(hào)發(fā)射機(jī)中應(yīng)用較少，在未來(lái)的研究發(fā)展中，可以考慮將其應(yīng)用其中，但是由于該技術(shù)操作復(fù)雜，成本性高，相對(duì)其他抑制相互干擾的技術(shù)來(lái)講，具有一定的局限性。

功率回退技術(shù)主要是采用功率較大的管子利用小功率使用，使其在低于1dB壓縮點(diǎn)的區(qū)域工作時(shí)，通過(guò)犧牲直流功率以提高前端功效。這項(xiàng)技術(shù)操作時(shí)不需要增加任何設(shè)備，在羅盤接收機(jī)上具有較好的實(shí)用性，目前在大多數(shù)無(wú)線電設(shè)備抗干擾設(shè)計(jì)是一種較為實(shí)用的技術(shù)。

負(fù)反饋技術(shù)抑制互相干擾的效果顯著，能有效增加羅盤系統(tǒng)的穩(wěn)定性，雖然在實(shí)際應(yīng)用中，該技術(shù)犧牲了功放的效率，但其對(duì)無(wú)線電羅盤的系統(tǒng)不會(huì)造成明顯影響，因此，負(fù)反饋技術(shù)在抑制互調(diào)干擾中具有更廣泛的應(yīng)用[3]。

預(yù)失真技術(shù)準(zhǔn)確性高，實(shí)現(xiàn)性復(fù)雜，具有良好的綜合性能，在放大器線性化中應(yīng)用較普遍。近年來(lái)，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，“自適應(yīng)預(yù)失真”技術(shù)在現(xiàn)實(shí)工程中被廣泛應(yīng)用。

總之，當(dāng)前無(wú)線電羅盤導(dǎo)航設(shè)備容易受到地方電臺(tái)的高干擾，工作穩(wěn)定性差，直接影響了飛行訓(xùn)練的順利進(jìn)行。在今后的工作中，需要對(duì)機(jī)載設(shè)備的設(shè)計(jì)改進(jìn)工作需受到重視，一方面要利用DSP 數(shù)字化技術(shù)以提高無(wú)線電羅盤系統(tǒng)的操作可靠性和穩(wěn)定性，另一方面通過(guò)采取有效措施提高系統(tǒng)接收機(jī)商務(wù)抗電臺(tái)干擾能力。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭仕劍，王寶順，賀志國(guó).MATLAB7.x數(shù)字信號(hào)處理[M].人民郵電出版社，2010.

[2]葛哲學(xué)，陳仲生.MATLAB 時(shí)頻分析技術(shù)及應(yīng)用[M].人民郵電出版社，2011

[3]吳銳.無(wú)線電羅盤數(shù)字化設(shè)計(jì)與抗干擾研究[D].西安電子科技大學(xué)，2012.