阅读说明：本技术 一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统 (Full-digital Doppler very-high-frequency omnidirectional beacon system ) 是由 冉银龙 王杰 杨志强 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及导航领域,尤其涉及一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统,具体包括：电源单元PWU、本地控制单元LCU、监控器单元MCU、信号激励单元SGU、发射切换单元TCU以及天线转换单元ASU,本地控制单元LCU主要完成DVOR信标操作控制、状态显示以及相应通信功能；信号激励单元SGU主要生产调幅载波和边带信号,并且对其进行校准；发射切换单元TCU对边带信号和调幅载波进行采样；监控器单元MCU监控信号指标是否合格；本方案通过数字化DDS产生激励信号,同时通过DDS调整幅度相位实现系统校准；运用射频直接采样技术,简化了模块设计,系统尺寸进一步减小,功耗降低。(The invention relates to the navigation field, in particular to a full-digital Doppler very high frequency omnidirectional beacon system, which specifically comprises the following steps: the system comprises a power supply unit PWU, a local control unit LCU, a monitor unit MCU, a signal excitation unit SGU, a transmission switching unit TCU and an antenna switching unit ASU, wherein the local control unit LCU mainly completes DVOR beacon operation control, state display and corresponding communication functions; the signal excitation unit SGU mainly produces amplitude-modulated carrier and sideband signals and calibrates them; the TCU samples the sideband signal and the amplitude modulation carrier; the monitor unit MCU monitors whether the signal index is qualified; according to the scheme, an excitation signal is generated through a digital DDS, and meanwhile, the amplitude and the phase are adjusted through the DDS to realize system calibration; by using the radio frequency direct sampling technology, the module design is simplified, the system size is further reduced, and the power consumption is reduced.)

一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统

技术领域

本发明涉及导航领域，尤其涉及一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统。

背景技术

多普勒甚高频全向信标(DVOR)是陆基导航设备的重要保障，利用多普勒效应原理研制的一种全向信标，其基本功能是为机载VOR设备提供一种复杂的无线电信号，经过机载VOR接收机解调后，测出地面甚高频全向信标相对于飞机的VOR方向，飞行员既可以根据此方向与预设的方向对比，调整飞机路线或者降落。

目前国内机场安装的多普勒甚高频全向信标主要为AWA和THALES两家的产品，国内厂商主要是天津764厂，目前国内现役DVOR包括764最新设备都是由模拟电路搭建，因此，这种DVOR系统都存在四点缺点:

1.体积大，功耗大，对安装环境的温度要求较高；

2.设备受模拟器件影响，容易老化，维护成本较高，使用不方便；

3.容易受干扰，精度不够高；

4.且安装调试复杂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统，本系统采用全数字化系统设计的概念，相对传统模拟方式设计的甚高频全向信标机，以更低的成本实现完成系统激励、系统校准以及系统参数监控等功能。

本发明采用的技术方案如下：一种全数字化多普勒甚高频全向信标系统，包括：发射切换单元TCU、信号激励单元SGU、监控器单元MCU、天线转换单元ASU和本地控制单元LCU；

所述发射切换单元TCU与信号激励单元SGU互相连接；

所述信号激励单元SGU通过DDS产生调幅载波和边带信号，将调幅载波和边带信号发送给发射切换单元TCU，并根据发射切换单元TCU反馈的调幅载波和边带信号的幅度以及边带信号的相位进行实时校准；

所述发射切换单元TCU内部采用软件无线电架构，发射切换单元TCU在接收调幅载波和边带信号后，通过ADC对调幅载波和边带信号进行射频采样运算，将运算得出的调幅载波和边带信号的幅度以及边带信号的相位反馈给信号激励单元SGU；

所述监控器单元MCU分别与发射切换单元TCU和信号激励单元SGU互相连接；

所述监控器单元MCU内部采用软件无线电架构，所述监控器单元MCU与监控天线连接，对监控天线耦合下来的空间信号进行ADC射频采样处理，并计算出空间信号的各项技术参数；

所述天线转换单元ASU与发射切换单元TCU相连，接收发射切换单元传来的调幅载波和边带信号，并对调幅载波和天线信号进行辐射；

所述本地控制单元LCU与监控器单元MCU相连，实现多普勒甚高频全向信标系统的操作控制、状态显示以及通信功能。

进一步的，系统中还包括电源单元PWU；

所述电源单元PWU分别与发射切换单元TCU、信号激励单元SGU、监控器单元MCU和本地控制单元LCU相连，实现对各个单元的供电。

进一步的，所述监控器单元MCU通过UART分别与发射切换单元TCU、信号激励单元SGU、本地控制单元LCU连接，所述发射切换单元TCU通过UART与信号激励单元SGU连接。UART更利于信号在系统内传输。

进一步的，所述信号激励单元SGU发射的边带信号依次经过环形器和滤波器后，再进入发射切换单元TCU。环形器完成对信号激励单元SGU的保护，防止天线切换开关切换过程中，发生切换时序偏差时出现空载，造成信号激励单元SGU出现损坏。滤波器的作用在于滤除谐波。

进一步的，所述信号激励单元SGU发射的调幅载波经过滤波器后，再进入发射切换单元TCU。滤波器的作用在于滤除谐波。

进一步的，所述发射切换单元TCU还通过定向耦合器对调幅载波和边带信号进行正向耦合以及反向耦合，正向耦合后的调幅载波和边带信号作为正向耦合信号用于辐射，反向耦合后的调幅载波和边带信号用于故障检测。

进一步的，所述空间信号的各项技术参数包括载波功率、载波调制度、幅载波调制度和摩尔斯码。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：本系统通过数字化DDS产生激励信号，同时通过DDS调整幅度相位实现系统校准。发射切换校准和监控模块采用了软件无线电架构，运用了射频直接采样技术，简化了模块设计,实现了天线端口前的全数字化，因此，可以进一步实现更高精度的校准和指标监控，使系统射频指标更优化，同时数字化校准检测和监控系统系统抗干扰能力好，系统尺寸进一步减小，功耗进一步降低。

附图说明

图1是本系统总体架构图；

图2是本系统内部分单元全数字化设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

下面对本申请出现的技术用语进行解释。

DDS：直接数字式频率合成器；

UART：通用异步收发传输器；

ADC：模/数转化器。

实施例1

如图1、图2所示，本系统包括电源单元PWU、本地控制单元LCU、监控器单元MCU、信号激励单元SGU、发射切换单元TCU以及天线切换单元ASU。

其中本地控制单元LCU与监控器单元MCU互相连接，本地控制单元LCU主要完成DVOR(多普勒甚高频)信标操作控制、状态显示以及相应通信功能。

信号激励单元SGU分别与发射切换单元TCU和监控器单元MCU互相连接，信号激励单元SGU主要完成发射信号的调制生成及功率放大，信号激励单元SGU通过5路DDS产生1路调幅载波和4路边带信号，将调幅载波和4路边带信号发送给发射切换单元TCU，并根据发射切换单元TCU反馈的调幅载波和4路边带信号的幅度以及4路边带信号的相位实时校准5路DDS的幅度和相位，其中4路边带信号具体包括混合函数调制后的两路上边带信号[USB_s(Sin²720*USB),USB_c(Cos²720*USB)]，混合函数调制后的两路下边带信号[LSB_s(Sin²720*LSB),LSB_c(Cos²720*LSB)]。

发射切换单元TCU在接收调幅载波和4路边带信号后，通过ADC对调幅载波和4路边带信号进行射频采样，采样后的数据送入发射切换单元TCU内部的FPGA进行运算，然后将运算得出的调幅载波和4路边带信号的幅度以及4路边带信号的相位反馈给信号激励单元SGU进行实时校准。

监控器单元MCU分别与发射切换单元TCU和信号激励单元SGU互相连接；所述监控器单元MCU与监控天线连接，对监控天线耦合下来的空间信号进行ADC射频采样处理，由监控器MCU内部的FPGA计算出空间信号的各项技术参数；同时监控空间辐射信号的各项指标是否满足要求，如果不能满足，通知本地控制单元LCU切换分机或者关机。

天线转换单元ASU与发射切换单元TCU相连，天线转换单元ASU接收发射切换单元TCU传输过来的校准后的调幅载波和4路边带信号，按着固定的时序分时选择其中4路进行信号辐射。

电源单元PWU分别与发射切换单元TCU、信号激励单元SGU、监控器单元MCU和本地控制单元LCU相连，实现对各个单元的供电。

实施例2

优选地，发射切换单元TCU和监控器单元MCU的内部皆采用软件无线电架构，实现系统的数字化设计。

实施例3

优选地，监控器单元MCU通过UART分别与发射切换单元TCU、信号激励单元SGU、本地控制单元LCU连接，所述发射切换单元TCU通过UART与信号激励单元SGU连接。使用UART传输信号，更利于信号的稳定传输。

实施例4

如图2所示，优选地，信号激励单元SGU发射的4路边带信号，经环行器进入滤波器，环形器完成对信号激励单元SGU的保护，防止天线切换开关切换过程中，发生切换时序偏差时出现空载，造成功信号激励单元SGU中出现损坏；滤波器将4路边带信号滤除谐波后，再传输至发射切换单元TCU。而调幅载波的信号通道不经过天线转换，故调幅载波不需要再经过环形器，而是经滤波器滤除谐波后，再传输至发射切换单元TCU。

实施例5

如图2所示，优选地，发射切换单元TCU在接收到滤除谐波后的调幅载波和4路边带信号后，通过定向耦合器对调幅载波和4路边带信号进行正向耦合和反向耦合，其中正向耦合后的调幅载波和边带信号被输出给天线转换单元ASU进行辐射，反向耦合后的调幅载波和边带信号用于故障检测，检测后续射频通道是否畅通。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。