一种直升机GPS和GNC导航系统测试设备

摘要

本发明属于航电领域，涉及到一种直升机GPS和GNC导航系统测试设备，包括一个接口适配器，分别与接口适配器连接的模拟机上控制电路、导航数据电路、高度编码开关组、导航/通讯音频电路以及电源组件，电源组件还与单片机控制电路和模拟机上控制电路连接，单片机控制电路还与高度编码开关组和模拟机上控制电路连接，所述接口适配器的端口包括GPS接口、GNC接口、TRACK接口、ALT-CODER接口、NAV-IND接口和电源接口。本发明已完成XX型机载GPS导航系统和GNC通讯导航综合系统设备多套产品的装机前校验工作，完全满足了为GPS/GNC系统提供精准的数字和模拟信号要求，具有良好的应用价值和可观的经济效益。

说明书

技术领域

本发明属于航电领域，特别是涉及到一种直升机GPS和GNC导航系统测试设备。 

背景技术

现有民用GPS（全球卫星定位系统）导航检测仪只局限于低速机载、车载或手持GPS进行校准和测量，只能检测跟踪速度低、伪码率低、捕捉时间长等性能低的GPS系统，只能用于民机导航系统检测范畴，无法满足当前直升机GPS和GNC（定位导航通讯系统）快速捕捉、高速度计算、精确分辨率的等功能，而且更不能对GNC系统中的VHF（甚高频通讯）功能和VOR（甚高频全向信标）导航功能进行有效检测。 

现有的航空导航系统测试设备，都是通过模拟的、分立设备来检测通用导航功能包括无线电罗盘和伏尔导航系统在内的检测设备，并未涉及到GPS功能，更无法对集合了GPS导航、VHF通信电台和VOR全向信标导航功能于一体的GNC系统进行性能检测，将未检测性能的产品装备到直升机上，直接影响到直升机卫星定位、VHF通讯和VOR导航功能，对直升机的质量和安全产生隐患，造成无法预计的伤害和损失。因此，建立直升机GPS系统和GNC通讯导航定位系统的检测能力是保障直升机质量和安全的重要保障之一。 

发明内容

发明目的：本发明解决直升机机载GPS定位系统功能测试基础上，对集合GPS、VHF通信和VOR导航功能的一体机GNC系统进行装机前检测的要求，建立直升机总装现场和试验室测试1553B总线自动定向仪的检修和维护能力。 

技术方案：一种直升机GPS和GNC导航系统测试设备，包括一个接口适配器，分别与接口适配器连接的模拟机上控制电路、导航数据电路、高度编码开关组、导航/通讯音频电路以及电源组件，电源组件还与单片机控制电路和模拟机上控制电路连接，单片机控制电路还与高度编码开关组和模拟机上控制电路连接，所述接口适配器的端口包括GPS接口、GNC接口、TRACK（跟踪）接口、ALT-CODER（高度编码器）接口、NAV-IND（导航显示器）接口和电源接口。 

所述单片机控制电路用于选择和控制GPS/GNC系统的工作状态，包括选择状 态、控制状态和手动搜星状态，单片机控制电路控制高度编码开关组中各开关的组合方式，并控制模拟机上控制电路系统启动开关的形式，并控制电源组件按照测试程序中所需的电压提供给接口适配器。 

所述高度编码开关组用于模拟机上编码高度表提供的高度编码信息，由不少于10个开关组成。 

所述模拟机上控制电路用来模拟直升机交联系统之间的控制关系，包括启动控制、PTT键控、SEQ功能控制。 

所述电源组件用于分别给单片机控制电路、模拟机上控制电路和接口适配器提供+5V、-5V和+12V电压。 

所述导航数据电路用于监控机载产品输出的RS232/ARINC429数据信息。 

所述导航/通讯音频电路用来输入和输出GPS及GNC系统语音信息，测试通讯功能的话音失真情况。 

有益效果：本发明在设计思路上采用模块化、标准化设计，以满足系统性能测试要求为前提，兼顾接口和功能的扩展性，在部件选择上以标准的货架产品为原则，按系统原理图进行连接，所有器件均采购工业级的标准器件，全部符合国家电子设备测试标准。本发明从理念上GPS/GNC导航系统测试设备摒弃了原有众多设备的罗列组合的方式，更新为集合GPS卫星信号检测和VHF通讯导航信号检测功能于一体，应用了卫星信号转换、串行数据分析等技术手段，通过对离散的、高频的、卫星和VHF信号进行调制和解调方法对测试信号进行变换，达到信号转移和分析的目的。本发明从设计实施上，按照国军标5095.2-1997电子设备用机电元件基本试验规程及测量方法、GJB2547－1995装备测试性大纲和电子部附件测试测量规范执行，严格控制器件的设计、选购和布局。本发明已完成XX型系列直升机机载GPS导航系统和GNC通讯导航综合系统设备多套产品的装机前校验工作，效果良好，完全满足了为GPS/GNC系统提供精准的数字和模拟信号，技术性能可靠，已达到同领域内领先水平，填补国内外空白，缩短飞机生产周期，同时，该设备扩展性强、应用范围广，具有良好的应用价值和可观的经济效益。 

附图说明

图1为本发明原理框图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述，请参阅图1。 

如图1所示，一种直升机GPS和GNC导航系统测试设备，包括一个接口适配器，分别与接口适配器连接的模拟机上控制电路、导航数据电路、高度编码开关组、导航/通讯音频电路以及电源组件，电源组件还与单片机控制电路和模拟机上控制电路连接，单片机控制电路还与高度编码开关组和模拟机上控制电路连接，所述接口适配器的端口包括GPS接口、GNC接口、TRACK接口、ALT-CODER接口、NAV-IND接口和电源接口。连接被测试的GPS/GNC系统产品，以及同机上相交联的跟踪显示器、编码高度表和导航指示器连接试验，验证交联系统之间的工作性能。 

所述单片机控制电路用于选择和控制GPS/GNC系统的工作状态，包括选择状态、控制状态和手动搜星状态，单片机控制电路控制高度编码开关组中各开关的组合方式，并控制模拟机上控制电路系统启动开关的形式，并控制电源组件按照测试程序中所需的电压提供给接口适配器。单片机控制电路是以AT89C51芯片和辅助电路构成的，AT89C51是一种带有4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器，高性能的CMOS8位微处理器，该器件是ATMEL高密度非易失存储存储器，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容，为很多嵌入式控制系统提供了灵活性高且价廉的设计方案。该器件不仅完成一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上，通过编译程序控制外围电路，构成可控制的小型管理系统，控制功能强，完成逻辑判断、功能控制和方式选择功能。 

所述高度编码开关组用于模拟机上编码高度表提供的高度编码信息，由不少于10个开关组成。高度编码开关组位于操作面板上，用来手动模拟飞行高度编码，观察GPS或GNC系统GPS高度辅助方式测算的高度测量功能是否正常。高度编码开关组模拟四组8421BCD码，选用其中的A1、A2、A4、B1、B2、B4、C1、C2、C4、D4位为ALT-CODER编码开关。 

所述模拟机上控制电路用来模拟直升机交联系统之间的控制关系，包括启动控制、PTT（发射）键控、SEQ（静噪）功能控制。模拟机上控制组件位于操作面板上，由8个手动复位开关组成，模拟直升机上多系统之间的交联关系根据需要将电源组件中的+5V或可变电压通过接口适配器传输到GPS产品中，8个开关（APPRO、TEST、MAP SEQ、KEY、Tx-LOCK、TRANSMIT、BATTERY）分别模拟机上 交联系统中的飞行控制、试验、地图、静噪、键控、发射锁定、发射和电池充电启动功能。 

所述电源组件用于分别给单片机控制电路、模拟机上控制电路和接口适配器提供+5V、-5V和+12V电压。电源组件由电源保护电路、电源DC-DC模块和电压调整电路组成。电源保护电路由两个晶体管（BG1/BG2)和辅助电路器件构成，具有电源短路保护、断电自锁、过载电流保护功能。DC-DC模块电路由两块DC-DC模块组成，将28V输入电源电压变换成+5V、-5V和+12V电压，用于单片机和模拟机上控制组件电路供电，器件选用沈阳长峰朝阳4NIC-HJC24D5和4NIC-HJC24S12型号模块，该模块输入电压为24～32V宽电压输入，4NIC-HJC24D5模块输出两路5V电压，4NIC-HJC24S12型号模块输出一路12V电压，输出纹波50mV，输出功率15W，采用5面金属外壳，一体化实体封装，自然风冷散热，还可控输出禁止，限流保护，输出过压保护等特性，满足国防军工和科研试验应用的需要。电压调整电路选用以UA723H为核心部件的电压调整电路，附加调整部件模块组成了直流电压变换电路。主要电路选自《交直流电源变换电路精选》一书中可靠的、成熟电路的设计，金属封装的UA723H集成电路构成高效能低功耗可调稳压电路，该电路通过调整线性电位器电压将28V转换成0～27V连续可变的直流电压输出，输出电流达2A,稳压器的反相输入端3脚，由跨接在输出端的一个50K电位器的中心抽头馈入，以获得所要求的0～27V输出电压，误差的补偿是由连接在UA723的103K电容来完成，一旦出现过流（＞8A）或短路，UA723将自动关断晶体管，并将输出电压降为接近于零，直到消除短路状态为止，采用外接达林顿功率管2N3055进行扩流，电路中的限流电阻Rsc（0.33）可以采用PCB上的铜皮或安装5W的线绕电阻。 

所述导航数据电路用于监控机载产品输出的RS232/ARINC429数据信息。导航数据端口用来输出GPS和GNC系统的导航数据（包括RS232串行数据和ARINC429串行数据，在传输到计算机中的同时通过检测仪数据并联，可以通过外接其它相关设备进行数据分析。计算机通过对串行数据RS232和ARINC429的解析，把GPS导航信息显示出来，并记录测试结果，结合检测仪表板上的状态显示灯把产品的工作状态、信息情况清晰的显示出来。 

所述导航/通讯音频电路用来输入和输出GPS及GNC系统语音信息，测试通 讯功能的话音失真情况。导航通信音频地电路选用AD2003作为主要部件，对音频信号进行放大处理，由音频放大器AD2003和周围辅助电路组成，通过GNC系统音频阻抗输出引入音频信号。从“AUDIO IN”输入音频，从“AUDIO OUT”输出音频。 

本发明的工作流程： 

连接： 

按要求连接产品与检测设备。在通电检测过程中，不允许断开微波环路电缆。将试验电缆接口按照标识分别连接到模拟器、GPS导航系统（或GNC系统）、串行数据分析仪和无线电综合测试仪。 

初始设置： 

GPS/GNC控制开关均为关闭状态，启动GNS743A卫星模拟器、串行数据分析仪、无线电综合测试仪的电源，调整卫星模拟器“RF ATTENUATOR”衰减器的-88dB。 

GPS性能测试： 

启动GPS系统电源，待进入正常工作状态后进行如下测试； 

按照需要，选择“ALT-CADER”开关组的高度和机上模拟器开关状态。缓慢改变卫星信号强度，增加或关闭伪码、多普勒位移设置为0048，设置初始地为东经E126°39’30”，北纬E45°35’30”，观察GPS系统定位情况。 

定位精度：改变卫星信号模拟器的卫星编号，提供4颗卫星信号，检查卫星定位的精度误差应不大于±30”; 

地图匹配：功能正常 

显示功能：显示区域包括定位经纬度、卫星数量、卫星信号强度、地图区域、航线显示等信息。 

地图数据库检索：重新设定初始经纬度，可以快速显示当前地图，并定位。 

卫星数量编号：正确显示当前可见GPS卫星编号。 

接收灵敏度：改变模拟器射频幅度测量接收机的接收门限，应在-110～-115dB之间。 

伪码率：附加和关闭伪码，测量伪码功能，应不小于0.06 

GNC的VHF通讯性能测试 

接收机灵敏度：不小于6dB, 

接收机静噪灵敏度：≤5uV 

接收机音频功率：不小于7.75V 

接收机失真度：≤10% 

发射机功率：不小于10W 

发射机调制度：不小于80%； 

发射机失真度≤10% 

GNC的VOR导航性能测试： 

数字方位精度：±1.5° 

接收机灵敏度：≤3uV 

航向信标定位精度：偏差≤8mV 

航向信标旗：≥250mV 

实施例： 

应用本发明检测的GPS/GNC系统的数据见表1 

表1检查高度表的数据表 

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