一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法

摘要

本发明提供了一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法，涉及导航技术领域。其特征在于，所述系统包括：控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端分别信号连接于无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端包括：控制单元和数据传输单元；所述无线电信号源端包括：控制命令传输单元、调制信号输入单元、无线电AD转换单元、无线电处理单元、无线电滤波和衰减单元和射频输出单元；所述GPS信号源端包括：GPS处理单元、GPS端AD转换单元、混频单元、频率综合单元和GPS滤波和衰减单元。该发明具有灵活性、通用性、成本低等优点。

说明书

技术领域

本发明涉及导航技术领域，特别涉及一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法。

背景技术

在现代航空中，导航是一种十分重要的技术。通常，我们把引导运载体按既定航线航行的过程称为导航。利用无线电技术对运载 体航行的全部（或部分）过程实现导航，称为无线电导航。到目前为止，无线电导航系统是世界上军、民航使用最为广泛的导航装置，几乎所有的军、民航机场都装 有无线电导航系统。当前，我国民用和军用航空中近程导航的现状也仍是以无线电导航为主，并且由于现有的飞机着陆系统装置仍不健全，因此，无线电导航系统对 于保障飞机的归航和进场引导就显得尤为重要。目前广泛应用的民用机载无线电导航系统有自动定向机、甚高频全向信标系统、仪表着陆系统、气象雷达、应答机、 测距机、低高度无线电高度表、多普勒导航系统和奥米伽导航系统。

无线电导航系统由地面导航台及机载设备组成，机载设备主要由环形天线、垂直天线、天线放大器、环匹配器、接收机、中央控制单元、无线电航向指示器、耳机及连接电缆等构成，能自动地、连续地测量飞机相对地面导航台的航向角，便于为飞机导航。

在实际导航测试中，为模拟无线电导航中组合天线的输出射频信号，经常要求设计各种满足导航系统性能和技术指标要求的信号源。信号源所产生的信号形式、参 数及工作方式等都要根据系统要求实时地进行灵活调整。因此，信号源必须具备信号产生方法灵活、参数变化速度快、信号频谱纯度高，系统稳定可靠等特点。而信号源的信号形式和参数实时可变的特点主要体现在信号产生器的技术上。

另外，GPS技术在军事上的陆、海、空导航，定点轰炸以及舰载导弹制导获得了广泛的应用。尤其在1991年的海湾战争中，美军的导弹在卫星定位系统的导航下准确的击中远程目标给全世界留下了深刻的印象。从那个时候起，GPS技术也就是卫星导航技术引起了人们的关注。随着GPS技术向民用的开放，它所蕴藏的巨大商机被挖掘出来，在欧美等发达国家，GPS产业每年创造效益达到数百亿美元。特别是随着卫星导航接受机的集成微型化，出现各种融通信、计算机、GPS为一体的个人信息终端，是卫星导航技术从专业应用走向大众，成为继通信、互联网之后的信息产业第三个新的增长点和国家综合国力的重要组成部分。

在实际过程中也需要人工生成GPS信号源进行GPS导航系统的测试。因此研发一种GPS和无线电导航的信号源综合生成系统将具有很大的现实意义。

现有的信号源系统主要存在下面的问题：

1、功能单一：只针对一种导航系统进行导航，不具备很强的实用性。

2、灵活性不够好：只能针对单一的频率和角度进行独特的信号源生成。不具备很强的灵活性。

3、通用性较差：不同的通信系统在使用现有的信号源时，大都需要使用不同的软硬件进行实现。无法做到很强普遍适用性。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法，本发明具有功能多样、灵活性高、通用性强、成本低和精度高等优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种GPS和无线电的模拟信号源系统，其特征在于，所述系统包括：控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端分别信号连接于无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端包括：控制单元和数据传输单元；所述控制单元信号连接于数据传输单元；所述无线电信号源端包括：控制命令传输单元、调制信号输入单元、无线电AD转换单元、无线电处理单元、无线电滤波和衰减单元和射频输出单元；所述控制命令传输单元信号连接于无线电处理单元；所述无线电处理单元信号连接于无线电AD转换单元和调制信号传输单元；所述无线电AD转换单元信号连接于无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元信号连接于射频输出单元；所述GPS信号源端包括：GPS处理单元、GPS端AD转换单元、混频单元、频率综合单元和GPS滤波和衰减单元；所述GPS处理单元信号连接于GPS端AD转换单元、所述GPS端AD转换单元信号连接于混频单元；所述混频单元信号连接于频率综合单元；所述频率综合单元信号连接于GPS滤波和衰减单元。

所述数据传输单元还分别信号连接于GPS处理单元和控制命令传输单元，用于连通控制终端分别和无线电信号源端和GPS信号远端之间的数据通信；所述控制单元，包括：设置模块、模式选择模块和启动模块；所述设置模块，用于设置设定信号源的角度、频率；所述模式选择模块，用于选择需要GPS信号源还是需要无线电信号源。

所述控制命令传输单元，用于连通无线电信号源端和控制终端之间的数据通信，接收来自控制终端发送过来的控制命令数据，将控制命令数据发送至无线电处理单元；所述调制信号传输单元，用于连通控制终端和无线电处理单元之间的调制信号传递；所述无线电处理单元，用于根据控制终端发送过来的控制命令，进行系统自检、频率设定、角度设定和射频启动的操作，以及利用内部的晶体震荡器产生系统所需频率的多个时钟信号，根据上位机的调制信号数据控制命令，生成最终的调制信号；所述无线电AD转换单元，用于将数字化的调制信号转换为模拟信号，将模拟信号发送至无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元，用于对生成的模拟信号进行滤波和衰减，将处理后的信号发送至射频输出单元；所述射频输出单元，用于将生成的信号发送出来。

所述GPS处理单元，用于根据控制终端发送过来的数据信息和本身的晶体震荡器生成所需的GPS信号；将生成的GPS信号发送至GPS端AD转换单元；所述GPS端AD转换单元将生成的模拟GPS信号转换为数字GPS信号，将数字GPS信号发送至混频单元；所述混频单元包括：混频器、频率综合器和晶振器，用于将接收到的数字GPS信号和晶振器产生的晶振信号进行混频，将混频后的信号发送至GPS滤波和衰减单元；所述GPS滤波和衰减单元，用于对混频后的GPS信号进行滤波和衰减。

一种GPS和无线电的模拟信号源系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：启动控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；

步骤2：通过模式选择模块选择需要无线电信号源还是GPS信号源；如果选择无线电信号源，则执行步骤3，如果选择GPS信号源，则执行步骤7；

步骤3：控制终端发送命令数据经数据传输单元发送至控制命令传输单元，控制命令传输单元将命令数据发送至无线电处理单元；

步骤4：无线电处理单元接收到命令数据后，首先进行系统自检，然后设定好信号源的频率和信号源的角度，并启动射频；

步骤5：无线电处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的无线电信号源信号；将无线电信号源信号发送至无线电AD转换单元；

步骤6：经无线电AD转换单元的数模转换和无线电滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，发送至射频输出单元进行信号源输出；

步骤7：控制终端发送命令至GPS处理单元；

步骤8：GPS处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的GPS信号源信号；将GPS信号源信号发送至混频单元；

步骤10：GPS滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，输出信号源；

所述无线电信号源端产生的甚高频全向信标的导航信号形式为：

QUOTE

;

其中， 表示基准相位信号幅度， 表示方位角，表示30Hz角频率，表示9960Hz角频率，表示调频指数， 表示基准相位信号的调幅度， 表示载波信号角频率。

所述无线电信号源端产生的自动定向机的导航信号形式为：

;

其中，E表示信号幅度，表示常值，M表示调制指数，Ω表示低频调制信号频率，θ表示方位角，Va表示音频调制信号，ωc表示载波频率。根据各导航信号设计的不同，低频信号按整倍数周期进行相位翻转，等效于在θ前乘上一个符号函数U（t）。

采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果：

1、灵活性高：本发明能通过更换程序或模块来适应多种工作频段和多种工作方式；产生多种适用于不同状况的GPS信号源和无线电信号源。

2、精度高、速率快：本发明可以同时采用大规模FPGA，可将信号源的定向精度提高至0.1度，输出波形频率分辨率达到0.01Hz，并且可以使用高速DA芯片，最高数据率可达125MHz。

3、通用性强：系统结构通用，功能实现灵活。不同的通信系统可由相对一致的硬件利用不同的软件来实现，系统功能的改进和升级也很方便。。

4、成本低：本发明将GPS信号源和无线电信号源进行了组合再一起，虽然单个设备的成本提升了，但是适用对象更广，比起单独都买不同的GPS信号源和无线电信号源的成本更低。

附图说明

图1是本发明的一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法的系统结构示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明实施例1中提供了一种GPS和无线电的模拟信号源系统，系统结构如图1所示：

一种GPS和无线电的模拟信号源系统，其特征在于，所述系统包括：控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端分别信号连接于无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端包括：控制单元和数据传输单元；所述控制单元信号连接于数据传输单元；所述无线电信号源端包括：控制命令传输单元、调制信号输入单元、无线电AD转换单元、无线电处理单元、无线电滤波和衰减单元和射频输出单元；所述控制命令传输单元信号连接于无线电处理单元；所述无线电处理单元信号连接于无线电AD转换单元和调制信号传输单元；所述无线电AD转换单元信号连接于无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元信号连接于射频输出单元；所述GPS信号源端包括：GPS处理单元、GPS端AD转换单元、混频单元、频率综合单元和GPS滤波和衰减单元；所述GPS处理单元信号连接于GPS端AD转换单元、所述GPS端AD转换单元信号连接于混频单元；所述混频单元信号连接于频率综合单元；所述频率综合单元信号连接于GPS滤波和衰减单元。

所述数据传输单元还分别信号连接于GPS处理单元和控制命令传输单元，用于连通控制终端分别和无线电信号源端和GPS信号远端之间的数据通信；所述控制单元，包括：设置模块、模式选择模块和启动模块；所述设置模块，用于设置设定信号源的角度、频率；所述模式选择模块，用于选择需要GPS信号源还是需要无线电信号源。

所述控制命令传输单元，用于连通无线电信号源端和控制终端之间的数据通信，接收来自控制终端发送过来的控制命令数据，将控制命令数据发送至无线电处理单元；所述调制信号传输单元，用于连通控制终端和无线电处理单元之间的调制信号传递；所述无线电处理单元，用于根据控制终端发送过来的控制命令，进行系统自检、频率设定、角度设定和射频启动的操作，以及利用内部的晶体震荡器产生系统所需频率的多个时钟信号，根据上位机的调制信号数据控制命令，生成最终的调制信号；所述无线电AD转换单元，用于将数字化的调制信号转换为模拟信号，将模拟信号发送至无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元，用于对生成的模拟信号进行滤波和衰减，将处理后的信号发送至射频输出单元；所述射频输出单元，用于将生成的信号发送出来。

所述GPS处理单元，用于根据控制终端发送过来的数据信息和本身的晶体震荡器生成所需的GPS信号；将生成的GPS信号发送至GPS端AD转换单元；所述GPS端AD转换单元将生成的模拟GPS信号转换为数字GPS信号，将数字GPS信号发送至混频单元；所述混频单元包括：混频器、频率综合器和晶振器，用于将接收到的数字GPS信号和晶振器产生的晶振信号进行混频，将混频后的信号发送至GPS滤波和衰减单元；所述GPS滤波和衰减单元，用于对混频后的GPS信号进行滤波和衰减。

本发明实施例2中提供了一种GPS和无线电的模拟信号源系统的处理方法：

一种GPS和无线电的模拟信号源系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：启动控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；

步骤2：通过模式选择模块选择需要无线电信号源还是GPS信号源；如果选择无线电信号源，则执行步骤3，如果选择GPS信号源，则执行步骤7；

步骤3：控制终端发送命令数据经数据传输单元发送至控制命令传输单元，控制命令传输单元将命令数据发送至无线电处理单元；

步骤4：无线电处理单元接收到命令数据后，首先进行系统自检，然后设定好信号源的频率和信号源的角度，并启动射频；

步骤5：无线电处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的无线电信号源信号；将无线电信号源信号发送至无线电AD转换单元；

步骤6：经无线电AD转换单元的数模转换和无线电滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，发送至射频输出单元进行信号源输出；

步骤7：控制终端发送命令至GPS处理单元；

步骤8：GPS处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的GPS信号源信号；将GPS信号源信号发送至混频单元；

步骤10：GPS滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，输出信号源；

所述无线电信号源端产生的甚高频全向信标的导航信号形式为：

QUOTE

;

其中， 表示基准相位信号幅度， 表示方位角，表示30Hz角频率，表示9960Hz角频率，表示调频指数，表示基准相位信号的调幅度，表示载波信号角频率。

所述无线电信号源端产生的自动定向机的导航信号形式为：

;

其中，E表示信号幅度，表示常值，M表示调制指数，Ω表示低频调制信号频率，θ表示方位角，Va表示音频调制信号，ωc表示载波频率。根据各导航信号设计的不同，低频信号按整倍数周期进行相位翻转，等效于在θ前乘上一个符号函数U（t）。

本发明实施例3中提供了一种GPS和无线电的模拟信号源系统及处理方法，系统结构图如图1所示：

一种GPS和无线电的模拟信号源系统，其特征在于，所述系统包括：控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端分别信号连接于无线电信号源端和GPS信号源端；所述控制终端包括：控制单元和数据传输单元；所述控制单元信号连接于数据传输单元；所述无线电信号源端包括：控制命令传输单元、调制信号输入单元、无线电AD转换单元、无线电处理单元、无线电滤波和衰减单元和射频输出单元；所述控制命令传输单元信号连接于无线电处理单元；所述无线电处理单元信号连接于无线电AD转换单元和调制信号传输单元；所述无线电AD转换单元信号连接于无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元信号连接于射频输出单元；所述GPS信号源端包括：GPS处理单元、GPS端AD转换单元、混频单元、频率综合单元和GPS滤波和衰减单元；所述GPS处理单元信号连接于GPS端AD转换单元、所述GPS端AD转换单元信号连接于混频单元；所述混频单元信号连接于频率综合单元；所述频率综合单元信号连接于GPS滤波和衰减单元。

所述数据传输单元还分别信号连接于GPS处理单元和控制命令传输单元，用于连通控制终端分别和无线电信号源端和GPS信号远端之间的数据通信；所述控制单元，包括：设置模块、模式选择模块和启动模块；所述设置模块，用于设置设定信号源的角度、频率；所述模式选择模块，用于选择需要GPS信号源还是需要无线电信号源。

所述控制命令传输单元，用于连通无线电信号源端和控制终端之间的数据通信，接收来自控制终端发送过来的控制命令数据，将控制命令数据发送至无线电处理单元；所述调制信号传输单元，用于连通控制终端和无线电处理单元之间的调制信号传递；所述无线电处理单元，用于根据控制终端发送过来的控制命令，进行系统自检、频率设定、角度设定和射频启动的操作，以及利用内部的晶体震荡器产生系统所需频率的多个时钟信号，根据上位机的调制信号数据控制命令，生成最终的调制信号；所述无线电AD转换单元，用于将数字化的调制信号转换为模拟信号，将模拟信号发送至无线电滤波和衰减单元；所述无线电滤波和衰减单元，用于对生成的模拟信号进行滤波和衰减，将处理后的信号发送至射频输出单元；所述射频输出单元，用于将生成的信号发送出来。

所述GPS处理单元，用于根据控制终端发送过来的数据信息和本身的晶体震荡器生成所需的GPS信号；将生成的GPS信号发送至GPS端AD转换单元；所述GPS端AD转换单元将生成的模拟GPS信号转换为数字GPS信号，将数字GPS信号发送至混频单元；所述混频单元包括：混频器、频率综合器和晶振器，用于将接收到的数字GPS信号和晶振器产生的晶振信号进行混频，将混频后的信号发送至GPS滤波和衰减单元；所述GPS滤波和衰减单元，用于对混频后的GPS信号进行滤波和衰减。

一种GPS和无线电的模拟信号源系统的处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：启动控制终端、无线电信号源端和GPS信号源端；

步骤2：通过模式选择模块选择需要无线电信号源还是GPS信号源；如果选择无线电信号源，则执行步骤3，如果选择GPS信号源，则执行步骤7；

步骤3：控制终端发送命令数据经数据传输单元发送至控制命令传输单元，控制命令传输单元将命令数据发送至无线电处理单元；

步骤4：无线电处理单元接收到命令数据后，首先进行系统自检，然后设定好信号源的频率和信号源的角度，并启动射频；

步骤5：无线电处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的无线电信号源信号；将无线电信号源信号发送至无线电AD转换单元；

步骤6：经无线电AD转换单元的数模转换和无线电滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，发送至射频输出单元进行信号源输出；

步骤7：控制终端发送命令至GPS处理单元；

步骤8：GPS处理单元根据晶体振荡器和控制终端发送过来的数据命令进行信号生成；生成调制好的GPS信号源信号；将GPS信号源信号发送至混频单元；

步骤10：GPS滤波和衰减单元的滤波和衰减处理后，输出信号源；

所述无线电信号源端产生的甚高频全向信标的导航信号形式为：

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其中，表示基准相位信号幅度，表示方位角，表示30Hz角频率，表示9960Hz角频率，表示调频指数，表示基准相位信号的调幅度，表示载波信号角频率。

所述无线电信号源端产生的自动定向机的导航信号形式为：

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其中，E表示信号幅度，表示常值，M表示调制指数，Ω表示低频调制信号频率，θ表示方位角，Va表示音频调制信号，ωc表示载波频率。根据各导航信号设计的不同，低频信号按整倍数周期进行相位翻转，等效于在θ前乘上一个符号函数U（t）。

本发明能通过更换程序或模块来适应多种工作频段和多种工作方式；产生多种适用于不同状况的GPS信号源和无线电信号源。

本发明可以同时采用大规模FPGA，可将信号源的定向精度提高至0.1度，输出波形频率分辨率达到0.01Hz，并且可以使用高速DA芯片，最高数据率可达125MHz。

系统结构通用，功能实现灵活。不同的通信系统可由相对一致的硬件利用不同的软件来实现，系统功能的改进和升级也很方便。。

本发明将GPS信号源和无线电信号源进行了组合再一起，虽然单个设备的成本提升了，但是适用对象更广，比起单独都买不同的GPS信号源和无线电信号源的成本更低。

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。