机载着陆设备信号模拟器的研制

牛强军， 徐其东， 贾德宇

（空军第一航空学院，河南 信阳 464000）

0 引言

着陆设备地面台（站）信号具有频率范围宽、调制方式多、格式复杂、时隙严格、动态范围大等特点，机载设备存在种类多、接口参数差异大、控制协议不统一，检测准确性要求高、深度和范围大等问题，针对以上特点和问题，通过分析地面台（站）、机载设备的特性参数，综合运用数字信号处理、频率合成、矢量调制等技术实现多模式着陆设备信号的模拟，研制了着陆设备信号模拟器[1]，模拟器在结构上采用基于模块化的设计，适应不同的运用情况与参数设置，使模拟器具有可重编程和可移植等特性，降低模拟器对模拟和数字电路硬件的依赖，满足基层级、中继级和基地级的不同测试需求。

1 功能

着陆设备信号模拟器，作为基层级保障设备，完成各种地面导航台的信号模拟，包括：仪表着陆系统航向台、下滑台、指点信标台的信号；甚高频全向信标（VOR）台的信号；微波着陆系统方位制导信号、仰角制导信号及基本数据信号[2]，配合机载着陆设备完成设备原位功能检查。在中继级和基地级保障中，产生测试需要的信号，通过接口适配器，完成各型机载着陆设备的性能、功能的测试。

2 硬件组成及原理

着陆设备信号模拟器电路组成包括低频调制信号形成单元、射频信号合成单元、射频信号输出单元、接口控制单元及电源转换与管理单元五个部分，如图1所示。

在原位检测中，控制面板及显示屏构成人机接口，实现各型着陆系统地面台站的发射信号波束模拟，通过外连天线发射，完成各型着陆系统机上设备性能评估和功能检查；在外场作为测试接收机，校验、测试和检查各型着陆系统地面设备的性能；在性能测试时，可以通过面板或通过通用接口总线(GPIB)操作控制，产生综合保障平台所需的各种激励信号(包括各种角度信号、数据信号及各种干扰信号)，配合完成各型机载着陆设备性能的自动测试。

图1 组成框

低频调制信号形成单元运用直接数字频率合成器（DDS）技术[3]，由DSP/FPGA电路产生低频模式信号。依据接口控制单元的指令，完成各种低频调制信号的波形合成及波束形成。在现场（LOC）、下滑道（GS）、VOR、指点信标（MKR）工作模式下，输出30 Hz基准、30 Hz可变相位、90 Hz、150 Hz、1 020 Hz、400 Hz、3 000 Hz、4 000 Hz、9 960 Hz 调频等低频调制信号及其各种组合信号；在MLS工作模式下，提供波束控制信号，包括各种调制的同步 Barker码、功能码、OCI码、莫尔斯码、天线扫描、测试波束、扫描波束及合成时分多址（TDM）时隙。

射频信号合成单元运用频率合成技术和矢量调制技术，产生LOC、GS、VOR、MKR及MLS工作模式对应的地面台发射信号，频率范围为75～5 090.7 MHz，带宽达5 GHz。信号的包络由低频调制信号形成单元送来的低频调制信号或波束控制信号确定；信号频率由接口控制单元送来的频率码确定。

射频信号输出单元的功能是控制射频信号输出电平，其主体为程控衰减器，衰减量由接口控制单元送来数据码确定，输出的射频信号电平范围为-20～-110 dBm，步进为1 dB。

电源转换与管理单元用来将220V/AC或27V/DC电源转化为系统各功能电路所需的直流电压（+24 V、±12 V、±5 V、3.3 V、2.5 V、1.6 V）。

接口控制单元是模拟器的控制核心，负责系统的操作与控制，控制器采用嵌入式工控机 PC104。接口控制单元在操作指令控制下具体完成系统的开机上电控制、面板开关状态的采集、工作模式（LOC、GS、VOR、MKR、MLS）置定、工作参数（通道号、调制深度差（DDM）、方位角等）设置、状态信息的显示，通过 GPIB总线可以与外控制系统进行通信。外场单独使用时，由专用键盘和LCD显示构成人机接口，专用键盘包括 F1～F5、上、下、左、右、返回、确认、RESET及关机等功能键。

3 采用的主要技术

3.1 基于DSP/FPGA的DDS低频调制信号形成技术[4]

模拟器通过合成低频同相/正交（I/Q）矢量信号来提供各种调制信号、实现信号的各种模式调制。系统采用DSP实时处理技术（包括数据计算算法与映射变换）、DDS（NCO数控振荡器）、高速数模转换器（DAC）、滤波、I/Q平衡调节技术来实现，电路组成框图如图2所示，包括了波表合成、增益控制、上变频器（DUC）、限幅器、DAC、带通滤波器（BPF）等。为了防止信号在内插滤波器或正交混频中出现溢出、饱和现象，在波表合成和DUC之间增加了增益控制环节。同时为了适应不同速率的基带信号，调制器中的内插滤波器（I1↑、I2↑）是编程可控的。高速数字信号处理技术及器件（DSP/FPGA）实现信号幅度、相位合成与调整，具有可重编程的特性，降低了系统对模拟和数字硬件的依赖。

系统利用直接数字频率合成器输出信号具有稳定性高、波形可控性好、各个功能单元可以在高速系统中分时复用的优点，实现多种信号的合成与叠加，实现的原理框图如图 3所示，它由累加器、正弦表、数据存储单元、加法器、频率数据寄存器、相位数据寄存器、DAC数模转换器组成。

图3 低频信号合成原理框

3.2 基于频率合成和矢量调制的射频信号产生技术

着陆设备信号模拟器产生的信号涉及到多个频带，具有范围宽、信道间隔小的特点，模拟器通过采用矢量信号调制技术、多个/多环频率合成器来实现，保证系统同时多模式工作，原理框图如图4所示。

为解决单环锁相式频率合成器带宽有限，难以同时解决宽频带、多波段、低信道间隔、低噪声的问题，系统采用了复合多锁相频率合成技术，锁相式多波段频率合成器采用了多个锁相环及压控振荡器选择使用，每个锁相环/压控振荡器（PLL/VCO）工作在不同的频率上，且具有不同的带宽；同时系统采用双环结构并结合混频电路实现模拟器宽带、低信道间隔、切换速度快的要求，其中：一个环路实现宽带/大低信道间隔、另一个环路实现窄带/小低信道间隔，电路采用采用LMX2316/2326芯片。对DAC输出I/Q信号直接送射频（RF）矢量调制电路完成幅度调制（AM）、频率调制（FM）、二进制相移键控（BPSK）等调制，电路中采用AD9761/ RF2485或AD5445/AD8345来实现。

图4 宽带频率合成及矢量调制实现

3.3 DSP/FPGA及实时数字信号处理技术

在模拟器中，信号的处理采用高速 DSP/FPGA来完成。DSP实时处理技术可以完成各种控制流程、模式的转换与各种编码译码/调制解调算法。采用多 DSP结构构成的并行处理，使多种实时信号处理与各单元工作同步协调进行。高速模数/数模转换器（ADC/DAC）是基带数字信号处理与模拟的信号处理的桥梁。矢量生成信号经ADC/DAC转换的模拟信号经中频处理模块作放大、滤波、频率变换，经射频处理成为各种无线接口信号，满足不同电子系统模拟信号要求[5]。模拟系统软件提供测试所需的环境设置，由CPU控制程序、DSP/FPGA程序部分组成，采用开放式、模块化的程序结构，便于用户使用、维护、扩充。其中 DSP/FPGA软件功能组成如图5所示。系统采用“开放性、标准化、总线化”开放式体系结构，便于构造标准化、模块化的硬件平台及软件平台。实现硬件平台模块化，具有通用性、可扩充性、可维修性；软件具有可移植性、可重用性和可互操作性。数字信号处理/通信仿真、开发与验证集成开发环境是集Matlab/Simulink、System Generator For DSP、AccelDSP、C-to-VHDL以及高性能硬件系统为一体的集成开发环境。

图5 数字信号处理部分软件组成

4 结语

着陆设备信号模拟器在设计过程中，解决了宽频带、高稳定度信号产生，低频调制信号的合成，MLS格式及波束形成，射频信号的宽范围电平控制等问题，针对各种着陆设备测试需要的地面台信号模拟、原位功能检查、性能自动测试、故障研究及系统效能评估等功能，构建了着陆设备信号模拟器，其功能涵盖了外场模拟器、检测仪及模拟信号源，实现了多型号着陆设备维修保障设备的小型化、智能化、综合化，解决了着陆装备的各种功能检验、性能检测与评估、排故与维修等综合保障问题，提高了维修保障效率和保障能力。

[1] 牛强军.机载多模式着陆系统综合保障平台研制总结报告[R].信阳：空军第一航空学院，2009.

[2] 吴苗.无线电导航原理及应用[M].北京.国防工业出版社.2008：84-182.

[3] 陈小清，李磊民.基于DDS+PLL的宽带扫频源的设计与实现[J].通信技术,2010,43（03）：188-190.

[4] 严天锋，乔种玮，沈佩兰.软件无线电综合信道化接收系统[J].通信技术,2009,42（02）：143-145.

[5] 冯振伟，武小冬，梅顺良.基于 FPGA的数字中频接收机设计与实现[J].通信技术,2010,43（04）：17-19.

Web安全问答（1）

问：什么是ARP攻击

答：ARP是地址解析协议，是一种将IP地址转化为MAC地址的协议。在网络中，当A主机需要向B主机发送报文时，会先查询本地的ARP缓存表，找到与B主机IP地址对应的MAC地址后，进行数据传输，但如果未找到，则会发送一个广播ARP请求报文，请求对应B主机IP的B回应MAC地址，这个广播包会被整个广播域中所有主机收到，但只有B主机会发现IP地址对应自己，就会将MAC地址回应给A，此时A收到这个回应并更新自己的ARP缓存，进行下一步的数据传说。ARP攻击应当叫做ARP欺骗，就是攻击冒充网关地址对网络中主机给出ARP查询回应，使得本来是A-＞网关的数据走向变成A-＞攻击者-＞网关。

问：如何判断自己的Web服务器是不是已经成为肉鸡？

答：如果发现自己的Web服务器开启了一些奇怪的进程，发现Web服务器总是有大量从内往外的连接，发现Web服务器不定时系统缓慢，如有以上现象，可使用木马清除软件进行检查和查杀。