具有多台链功能的测距设备实现

赖杰鹏，吕宝锋

(陕西凌云电器总公司设计所，陕西宝鸡 721006)

具有多台链功能的测距设备实现

赖杰鹏，吕宝锋

(陕西凌云电器总公司设计所，陕西宝鸡 721006)

机载设备已由针对单一地面台工作转变为可针对多地面台工作，如测得距3个地面台的斜距P，利用P－P－P定位方法，可进行定位和导航计算，这种多地面台扫描工作体制将成为DME发展的趋势。结果表明，该系统能够实现多台链工作，性能稳定可靠。

测距设备;多台工作;定位

测距设备具有DME测距功能，与配套的地面信标台组成近程无线电导航系统，可连续自动测定飞机至地面信标台的直线斜距，实现航路导航;以及与仪表着陆系统联合工作，协助进行进场着陆引导。与传统的测距器相比，该设备具有多台链工作功能，可以同时给出飞机到几个地面台的直线斜距。

1 系统工作原理

距离测量是根据二次雷达工作原理，机载设备以20～24 Hz速率发射询问脉冲对信号，地面信标接收到询问脉冲信号后，经过一个固定延迟，在向机载设备发射应答脉冲对信号。机载设备接收到信标发射信号后，经过识别选择出对自己的测距应答脉冲，并测量出询问脉冲与应答脉冲之间的时间间隔。利用这个间隔，计算出机载设备与信标台之间的实际距离。

测距设备通过信号处理单元发出的收发控制信号控制设备的收发状态;当收发控制信号使得设备处于接收状态时，由天线接收到的射频信号经过收发开关进入接收单元，射频信号在接收单元中经过滤波、放大、混频后，以中频信号的方式送至信号处理单元，信号处理单元对中频信号进行高速A/D采样，将采样后的数据在FPGA中进行滤波、峰值检波、50%检波、译码，将译码信号送入DSP完成距离回答脉冲的提取，并且计算出距离数据;当收发控制信号使得设备处于发射状态时，由信号处理单元产生的询问信号在发射单元中经波型形成、功率放大、功率合成，最后将符合发射要求的大功率信号由天线发射出去。

2 主要信号形式以及信号特性

测距信号是地面信标台不断通过天线向其周围空间发射电磁波信号，经机载设备接收并解调后输出的测距中频信号，它由有一定规律脉冲对组成，内含有相应的距离等信息。测距中频信号包括地面台址的识别信号、地面台的距离应答信号以及随机填充脉冲。

3 测距设备的主要工作原理

3.1 测距设备的组成

LDME－2测距设备包括收发讯机和天线两个部分，收发讯机是测距设备的主要部分，完成设备的主要功能，由发射单元、接收单元、信号处理单元和电源单元组成。测距设备组成框图如图1所示。

3.2 设备工作原理

测距设备通过信号处理单元发出的控制信号控制设备的收发状态;当收发控制信号使设备处于接收状态时，由天线接收到的射频信号经过收发开关进入接收单元，射频信号在接收单元中经过滤波、放大、混频后，以中频信号的方式送至信号处理单元，信号处理单元对中频信号进行高速A/D采样，并将采样后的数据进行滤波和译码，从译码信号中提取距离回答脉冲，并且计算出距离数据;当收发控制信号使得设备处于发射状态时，由信号处理单元产生的询问信号在发射单元中经波型形成、功率放大、功率合成，最后将符合发射要求的大功率信号由天线发射出去。

图1 设备组成框图

3.3 噪声过滤控制过程

先对采样到的一定幅度以上中频脉冲计数，如超过9 000个/秒，即输出噪音电平信号到噪音AGC控制，使中频信号中噪声幅度＜1 V;同时通过脉宽鉴别电路，识别视频信号脉冲宽度，过滤掉 ＜1.6 μs、＞6.4 μs的脉冲，即噪声和强干扰，输出经50%脉冲幅度检波的矩形脉冲进行译码。

3.4 询问方式

由于测距设备在功能上要求能工作于单波道和频率扫描两种工作方式。信号处理单元通过接收控制命令控制设备的工作方式，当设备工作于单波道工作方式时，设备的工作方式与普通测距器大致相同;当设备工作于频率扫描方式时，对询问频率以及询问方式进行了调整，各地面台询问脉冲时序如图2所示。

图2 脉冲时序

针对5个地面测距台进行轮流询问，测距设备在每个地面台上连续工作的时间约为20 ms，每次改变工作波道后，等待一段时间进行硬件通道频率切换来完成产生控制VGC电压采集到标准地面测距信号，在捕捉到标准的地面台信号后，信息处理单元转入正常的测距程序。在测距程序中，当在搜索模式下，20 ms时间内对所工作的地面台进行两次询问，当在跟踪模式下，20 ms时间内对所工作的地面台进行一次询问，根据发出的询问信号捕捉到不同地面台的回答信号，完成多个地面台的测距功能。对于每个地面台的询问频率在跟踪模式下10对/s，搜索模式下20对/s。对于多个地面台，收发讯机发出的询问频率是单个地面的整数倍。

当某个地面台处于搜索模式时，每100 ms对其进行两次询问，产生两次回答，以16次询问为参考，经过800 ms后，当回答概率满足要求，就可对这个地面台进行锁定，收发讯机转入距离跟踪模式，从而送出该地面台的距离信息。

3.5 识别信号

当设备工作于频率扫描方式时，由于通道的频繁切换，在一个波道上连续停留时间较短，无法接收到完整的识别信号，因此通过软件的处理得到相应地面台的识别信号。当频率扫描到某一地面台时，对该地面台的随机脉冲进行鉴别、采样，接收完成后对采样所得的信号进行整形，得到标准的识别控制信号，从而输出该地面台的识别台址。由于地面台询问脉冲间隔为100 ms，识别信号中一个“点”的时间是125 ms，“划”的时间是375 ms，“点”、“划”之间的随机填充间隔是125 ms，所以对于每一个“点”、“划”以及他们的间隔都可以采集到，这样就能够保证经过整形后得到正确的识别信息。

3.6 接收信号

天线接收到的射频信号经过发射单元送入接收单元中，信号经限幅器、定向耦合器后进入放大滤波电路，然后与频率源混频得中频，经中频滤波放大电路、进入对数放大电路和VGC放大电路。经过上述接收通道，－90～－10 dB的射频输入信号最后可变为±3 dB的中频信号送至信号处理单元进行处理，接收原理框图3如下。

图3 接收原理框图

3.7 发射信号

发射单元通过对内部频率源的放大和隔离产生功率放大器需要的激励信号。脉冲调制器根据信号处理单元提供的含有测距信息的询问脉冲信号，进入钟形脉冲形成电路，钟形脉冲形成电路中对询问脉冲信号进行整形、钟形脉冲提取以及数模转换，然后进行放大，形成50 V的钟形脉冲。功率放大器中利用脉冲调制器产生的脉冲调制信号，对射频激励信号进行调制放大。功率放大器采用分级放大，前级使用脉冲调制，后级使用钟形脉冲调制，产生满足要求的具有钟形脉冲波形的射频调制脉冲功率信号，发射原理框图4如下。

图4 发射原理框图

4 硬件电路方案

测距设备的信号处理单元是整个设备控制、数字信号处理以及距离解算的核心，使用先进的数字信号处理器和大规模可编程器件来相互配合完成信号处理单元的功能。需要完成总线的通讯，送出接收单元需要的调谐电压、控制电压、程控衰减器和滤波器的控制信号等，形成控制频合的赋能、时钟等数据，处理接收单元送来的中频信号，计算距离值，产生识别信号，处理封闭信号以及完成自检等功能。测距设备的发射单元用于发射询问脉冲，以完成测距功能。发射分机主要由脉冲调制器和功率放大器部分组成。由于测距设备增加了多台链工作方式，对接收分机通道切换时间提出了更高的要求，测距设备的接收单元主要包括限幅器、耦合器、滤波电路、频率源、滤波放大电路、对数放大电路和VGC放大电路。

5 结束语

测距系统中的机载设备利用地面信标台的回答信号测量距离，为飞机提供航路距离信息。提出了利用分时工作改进的测距设备，可以进行利用多台链测距方法进行定位和导航计算，这便于对地面台进行导航测距是比较方便的。

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Realization of a Distance Measuring Device with Multi Chains

LAI Jiepeng，Lü Baofeng
(Institute of Design，Shaanxi Lingyun Electrical Corporation，Baoji 721006，China)

Airborne Equipment has transformed from working for a single ground station to working for multi ground stations.If the slant-range P from 3 ground stations are measured，positioning and navigation can be achieved by the P-P-P positioning method.This multi ground stations scanning mechanism will be the development trend of DME.It is shown that this system can realize multi chain work and its performance is reliable.

distance measuring;several chain work;position

TN953+.2

A

1007－7820(2012)08－038－03

2012-04-02

赖杰鹏(1976—)，男，工程师。研究方向:发射原理框图。