一种高速转台无线遥测系统

马文姬

【摘要】高速转台是研究模拟弹体运行环境的测试设备。解决在高速旋转条件下被测参量的可靠传输问题，是高速转台设计的一个技术关键。针对这一问题，提出了一种高速转台无线遥测系统，采用多通道采集、多种编码方式、多模式调制，整体集成度高，真正解决了在高速转台中非接触式信号传输存在的问题，为模拟高旋弹、导弹、火箭等在高速高旋条件下的参数测量提供了技术手段。

【关键词】高速转台；多通道；多种编码；多模式调制

弹体飞行运动过程中弹载设备参数的实时精确测量是一项直接关系到弹体运行精度性能的关键技术。但是，弹药本身的耗资巨大，尤其是当今的高旋弹，使得研究模拟弹体运行环境的测试设备逐渐发展起来。如今，随着现代技术的发展，高速转台已经能够满足其要求。高速转台是用来模拟高速旋转工况，检测产品在真实工作条件下的工作状况及其性能指标的关键设备，也是研究模拟弹体运行环境的测试设备。针对传输存在的问题，研究遥测系统的基本构成及其关键技术，拟设计一种高速转台无线近程遥测系统，可以实现在高速转台上多路被测参数遥测系统的一套系列化动作，从采集编码到调制发射，再到接收解调解码数据管理。

一、关键技术的研究

1、编解码技术

由于高速转台这种特殊的环境，需要多路采集完成对转台各个方面的测试，这样得到的采样数据的类型也是各种各样，为了将这些不同类型的采样数据高速存储同时在后期处理数据时更好的分类处理，系统采用混合编帧的处理方法。这正如在数字通信中，载有消息的数字流总是用若干码元组成一个“字”，又用若干“字”组成一“句”。在接收这些数字流时，同样也必须知道这些“字”、“句”的起止时刻，这就需要本系统中用到的帧同步编码来解决。

此外，数字信号在传输过程中，由于受到干扰的影响，码元波形将变坏。接收端可能产生錯误判断。考虑差错控制编码技术，即本系统中设计的纠错编码模块。具体地讲，纠错编码就是在发送端的信息码元序列中，以某种确定的编码规则，加入监督码元，在接收端再利用该规则进行检查识别，从而发现错误，纠正错误。从理论上讲，差错控制是以降低信息传输效率为代价换取提高传输可靠性。本系统中采用的是常见的线性分组码中的汉明码编码方式。对于非分组码来说比较简单，算法易实现。而汉明码是一种能够纠正错码且编码效率较高的线性分组码。

2、调制解调技术

BPSK即二进制相移键控，利用载波的相位变化传递数字信息，信号的振幅、频率保持恒定。本系统中传统的遥测调制方式采用的就是BPSK。目前，实现BPSK调制器的方法有很多，大致可以分为两类。一类是完全采用模拟电路实现，但模拟器件的非线性易受温度的影响且模拟调制器的体积大、系统调试和生产的难度也较大。另一类是基于FPGA实现的，基于FPGA实现的BPSK数字调制器更具有独特的优点：灵活的接口和控制方式、较短的转换时间、较宽的带宽、相位连续变化和频率分辨率较高等。本系统正是利用第二种方法实现。XC6SLX25-FTG258。通过仿真表明，该设计电路简单，使用灵活方便。

二、系统整体结构设计

本系统拟设计一种高速转台无线遥测系统，可以实现在高速转台上多路被测参数遥测系统的一套系列化动作，从采集编码到调制发射，再到接收解调解码数据管理。

多路I/O端口采集包括8路模拟信号和8路数字信号；8路模拟信号要经过A/D转换模块将模拟信号转化为数字信号，然后得到的8路数字信号与原来的8路数字信号进入信源编码模块完成编码；调制模式选择器中提供了传统遥测调制和新型扩频调制，完成初步调制；经过DAC数模转换之后连接上混频器，通过变频把信号的频谱搬至更高的载波频率上，然后连接射频功率放大模块使已调信号以较短的发射天线辐射电磁波。

三、编解码实现

1、同步编码实现

系统中的同步编码是针对高速转台这种特殊的环境选择的一种编码。由于需要多路采集完成对转台各个方面的测试，为了将不同通道的采样数据高速存储以及后期处理，系统采用了同步编码，采用巴克码进行同步编码，巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组，它是一种非周期序列。在系统中采用了在数据中插入长度为4位和16位的巴克码序列（转换成16进制）的打包编帧方式完成同步编码。

2、同步编码测试

数据编码模块输入的数字信号包括由8通道模拟信号经A/D转换输出的12bit数字信号和原有的8bit数字信号。FPGA按照编帧格式要求，控制采集各个数据通道数据的时序，将各类数字信号进行处理，再进行并/串转换，并形成串行数据流输出。

设计实现了采集八通道模拟信号和数字量之后进行一次编码，编码之后输出样式为ee16-00000000-8-0001-1002-2003-3004-4005-5006-6007-7008-401符合了编帧的格式要求，总位数192bit。

四、调制解调实现

BPSK技术已经在高速数据传输中得到了十分广泛的应用，本系统采用BPSK调制解调技术作为首次调制，然后再通过FM再次调制。在BPSK的仿真设计中，当要传输的数字码元为“0”时，输出相位为0相位的载波；为“1”时，输出相位为π相位的载波。通过数字码元的变化，来控制输出正弦波形0、π相位之间变换。通过通信仿真软件System view对整个系统中的调制解调部分进行仿真，包括BPSK和FM调频技术。

在仿真中，由于BPSK调制之后要达到中频，选定为60M，由于频率比较大，看不明显，所以在仿真设计是，选定0相位的载波幅度为1，π相位的载波幅度为2（增益为2）。

五、结束语

把已经设计好的系统发送端安装在高速转台的旋转轴内部，预先设置转台转速等参数，首先设置一个预发数用以发送，加电后工作，转台开始工作并发射信号，同时安装在转台控制站的接收端接收信号。转台停止后，在控制站搭建的上位机平台上比对这个预发数的误码率，测试其性能良好；装上传感器采集数据，重复上述操作，验证可完成整套遥测系统功能。此外，本系统为模拟高旋弹、导弹、火箭等在高速高旋条件下的参数测量提供相关的技术手段。

【参考文献】

[1] 谢维华， 庹新宇， 杨瑞娟. 一种用VHDL语言实现的帧同步算法[J]. 空军雷达学院学报， 2003，02：17-19.

[2] 张晓建， 霍英杰. 现代移动通信中的调制技术研究[J]. 无线互联科技， 2015，10：24-26.