基于ARM 的选择呼叫测试系统的设计与开发*

■ 鲍志浩 陈文远 冯鑫 谢馨 朱树仁/中国民航大学电子信息与自动化学院

0 引言

选择呼叫系统是机载无线电通信系统的重要组成部分，能够在甚高频通信系统（VHF）和高频通信系统（HF）之外提供地面塔台对飞机的呼叫提示。在对飞机进行航线或者定期检查时，需要对选择呼叫系统进行操作测试，以验证选择呼叫系统的性能指标满足适航要求。目前，市场主流测试设备大多需要进口且成本较高，难以满足我校机务专业学生的实践课程需求。因此，设计并开发了以ARM 单片机为控制核心的选择呼叫系统测试系统，能够完成飞机维护手册（AMM）规定的测试程序对选择呼叫系统的操作测试。

1 选择呼叫系统

每架飞机都固定有一个由四个英文字母组成的选择呼叫编码（或飞机代码）。当地面塔台想与某飞机进行通信联系时，即通过HF 或VHF 通信系统发出该飞机的选择呼叫编码。机载选择呼叫器通过HF 或VHF 接收机接收到本机选择呼叫编码时，选择呼叫控制面板指示灯亮并伴有相应的谐音，告诉飞行员地面在呼叫本飞机，飞行员再按照所指示的通信系统（HF 或VHF）联络通话。这样，飞行员平时可不用总戴着耳机准备接听，从而免除了机组对地面呼叫的长期守候。选择呼叫系统包含的组件有选择呼叫译码器、选择呼叫控制面板、选择呼叫系统声音告警继电器和选择呼叫程序销钉，其组成如图1 所示。

每架飞机的编码都由两个连续的音频音调脉冲组成，而每个脉冲又同时有两个音调，编码的音调由各种音调组合而成，单个音调脉冲宽度为1s，两个音调间隔0.2s，编码脉冲格式如图2 所示。

飞机的选择呼叫编码由四位英文字母组成，格式为AB-CD，可以选用字母A 到字母S 之间除了I、N、O之外的所有英文字母，并且每个字母只能出现一次。从图2 中可以看出，每个脉冲由两个音调相加组成，所以AB-CD、BA-CD、AB-DC 和BA-DC是等效的。由此可以计算出一共有16×15×14×13/4=10920 个选择呼叫编码。所有的编码字母分别对应不同的调谐频率，详见表1。

2 系统设计

选择呼叫系统地面台向外发射的无线电信号由载波信号和基带信号调制组合而成。基带信号即选择呼叫系统产生的音频音调脉冲，频率范围为312.6 ～1479.1Hz。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸一般应大于发射信号波长的四分之一。而基带信号包含较低频率分量的波长较长，致使天线过长而难以实现，同时过低频率的信号容易在远距离传输中造成较大损耗。因此，通常是基带信号通过调制将其搬移至频率较高的载波信号上，载波信号根据需要可以选择工作在118 ～136.975MHz的VHF 频段或者工作在2 ～29.999MHz的HF 频段。

图1 选择呼叫系统组成

图2 选择呼叫编码格式

表1 选择呼叫编码频率

基于ARM 的选择呼叫测试系统的信号模拟地面台的发射信号，由载波信号和基带信号组成。系统硬件框图如图3 所示，主要由显示器、微处理器、信号发生电路和电源组成。

微处理选用ARM 作为系统的控制核心。ARM 处理器是英国Acorn 有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器，广泛应用于便携式通信产品、手持运算、多媒体和嵌入式解决方案等领域。

信号发生电路主要包括两个DAC、加法器、乘法器、信号发生器和可变增益放大器。DA 转换器的作用是产生组成选择呼叫编码信号的脉冲信号，即基带信号。如某飞机选择呼叫编码为ADFH，ARM 控制器首先控制两个DAC 产生A（312.6Hz）和D（426.6Hz）两个脉冲信号并进行相加，持续时长1s，之后等待0.2s后产生时长为1s的F（524.8Hz）加H（645.7Hz）信号。同时，信号发生器生成指定频率的载波信号。基带信号和载波信号通过乘法器进行幅度调制，可变增益放大器将信号放大至所需功率，最后通过天线或者同轴电缆发送至外界。

显示器采用TFT 触摸显示屏，能够对系统进行操作设置，设置选择呼叫编码；显示工作频率、选择呼叫编码、发射功率等工作参数。电源模块将锂电池的输出电压转换成适合各个功能模块工作的电压。

3 系统测试

系统设计开发完成后，为验证系统的有效性和信号的准确性，采用如下测试方案。

图3 系统硬件框图

表2 选择呼叫系统测试程序

1）对我校飞机无线电实习室的机载通信系统教学平台进行选择呼叫系统操作测试，验证是否能够完成规定测试项目。

2）使用示波器或频谱分析仪查看系统输出信号，验证系统输出信号指标。

3.1 测试步骤1

我校飞机无线电实习室现有12台机载通信系统教学平台，仿照波音737NG 飞机驾驶舱P8 面板设计，能够实现机载VHF、HF、选择呼叫系统操作与测试，日常主要用于机务专业实践教学。

AMM 手册23-28-00 章节给出了737NG 选择呼叫系统操作测试的详细步骤，表2 为操作测试的实施程序。

试验证明，选择呼叫测试仪能够对机载通信系统教学平台进行全部步骤的测试，证明了选择呼叫测试仪的有效性。

3.2 测试步骤2

图6 GK-RP编码信号

图4 显示了载波信号在不同测试条件下的输出信号波形。

将示波器观察到的信号参数与测试条件进行对比，结果见表3。从表中可以看出，频率差值与幅度差值均小于2%，满足设计目标，证明了设备载波信号输出的准确性。

将基带信号与载波信号进行调制，基带信号即选择呼叫编码为GK-RP，首先观察包络信号，完整的包络信号包含GK 与RP 两组信号，其中RP 包络信号如图5 所示。

完整的GK-RP 信号如图6 所示，其中GK 与RP 的脉冲宽度分别为1.02s 和1.03s，GK 和RP 脉冲间隔为0.192s，满足图2 所示选择呼叫信号编码格式，验证了选择呼叫测试仪输出信号的准确性。

4 结论

本文是在我校机载无线电实习室现有环境下，采用ARM 单片机设计并开发的机载选择呼叫测试系统。经过验证测试证明，该系统可用于相关课程的日常教学，积累了机载无线电测试系统经验，为下一步开发其他机载无线电测试系统打下了基础，后期计划对测试系统进行升级，在机务一线进行试用并尝试申请适航认证，使其能够真正服务于民航维修工作。