基于FPGA的无人机MLS中频接收机研究与实现

无人机着陆采用微波着陆系统(MLS)作导航系统具有很大优势,针对MLS信号高精度2DPSK解调和AM解调的要求,提出了一种基于FPGA的中频数字化解调方案;分析了改进科斯塔斯环法(Costas)实现载波同步及数字正交AM解调的原理;重点介绍了利用坐标旋转数字式计算机(CORDIC)算法实现数控振荡器(NCO)、鉴相、AM解调关键模块的设计过程。该算法采用流水线结构,只有加法和移位,资源消耗低、效率高、易于FPGA实现。应用VHDL硬件语言进行编程,采用同一电路完成了2DPSK解调和AM解调。仿真结果证明了方案的可行性和准确性,该方案可广泛应用于多种数字中频接收机,具有广阔的应用前景。

MLS激光模拟试验及信号处理建模

根据微波着陆系统的技术体制和导航原理,应用电磁相似理论,建立机场的缩比模型,利用激光在缩比模型下的传播模拟微波载波在实际机场场地环境下的辐射情况,建立基于缩比模型的机场微波着陆系统飞行检验半实物仿真系统。采用MATLAB/RTW的快速原型化目标-xPC目标,建立整个模拟试验系统,进行机载接收信号处理的实时仿真。利用SIMULINK建立了微波着陆系统机载接收机的视频检波、锁定闸门、角度译码等模块的模型,实现了机载接收机的基本角度信号处理功能。机载系统便于调试,仿真参数设置方便。

微波着陆系统（MLS）场地模型

本文讨论建立微波着陆系统场地模型的基本原则和方法，并进行了计算机仿真。场地模型在微波着陆系统场地设计和运行验证中是很重要的。

基于PXI总线的MLS模拟器扫描角度精确测量

利用PXI总线检测技术实现MLS模拟器扫描角度的精确测量。重点对模拟器中频数字化之后的信号进行内插、滤波等处理,以提高扫描波束信号的时间分辨率和减小线性化引起的定时误差。提出了采用多基准电平的扫描角度测量方法,利用加权取平均的方法来平滑干扰噪声对定时精度的影响,并给出了加权系数的具体选取步骤。实验结果表明,内插和滤波可以减小线性化引起的扫描角度计算误差,采用多基准电平的方法可以有效克服干扰噪声对扫描角度测量的影响。

一种基于光学菲涅尔衍射理论的MLS场地环境电波散射研究新方法

根据微波着陆系统场地环境电波散射的基本特性,提出了一种基于光学菲涅耳衍射理论的场地环境电波散射研究新方法。该方法通过将系统场地环境电波散射等价于天线镜像透过矩形孔菲涅耳衍射的方式,实现对非直达波相对直达波信号电平比计算。该方法的特点是对电波反射和电波绕射作统一处理,计算程序简化,运算量小。为验证所提方法的可行性,针对特定的机场场地环境,采用新方法与常用几何光学理论方法进行电波散射的仿真分析,并将仿真结果做了对比验证。结果表明:基于光学菲涅尔衍射理论的场地环境电波散射研究方法克服了几何光学理论在微波着陆系统场地环境电波散射计算过程中的使用缺陷和不足,且对于确定MLS场地环境电波散射影响程度具有一定的实用价值。

一种提高MLS角度精度的综合测量方法

研究了MLS的角度测量问题,提出了一种提高测角精度的综合测量方法。该方法利用往返扫描波束的对称性抑制多径干扰,利用提出的线交叉寻峰算法改善角度测量精度,利用数字滤波技术减小噪声的影响,并用以TMS320F2812 DSP为核心的数字信号处理系统对提出的方法进行了实验验证。测试结果表明:提出的方法具有测量精度高、对多径干扰具有鲁棒性以及便于工程实现的优点。

相位量化对MLS相控阵天线波束指向影响的研究

分析了MLS相控阵天线量化波束指向误差形成机理；介绍了相控阵天线的几种常用的馈相方式，详细讨论了各种馈相方式对量化误差的影响，并通过仿真定量地给出了在每一种馈相方式下量化波束指向误差的大小；建立亍存在初始相位误差的相控阵天线系统的量化误差模型，通过对模型的仿真求解给出了实际系统中量化误差的大小。

一种对MLS地面台站摇动引入测角波动的补偿方法

文中提出了一种用MLS机载设备对MLS地面台摇动引入测角波动的补偿方法。随着地面台站架设平台不同，平台的摇动会给MLS系统带来测角波动。本文提出了一种通过机载设备接收到地面台站发播的数据进行实、虚坐标系的旋转变换的方法来补偿测角波动。

Development of a novel MLS controller based on embedde d ARM

The controller plays an important rol e in microwave landing system(MLS) navigation equipment.The embedded advanced reduced-instruction-set-computing(RISC) machine(ARM) is introduced to de velop a new MLS controller based on the functional requirements.A design includ ing hardware and software of an ARM system is given.The hardware design involve s a ARM smallest system and its interface.μC/OS-II,a good real-time operating system(RTOS),is i ntroduced in the software design.The task partitioning and management are also i nvolved.The experimental results demonstrate that the embedded ARM technique is an effective way in the complex multi-task system,and it meets the high inte gration and real-time processing requirements of the navigation equipment.

基于矢量信号发生器的MLS信号产生与校准研究

基于微波着陆信号特性,提出了应用矢量信号发生器的MLS信号产生方法,与传统微波着陆模拟器相比,信号参数调整更加灵活;同时,采用高速数字示波器、矢量信号分析仪等通用仪器,通过对微波着陆信号直接采样,实现了微波着陆角度及DPSK特性的校准,与传统方法相比,校准精度更加准确、可靠,确保微波着陆系统功能、性能测试。

基于成本效益分析的ILS/MLS过渡决策

本文在对民航几个具有代表性的机场和航空公司进行调研基础上，提出了ＩＬＳ／ＭＬＳ成本计算和未来机队预测方法，从我国目前应用ＩＬＳ现状出发，列举了由ＭＬＳ可能获得的效益。根据成本计算结果的比较和分析，提出了我国ＩＬＳ／ＭＬＳ过渡方案参考的结论和建议，供领导机关作决策选择。

微波真实光谱响应对快速辐射模拟影响分析

为分析国产微波遥感器真实光谱响应在数值天气预报系统同化模块中对微波辐射快速模拟的影响,基于逐线吸收模型,采用TOVS辐射传输(RTTOV)预报因子和风云三号D星微波温度探测仪(FY-3D/MWTS-2)搭载的大气和陆地均有辐射贡献的第四通道真实光谱响应和理想光谱响应,通过最小二乘法,分别拟合生成真实光谱响应和理想光谱响应对应的快速微波辐射光学厚度拟合系数。将两种拟合系数应用于中国气象局全球预报系统(CMA-GFS)的四维变分同化系统,采用美国环境预报中心(NCEP)的分析资料(FNL)作为CMA-GFS的气象要素背景场,模拟不同光谱响应驱动下的微波辐射背景场,并与FY-3D/MWTS-2真实观测场进行对比统计分析,分别计算真实光谱响应和理想光谱响应驱动时,不同海陆类型下的观测背景差(OMB),分析真实光谱响应相比理想光谱响应,对不同海陆类型的微波辐射模拟的差异。分析结果表明,在微波辐射观测场值较低的情况下,真实光谱响应和理想光谱响应驱动模拟的微波辐射背景场值略高于观测场值,随着微波辐射场值增大,模拟的微波辐射背景场值与观测场值更为接近;除南半球靠近极区的少部分地区外,真实光谱响应驱动模拟的OMB均小于理想光谱响应驱动的模拟结果,真实光谱响应驱动的辐射背景场模拟更接近于观测场;相比采用理想光谱响应驱动,采用真实光谱响应驱动后,在陆地地区,微波辐射OMB的均方根误差(RMSE)减小约1.80%;在海洋地区,RMSE减小约2.6%;在海陆交界地区,RMSE减小约4.72%,全球总体RMSE减小2.17%;采用真实光谱响应驱动后,OMB总体的标准差(STDV)和平均绝对误差(MAE)分别减小为0.75%和4.6%。

一种多径条件下的MLS接收机测角误差分析新方法

为了准确分析多径环境条件下微波着陆系统接收机测角误差,在深入分析微波着陆系统(MLS)测角原理的基础上,提出了一种基于扫描波束主瓣等效替代的误差分析方法。该方法通过把往返波束脉冲主瓣用高斯钟形替代,准确计算了接收的扫描脉冲-3dB门限前后沿误差,建立了多路径条件下统一实用的接收脉冲包络波峰位置偏移误差模型和锁住闸门测量误差模型。为验证模型准确性,以特定的多径环境条件为例,计算MLS接收机的测角误差,将计算结果与利用Mathias经典模型的计算结果进行对比,并通过计算机仿真进行验证。结果表明,采用主瓣替代方法能够较好地克服经典模型精确分析误差方面的使用不足和缺陷,且对多径条件下接收机测角精度的准确评定具有一定的实用价值。

微波着陆引导系统多径效应的数字仿真

为分析和评估多路径效应对MLS测角误差影响,提出了一种基于几何光学和射线寻迹理论的MLS多路径角度误差数字仿真新方法.该方法依据几何光学和几何绕射理论在获得多径信号与直达信号电压比的基础上,通过射线寻迹计算多径直达信号相位差,而后对叠加包络的角度误差方向图分解为波束内和波束外多路径误差进行研究,实现角度误差数字仿真.利用该方法对某机场典型环境的多路径问题进行了数字仿真,并将仿真结果与经典模型进行了对比,验证了其可行性.

微波着陆系统激光模拟试验及光学系统关键技术

根据微波着陆系统的技术体制,应用电磁相似理论,建立机场的缩比模型,利用激光在缩比模型下的传播来模拟微波载波在实际机场场地环境下的辐射情况,采用MATLAB/RTW的快速原型化目标-xPC目标的方法,建立整个模拟试验系统,进行机载接收信号处理的实时仿真。以美国某机场环境为原型,得到了其缩比模型下的飞行检验的方位角误差曲线,试验结果与机场实际飞行检验结果吻合较好,证明了微波着陆系统激光模拟试验的有效性。

微波着陆系统信号模拟器设计

介绍了一种基于FPGA的微波着陆系统信号模拟器,采用基于函数发生器方式设计,由计算机根据微波着陆系统的信号格式计算各种信号数据,将信号数据灵活下载到存储器中,按照要求可产生正常或异常的信号及控制时序。实际测试和应用证明,信号模拟器的性能指标达到设计要求。该方法可应用于多种信号模拟器的设计。

微波着陆系统模拟试验电磁相似性分析

根据微波着陆系统的技术体制和导航原理,应用电磁相似理论,将机场微缩到室内,微波波段微缩到光波段,建立基于缩比模型的微波着陆系统机场场地多径效应的半实物仿真系统,利用激光在缩比模型下的传播模拟微波载波在实际机场场地环境下的辐射。鉴于模型系统中电磁波频率不能精确相似,提出了双尺度的缩比实验方法。以雷达散射系数为依据,对原型系统和模型系统下不同类型散射体的电磁散射特性的数值仿真结果进行了比较,分析了两个系统电磁波散射的相似性。通过模拟试验,验证了该仿真系统的可行性。

基于FPGA的微波着陆系统信号模拟器设计

为设计一种通用的无线电导航系统信号模拟器,同时实现微波着陆系统测试设备的小型化与数字化,采用软件无线电的思想,基于现场可编程门阵列(FPGA)设计了一种可编程实时微波着陆信号模拟器。模拟器以单片FPGA为主控芯片,利用串口与上位机软件通信,获取信号参数,并由FPGA生成数字基带信号,配合高性能数模转换器AD9777和宽带正交调制器ADL5375实现信号的模拟。对微波着陆信号的FPGA实现进行了全面的研究,对FPGA实现中难点问题的解决方法和采用的关键技术进行了详细介绍,并利用Modelsim 10.1a对设计进行了验证,证明设计达到预期效果。

植被微波散射模型研究综述

精确的植被微波散射模型是理解微波遥感观测、发展遥感反演算法、提高植被参数和土壤含水量反演精度的基础和关键。针对其在微波观测模拟和反演中的重要性,该文对近几十年研究人员建立的系列植被微波模型,包括植被微波散射经验模型、理论模型和半经验模型进行了回顾,着重分析了基于电磁散射理论和辐射传输方程的理论模型的研究进展,对各模型的优缺点以及应用局限性进行了总结比较。最后,探讨了未来植被微波散射模型可以改进的方向。

基于GUI和矢量信号源的微波着陆信号模拟器设计

提出了基于GUI和矢量信号源的微波着陆信号模拟器设计方法。首先利用MATLAB图形用户界面开发环境设计了集信号参数设置、干扰模拟和基带数据生成于一体的基带波形仿真功能;其次提出了一种改进的扫描波束模拟方法,实现了对微波着陆扫描信号的精确模拟;最后利用矢量信号源MG3700A对基带数据进行混合调制。测试结果表明,该信号模拟器达到设计要求。