导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法
【专利摘要】本发明提供一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法，其中，系统包括：一副ILS天线：用于接收载波信号，其中，载波信号混有航道信号和余隙信号；接收机：用于对载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号；计算部分：用于对IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。本发明的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法，采用一副ILS天线进行同信道接收航道信号和余隙信号，能够提高导航设备在线测量的精度和准确性。
【专利说明】
导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法。
【背景技术】
[0002]仪表着陆系统(Instrument Landing System，ILS)是引导飞机进行精密进近和着陆的导航系统，在仪表着陆系统的航向信标和下滑信标中，为了保证低仰角的覆盖，都采用航道发射机和余隙发射机来发射信号，以辅助引导飞机安全着陆，其中，通过航道发射机发射航道信号，并通过余隙发射机发射余隙信号。
[0003]目前，通常采用多副天线的多信道技术对两种发射机输出的信号进行实时接收并处理，但是，由于航道发射机与余隙发射机工作在相隔较近的邻频，使用多通道接收时会造成测量误差。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是提供一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法，采用一副ILS天线进行同信道接收航道信号和余隙信号，提高导航设备在线测量的精度和准确性。
[0005 ]为解决上述技术问题，本发明的技术方案是，
[0006]—方面，本发明提供一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，包括:一副ILS天线，用于接收载波信号，其中，载波信号混有航道信号和余隙信号;接收机，用于对载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号;计算部分，用于对IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。
[0007]进一步地，接收机包括:晶体振荡模块，放大器，混频器，低通滤波器，模数转换器以及数字下变频器;其中，晶体振荡模块，用于生成混频的参考时钟信号;放大器，用于放大载波信号;混频器，用于将放大后的载波信号与参考时钟信号进行混频;低通滤波器，用于对混频后的信号进行低通滤波;模数转换器，用于将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号;数字下变频器，用于将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的IQ信号。
[0008]进一步地，晶体振荡模块包括:GPS天线，GPS驯服时钟，锁相环，以及压控振荡器；其中，GPS天线将接收到的GPS信号，经过锁相环、压控振荡器和GPS驯服时钟生成用于混频的参考时钟信号。
[0009]进一步地，放大器包括，低噪声放大器，驱动放大器;其中，低噪声放大器，用于降低噪声对信号的干扰，并放大载波信号；驱动放大器，用于将载波信号放大到给定放大水平。
[0010]进一步地，计算部分，包括调制模块，数字滤波模块;其中，调制模块，用于将IQ信号合成为调制信号;数字滤波模块，用于对调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。
[0011]进一步地，计算部分还包括解调模块，用于将干净航道信号和干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。
[0012]进一步地，系统还包括一个反馈模块，将计算部分的结果反馈给接收机，以自动调整放大器的给定放大水平。
[0013]另一方面，本发明提供一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，包括:接收载波信号，并对载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号，其中，载波信号混有航道信号和余隙信号;对IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。
[0014]进一步地，所述对所述载波信号进行处理，包括:放大载波信号；将放大后的载波信号与参考时钟信号进行混频;对混频后的信号进行低通滤波;将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号;将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的所述IQ信号;对IQ信号进行处理，包括:将IQ信号合成为调制信号;对调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。
[0015]进一步地，对IQ信号进行处理，还包括:将干净航道信号和干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。
[0016]本发明的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统及方法，采用单信道同时接收航道信号和余隙信号，即，采用一副ILS天线同时接收航道信号和余隙信号，并对从该一副ILS天线中所接收到的载波信号进行一系列的处理，从而获得干净的航道信号和干净的余隙信号，提高导航设备在线测量的精度和准确性。
[0017]此外，关于IQ信号，需要说明的是，在信号分析中，将信号进行矢量分解是一种比较常见的方式，矢量分解的具体方式为:将信号分解为频率相同、峰值幅度相同，且相位相差90度的两个分量。当该信号为一个正弦波时，通常采用一个正弦信号和一个余弦信号来描述这两个分量，其中余弦分量被称为同项分量，即I分量，正弦分量被称为正交分量，即Q分量。本发明所提及的IQ信号，是通过对混频信号进行矢量分解并经过滤波、模数变换以及数字下变频等一系列的处理所获得的I分量和Q分量。
【附图说明】
[0018]图1是本发明提供的一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统的结构框图；
[0019]图2是本发明提供的接收机的结构框图；
[0020]图3是本发明提供的计算部分结构框图；
[0021]图4是本发明提供的一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法的流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
[0023]实施例一
[0024]结合图1，本实施例提供的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，包括:
[0025]—副ILS天线10:用于接收载波信号，其中，载波信号混有航道信号和余隙信号；
[0026]接收机20:用于对载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号；
[0027]计算部分30:用于对IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。
[0028]本发明的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，采用单信道同时接收航道信号和余隙信号，即，采用一副ILS天线10同时接收航道信号和余隙信号，并对从该一副ILS天线10中所接收到的载波信号进行一系列的处理，从而获得干净的航道信号和干净的余隙信号，提高导航设备在线测量的精度和准确性。
[0029]此外，关于IQ信号，需要说明的是，在信号分析中，将信号进行矢量分解是一种比较常见的方式，矢量分解的具体方式为:将信号分解为频率相同、峰值幅度相同，且相位相差90度的两个分量。当该信号为一个正弦波时，通常采用一个正弦信号和一个余弦信号来描述这两个分量，其中余弦分量被称为同项分量，即I分量，正弦分量被称为正交分量，即Q分量。本发明所提及的IQ信号，是通过对混频信号进行矢量分解并经过滤波、模数变换以及数字下变频等一系列的处理所获得的I分量和Q分量。
[0030]优选地，如图2所示，接收机20包括:晶体振荡模块，放大器，混频器205，低通滤波器206，模数转换器207以及数字下变频器208;其中，晶体振荡模块，用于生成混频的参考时钟信号;放大器，用于放大载波信号;混频器205，用于将放大后的载波信号与参考时钟信号进行混频;低通滤波器206，用于对混频后的信号进行低通滤波;模数转换器207，用于将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号;数字下变频器208，用于将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的IQ信号。
[0031]进一步优选地，晶体振荡模块包括:GPS天线，GPS驯服时钟，锁相环201，以及压控振荡器202;其中，GPS天线将接收到的GPS信号，经过锁相环201、压控振荡器202和GPS驯服时钟生成用于混频的参考时钟信号。
[0032]进一步优选地，放大器包括，低噪声放大器203，驱动放大器204;其中，低噪声放大器203，用于降低噪声对信号的干扰，并放大载波信号；驱动放大器204，用于将载波信号放大到给定放大水平。由于在对微弱的信号进行放大时，放大器自身的噪声对信号的干扰很严重，采用低噪声放大器203对信号进行放大，可以降低这种由于放大器自身所造成的噪声，从而提高信号的信噪比。此外，又再采用驱动放大器204对信号进行进一步地放大，从而实现系统所期望的放大倍数。采用两种放大器相结合的方式对载波信号进行放大，可以提高系统的实用性，即使是针对微弱的信号，也可以保证信号的真实性。
[0033]优选地，计算部分30包括调制模块301和数字滤波模块302;其中，调制模块301，用于将IQ信号合成为调制信号;数字滤波模块302，用于对调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。
[0034]进一步优选地，如图3所示，计算部分30还包括解调模块303，用于将干净航道信号和干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。
[0035]进一步优选地，计算部分30还包括频域变换模块，用于将调制信号从时域空间变换到频域空间。由于航道信号和余隙信号在时域会形成重叠，不易将二者实现分离，将调制信号从时域空间变换到频域空间，则是避开了重叠的问题，有助于航道信号与余隙信号的分呙。
[0036]进一步优选地，系统还包括一个反馈模块，将计算部分30的结果反馈给接收机20，以自动调整放大器的给定放大水平。通过反馈模块自动调节对放大器的给定，来调节放大器实际的增益值，能够不断适应系统采集和信号检测需求，可以提高系统测试精准度。
[0037]实施例二
[0038]结合图4，本实施例提供的导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，包括，
[0039]步骤S1:接收载波信号，并对载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号，其中，载波信号混有航道信号和余隙信号；
[0040]步骤S2:对IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。
[0041]本发明实施例的导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，采用单信道同时接收航道信号和余隙信号，即，采用一副ILS天线10同时接收航道信号和余隙信号，并对从该一副ILS天线10中所接收到的载波信号进行一系列的处理，从而获得干净的航道信号和干净的余隙信号，提高导航设备在线测量的精度和准确性。
[0042]此外，关于IQ信号，需要说明的是，在信号分析中，将信号进行矢量分解是一种比较常见的方式，矢量分解的具体方式为:将信号分解为频率相同、峰值幅度相同，且相位相差90度的两个分量。当该信号为一个正弦波时，通常采用一个正弦信号和一个余弦信号来描述这两个分量，其中余弦分量被称为同项分量，即I分量，正弦分量被称为正交分量，即Q分量。本发明所提及的IQ信号，是通过对混频信号进行矢量分解并经过滤波、模数变换以及数字下变频等一系列的处理所获得的I分量和Q分量。
[0043]优选地，对载波信号进行处理，包括:放大载波信号;将放大后的载波信号与参考时钟信号进行混频;对混频后的信号进行低通滤波;将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号；将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的所述IQ信号;对IQ信号进行处理，包括:将IQ信号合成为调制信号;对调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。
[0044]进一步优选地，对IQ信号进行处理，还包括:将干净航道信号和干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。
[0045]尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
【主权项】
1.一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，包括: 一副ILS天线:用于接收载波信号，其中，所述载波信号混有航道信号和余隙信号； 接收机:用于对所述载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号； 计算部分:用于对所述IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。2.根据权利要求1所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述接收机包括:晶体振荡模块，放大器，混频器，低通滤波器，模数转换器以及数字下变频器； 所述晶体振荡模块，用于生成混频的参考时钟信号； 所述放大器，用于放大所述载波信号； 所述混频器，用于将放大后的载波信号与所述参考时钟信号进行混频； 所述低通滤波器，用于对所述混频后的信号进行低通滤波； 所述模数转换器，用于将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号； 所述数字下变频器，用于将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的所述IQ信号。3.根据权利要求2所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述晶体振荡模块包括:GPS天线，GPS驯服时钟，锁相环，以及压控振荡器； 所述GPS天线将接收到的GPS信号，经过锁相环、压控振荡器和GPS驯服时钟生成用于混频的所述参考时钟信号。4.根据权利要求2所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述放大器包括，低噪声放大器，驱动放大器； 所述低噪声放大器，用于降低噪声对信号的干扰，并放大所述载波信号； 所述驱动放大器，用于将所述载波信号放大到给定放大水平。5.根据权利要求1所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述计算部分，包括调制模块，数字滤波模块； 所述调制模块，用于将所述IQ信号合成为调制信号； 所述数字滤波模块，用于对所述调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。6.根据权利要求5所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述计算部分还包括解调模块，用于将所述干净航道信号和所述干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。7.根据权利要求1至6中任一项所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离系统，其特征在于，所述系统还包括一个反馈模块， 所述反馈模块，用于将所述计算部分的结果反馈给所述接收机的所述放大器，以自动调整所述放大器的给定放大水平。8.一种导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，其特征在于，包括: 步骤S1:接收载波信号，并对所述载波信号进行处理，获得计算机可处理的数字化的IQ信号，其中，所述载波信号混有航道信号和余隙信号； 步骤S2:对所述IQ信号进行处理，分别获得干净的航道信号和干净的余隙信号。9.根据权利要求8所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，其特征在于， 所述对所述载波信号进行处理，包括: 放大所述载波信号； 将放大后的载波信号与所述参考时钟信号进行混频； 对所述混频后的信号进行低通滤波； 将所获得的低通滤波后的信号转换成相应数字信号； 将所获得的数字信号转换成便于计算机处理的数字化的所述IQ信号； 所述对所述IQ信号进行处理，包括: 将所述IQ信号合成为调制信号； 对所述调制信号进行滤波，并分别获得干净航道信号和干净余隙信号。10.根据权利要求9所述的导航设备在线测量的同信道信号数字分离方法，其特征在于，所述对所述IQ信号进行处理，还包括: 将所述干净航道信号和所述干净余隙信号翻译成便于设备间传输的数字基带信号，分别获得对应航道信号的数字基带信号和对应余隙信号的数字基带信号。
【文档编号】G01S19/29GK106019327SQ201610298641
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】叶家全, 刘靖, 杨晓嘉, 杨萍, 杨正波
【申请人】中国民用航空总局第二研究所