一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统数据处理方法与流程

本发明属于飞机导航通信设计领域，涉及一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统数据处理方法。

背景技术：

新型飞机导航通信系统由各种机载无线电设备组成，包括VOR,VHF,ILS等。由于传统无线电设备的设计以硬件为核心，功能单一而且可扩展性差，不同功能的设备需要不同的硬件设计，研发成本高昂，而且难以扩展升级。众多分立的导航通信设备，导致机载设备体积重量和功耗较大，并且缺乏通用性和灵活性，机载导航通信设备亟需一种集成化、一体化的解决方案。

基于软件无线电技术的一体化解决方案具有易于维护升级，扩展性，灵活性高，成本低，重量轻等一系列的特点。在搭建了通用化的硬件平台的基础上，各种导航通信功能的实现的设计重点就由硬件设计转向了软件设计，就由先进电路的设计要求变成了对简洁高效算法的要求。

技术实现要素：

本发明提出了一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统软件处理方法，在传统的仪表着陆系统调制度差解算方法的原理基础上做出了改进，充分结合了软件无线电的理论和设计思想，具有简洁高效准确通用的特点。

本发明一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统软件处理方法可采用如下的技术方案：

包括：

(1)AM解调模块对同相分量序列X_I(n)、正交分量序列X_Q(n)两路数字基带信号进行处理，得到包络信号A(n)，其处理公式为：

所述A(n)为包络信号，包含了90Hz信号，150Hz信号，语音信号以及直流分量；

(2)将A(n)信号分成四路，一路通过90Hz滤波器，得到90Hz信号；一路通过150Hz滤波器，得到150Hz信号；一路通过300～3000Hz滤波器，得到语音信号；一路通过直流分量估计模块得到直流分量；

设所述90Hz信号为X(n),直流分量信号为Y,150Hz信号为Z(n)；

(3)对X(n)信号和Z(n)信号进行幅值测量，幅值测量截取信号序列的后1/10的采样点进行；

(4)对于90Hz的信号和150Hz的信号分别乘以的系数进行幅度放大，X(n)得到对应的幅值输出X′，为90Hz信号幅度；Z(n)得到对应的幅值输出Z′，为150Hz信号的幅度；

(5)根据X′,Y,Z′，按照以下公式可以计算得到仪表着陆所需的调制度差：

DDM＝(X′-Z′)/Y，

其中DDM为仪表着陆系统所需的调制度差。

步骤(2)中A(n)进入直流分量估计模块进行直流分量的提取的过程包括：

直流分量估计模块首先对输入信号A(n)进行加窗运算，其计算公式为：

y_i＝a_i*[1-cos(ω)]，其中，中间参数

其中n为序列A(n)的元素个数，a_i为A(n)的第i个元素，y_i为a_i对应的加窗后的输出；设所述y_i，i＝1,2,3...n-1所构成的序列为Y(n)，对Y(n)进行取均值运算，可获得直流分量信号Y。

步骤(2)中滤波器具体参数分别为：

90Hz滤波器：类型为巴特沃斯带通滤波器，通带起始频率为80Hz，通带截止频率90Hz,滤波器阶数为10；

150Hz滤波器：类型为巴特沃斯带通滤波器，通带起始频率为140Hz，通带截止频率150Hz,滤波器阶数为10；

300～3000Hz滤波器：巴特沃斯类型为带通滤波器，通带起始频率为300Hz，通带截止频率3000Hz,滤波器阶数为3。

本发明的优点在于：算法简单，模块设计具有通用性，其AM解调模块，滤波器模块可用于其他导航通信系统的软件实现，该方法对于航向信标和下滑信标接收功能是通用的，不受航向信标和下滑信标调制度不同的影响。该算法较传统的解算方法高效，准确度高。

附图说明

图1是本发明的模块组成示意图。

图2是本发明的调制度解算模块框图。

图3是调制度差解算模块内部的直流分量估计部分的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明，一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统软件处理方法，是在通用软件无线电硬件平台上，采用可重用、模块化设计的思想设计的用于机载仪表着陆系统航向和下滑信标功能的数据处理方法。该方法施基于图1的装置，步骤如下：

(1)AM解调模块对同相分量序列X_I(n)、正交分量序列X_Q(n)两路数字基带信号进行处理，得到包络信号A(n)，其处理公式为：

所述A(n)为包络信号，包含了90Hz信号，150Hz信号，语音信号以及直流分量；

(2)将A(n)信号分成四路，分别通过90Hz滤波器，150Hz滤波器，300～3000Hz滤波器，直流分量估计模块进行处理；

滤波器模块的设计基于以下考虑：系统对信号的相位并不敏感，可采用无限冲击响应滤波器,即I IR数字滤波器，可利用成熟的模拟滤波器设计方法进行设计，该方法中采用巴特沃斯滤波器，制作成通用的软件模块，其阶数和频率参数可调；经过理论分析和试验验证，本方法采用的一组测试效果良好的具体参数分别为：

90Hz滤波器：类型为带通滤波器，通带起始频率为80Hz，通带截止频率90Hz,滤波器阶数为10；

150Hz滤波器：类型为带通滤波器，通带起始频率为140Hz，通带截止频率150Hz,滤波器阶数为10；

300～3000Hz滤波器：类型为带通滤波器，通带起始频率为300Hz，通带截止频率3000Hz,滤波器阶数为3；

巴特沃斯滤波器设计方法成熟，以上滤波器设计时可采用Matlab等软件进行辅助，不再赘述。

通过上述滤波器可以得到所述处理算法所需的90Hz信号，150Hz信号，另外，语音信号为航向信标系统所需，滤波后后作为数字语音信号输出，后续所述算法不在涉及。设所述90Hz信号为X(n),直流分量幅值为Y,150Hz信号为Z(n)；

(3)如图2所示，对X(n)信号和Z(n)信号进行了幅值测量，幅值测量截取信号序列的后1/10的采样点进行，这样可以有效避免信号通过滤波器所造成的幅度衰减所造成的误差，试验室中可采用0.1s-1s的采样时长；

(4)为了弥补在滤波中产生的幅度损失，需要对信号进行放大。在第(2)步的滤波器设计中，我们将前两个滤波器的通带截止频率设为了90Hz和150Hz，这样90Hz和150Hz信号的幅度衰减均为3dB，即幅度衰减为原来的倍，因此，对于90Hz的信号和150Hz的信号分别乘以的系数进行幅度放大，以保证幅度没有衰减。由此，X(n)得到对应的幅值输出X′，为90Hz信号幅度；Z(n)得到对应的幅值输出Z′，为150Hz信号的幅度。

(5)A(n)进入直流分量估计模块进行直流分量的提取的过程如图3所示，直流分量估计模块首先对输入信号A(n)进行加窗运算，其计算公式为：

y_i＝a_i*[1-cos(ω)]，其中，中间参数

其中n为序列A(n)的元素个数，a_i为A(n)的第i个元素，y_i为a_i对应的加窗后的输出。

接下来对信号进行取均值运算，可获得直流分量输出Y。

其中DDM为仪表着陆系统所需的调制度差。

该方法对于航向信标和下滑信标接收功能是通用的，不受航向信标和下滑信标调制度不同的影响。

一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统数据处理方法，建立在以开放性的硬件通用平台基础上，采用用面向对象的思想，构建可重用的，模块化的软件模块，实现简洁、高效准确的计算。

将所述方法进行了计算机仿真验证，得到的调制度差数据的绝对误差，不超过0.000004DDM；

将所述方法署在软件无线电硬件平台上进行了实验室环境下的双机天线收发验证，调制度差绝对误差未超过0.001DDM。