论文导读：罗兰-C导航系统机载设备在机务内场进行定检测试时。需要罗兰-C系统地面台站信号模拟器提供专用的测试信号。还需要罗兰-C系统信号模拟器要具有程控操作功能。笔者研制了一种既可通过GPIB接口进行程控操作。（4）“FPGA”（选用EP20K300E）为现场可编程门阵列。

　　关键词：罗兰-C导航系统，地面台站，信号模拟器，GPIB接口，FPGA，DSP

　　1引言

　　随着“长河二号”工程的全面投入运行，罗兰-C远程无线电导航系统地面台链已有效覆盖中国东、南部沿海及内陆领域[1]，航空型罗兰-C导航系统接收设备已实现了国产化[2][3]。目前在国内，罗兰-C导航系统除了已普遍应用于海上舰船导航定位外，还开始广泛应用于空中飞机航线导航、终端导航和非精密进近引导。罗兰-C导航系统在航空领域的应用，丰富了飞机导航引导手段。

　　罗兰-C导航系统机载设备在机务内场进行定检测试时，需要罗兰-C系统地面台站信号模拟器提供专用的测试信号。特别是在自动测试系统（ATE）平台上对罗兰-C系统机载设备进行定检测试时，还需要罗兰-C系统信号模拟器要具有程控操作功能。

　　依据在ATE系统测试平台上对罗兰-C系统机载设备进行自动定检测试时的功能需求，同时兼顾传统手动测试环境的使用要求，笔者研制了一种既可通过GPIB接口进行程控操作，又可通过控制面板手动操作的罗兰-C系统地面台站信号模拟器。

　　2设计思路

　　2.1功能和适应性考虑

　　根据在ATE 系统平台上对罗兰-C系统机载设备进行自动定检测试时的功能需求，同时兼顾考虑传统手动测试环境下的使用要求，要求罗兰-C系统地面台站信号模拟器应能模拟产生罗兰-C地面台站信号，以与其它测量仪器配合使用，完成航空型和航海型罗兰-C接收机的时差精度、台站锁定时间、台站跟踪等性能指标的程控自动检测和手动人工检测。具体功能如下：

　　（1） 可模拟产生不同时差的任意一组罗兰-C台链的主、副台工作信号；

　　（2） 具有同轴电缆信号和天线射频信号两种罗兰—C台链主、副台模拟信号输出形式；

　　（3） 具有运用GPIB总线程控设置罗兰-C台链主、副台组重复间隔（又称为“组重复周期”，GRI）和主、副台时差1（TD1）、时差2（TD2）数值和模拟信号输出幅度等数值功能；

　　（4） 具有通过GPIB总线与ATE系统主控计算机之间的通信功能；

　　（5） 具有运用控制面板人工设置罗兰—C台链主、副台GRI、TD1、TD2数值和模拟信号输出幅度等数值功能；

　　（6） 具有自检测功能。

　　2.2主要设计指标

　　依据功能需求定位，确定罗兰-C系统地面台站信号模拟器设计指标如下：

　　（1）射频输出信号频率范围：90～110kHz

　　（2）罗兰—C台链GRI值可调范围：40.00～99.99ms

　　分辨率：0.01 ms

　　（3）罗兰—C台链主台与两副台间时差TD1（SA）、TD2（SB）值可调范围：11000.00～99999.99?s

　　分辨率： 0.01 ?s（10ns）

　　（4）同轴电缆输出模拟信号数据：特性阻抗50Ω

　　衰减量可调范围0～60dB

　　分辨率1 dB

　　精度±0.1 dB

　　（5）程控接口标准：GPIB IEEE488.2总线形式

　　（6）工作电源：220V±10%、50Hz

　　（7）连续工作能力：8h

　　（8）平均故障间隔时间（MTBF）：>1000h

　　（9）工作温度：-10～+45?C

　　（10）结构及外型尺寸：3U标准机箱（高：3U，宽：420mm，深：≦600mm）

　　3 板级电路工作原理

　　罗兰—C系统地面台站信号模拟器采用模块化结构设计思想，整个模拟器硬件由GPIB程控接口及逻辑控制板、罗兰-C系统地面台站模拟信号产生板、天线信号驱动板、频率基准板、电源板和人工操作控制面板等6块功能组件板组成，如图1所示。

　　图1 罗兰-C系统信号模拟器功能模板组成图

　　3.1 GPIB接口及逻辑控制板

　　在程控状态，GPIB接口及逻辑控制板板依据上位机（主控计算机）的GPIB赋值指令（表1中序号为2，4，6，8所示的GRI、SA和SB赋值命令），在CPU控制下产生所需罗兰-C信号相位编码脉冲。

　　GPIB接口及逻辑控制板原理框图如图2所示。论文参考网。其中：

　　（1）“CPU”（选用C8051F系列）为中央处理器，负责FPGA与GPIB接口之间的数据通讯；

　　（2）GPIB接口专用芯片包括GPIB接口芯片（选用NAT9414）和GPIB信号收发驱动器（选用SN75160B，SN75161B）等，充当GPIB接口与CPU之间的适配器，用以实现GPIB接口与CPU之间的数据通信。GPIB接口专用芯片满足IEEE 488.2协议标准要求；

　　（3）“倍频器”将频率基准10MHz转换到100MHz，以保证主、副台时差满足10ns的设计精度要求；

　　（4）“FPGA”（选用EP20K300E）为现场可编程门阵列，它在CPU控制下，依据GRI、SA和SB赋值命令所设定的GRI、SA和SB值产生相应罗兰-C台链的主、副台相位编码脉冲。

　　图2 GPIB接口及逻辑控制板原理框图

　　需说明的是，在手控状态时，该板利用模拟器前面板拨码开关设定的GRI、SA和SB值，在CPU控制下产生所需罗兰-C台链的主、副台相位编码脉冲。

　　在程控状态时，罗兰-C系统地面台站信号模拟器GPIB命令字符序列和命令响应字符序列如表1所示。

　　表1 罗兰-C系统信号模拟器GPIB命令字符序列表

　　序号命令功能命令字符序列命令响应字符序列

　　1设备查询*IDN?RLC_SIM_V1

　　2GRI赋值GRI1234MSGRI1234MS

　　3GRI查询GRI?GRI1234

　　4SA赋值SA1234567SA1234567

　　5SA查询SA?SA1234567

　　6SB赋值SB1234567SB1234567

　　7SB查询SB?SB1234567

　　8整组赋值GRI1234;SA1234567;SB1234567PARAMETER_OK

　　9整组查询ALL?GRI1234;SA1234567;SB1234567

　　表1中GPIB字符序列说明如下：

　　（1）命令字符序列中，黑体字符表示关键字。为了确认命令通讯的正确性，模拟器对所有命令都进行应答。应答为相同的序列，代表正确接收。对查询命令，其应答序列与最近接受的同类型设置命令的应答序列相同；

　　（2）GRI赋值命令中，字符1234代表四个0~9的数字字符，分别为四位GRI值。MS表示单位为ms；

　　（3）SA赋值命令和SB赋值命令中，字符1234567代表七个0~9的数字字符，分别为七位SA值和SB赋值；

　　（4）整组赋值命令中，相关字符的含义与（2），（3）相同。

　　3.2 模拟信号产生板

　　模拟信号产生板依据GPIB接口及逻辑控制板FPGA输出的罗兰-C信号相位编码脉冲，经3级调谐放大后产生标准罗兰-C地面台站信号，经缓冲输出。可同时输出两路信号：一路经匹配、衰减（可利用前控制面板上衰减拨码开关ATTENUATOR设定的值，调节输出信号峰值大小）由前控制面板上的50Ω同轴电缆输出；另一路输出至天线驱动板，经放大后送至发射天线。

　　模拟信号产生板原理框图如图3所示。

　　图3 模拟信号产生板原理框图

　　3.3天线驱动板

　　该板将模拟信号产生板送来的罗兰-C地面台站模拟信号放大后，送至天线输出。其原理框图如图4所示。

　　图4 天线驱动板原理框图

　　3.4 频率基准板

　　频率基准板板产生整机所需的频率基准10MHz。其原理框图如图5所示。论文参考网。其中：

　　（1）“DC/DC变换”的功能是隔离、稳压。

　　（2）“恒温晶振”产生整机的频率基准10MHz。

　　图5 频率基准板原理框图

　　3.5电源板

　　电源板将交流市电220V、50Hz经变压、整流，为“频率基准板”和“GPIB程控接口及逻辑控制板”提供+5V直流电压，为“罗兰-C系统台站模拟信号产生板”和“天线驱动板”提供+6.7V直流电压。电源板原理框图如图6所示。论文参考网。

　　图6 电源板原理框图

　　4 结束语

　　针对罗兰-C远程导航系统机载接收设备利用ATE系统进行定检测试而研制的罗兰-C系统地面台站信号模拟器，具有较强的通用性、使用环境适应性和可靠性。经不同单位使用表明，该信号模拟器能可靠地用于完成航空型和航海型罗兰-C接收机全部性能指标的程控（通过GPIB接口程控操作）自动测试和手动（通过控制面板手动操作）人工测试。

　　参考文献

　　1 唐金元，郭志勇，王翠珍。 罗兰-C远程导航系统与设备。青岛：海军航空工程学院青岛分院，2005

　　2 航空罗兰―C接收机技术说明书。西安：信息产业部电子第二十研究所，2002

　　3航空罗兰―C接收机使用维护说明书。 西安：信息产业部电子第二十研究所，2002

　　4 XN-969型罗兰―C/GPS组合接收机技术说明书。 西安：中国电子科技集团公司第二十研究所，2003