多普勒甚高频全向信标数字化监控系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多普勒甚高频全向信标数字化监控系统及方法，该方法为：对射频信号进行滤波和放大处理后，根据带通采样定理对射频信号进行AD采样，采样后的射频信号变频到中频，并将其送入信号处理及控制模块进行数字解调处理。该系统包括射频天线、带通滤波器、放大器、PI衰减器、AD采样模块、信号处理及控制模块和显控模块，所述射频天线、带通滤波器、放大器、PI衰减器、AD采样模块、信号处理及控制模块和显控模块分别依次连接。本发明专利技术减少了硬件模块的内容，很大程度上提高了电路的集成化程度，实现了设备的小型化。由于模拟器件的减少，从而减小了因器件老化等原因对系统功能的影响，且降低了因器件老化而增加的维护费用。

【技术实现步骤摘要】
多普勒甚高频全向信标数字化监控系统及方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种多普勒甚高频全向信标数字化监控系统及方法。
技术介绍
DVOR(DopplerVHFOmniRange，多普勒甚高频全向无线电信标)监控器是通过监控天线监视实际的场信号，以确保辐射的信号没有不正常的变化。如果检测到不正确的导航信号，监视器切换到备用发射机或在无备用系统可以实时将系统关闭。空中得电磁场形式如下：e(t)＝Em{DC+mcgm(t)+mAsin(Ωt)+mfcos[Ωs+kf∫sin(Ωt+θ)]}cos(ωt)其中，Ωs为9960Hz调频副载波、基准相位信号和识别码序列信号已AM调制的方式调制在频率ω为108～118MHz的载波上，而9960Hz调频副载波的调制信号是Ω为30Hz可变相位信号。传统技术为了实现对e(t)信号的监控，主要有一下几个部分：(1)射频模块射频模块主要完成对入场射频信号的处理，其主要包括射频增益和包络解调两个部分，其中射频增益为AGC环路，将射频功率放大至归一化水平，包络解调实现对音频信号的提取。(2)音频模块音频电路完成对各路信号的分解工作。(3)数字计算模块采用分离元器件组成的数字计算电路或者数字集成电路完成信号质量计算。目前，常用的DVOR监控系统的实现一般有两种：第一种是由射频电路、音频电路、以及老式的分离元器件组成的数字计算电路；第二种在第一种基础上，由射频电路、音频电路和数字电路组成，既在第一种的基础上将分离元器件组成的数字计算电路集成化，由数字集成电路完成。上述两种DVOR监控系统都存在四点缺点。(1)由于存在复杂的模拟射频音频等电路，造成监控系统体积较大，抗干扰能力不足；(2)只能定频点接收，在使用过程总对不同的站台要单独调整，通用性不足；(3)由于过多的模拟器件，器件老化等原因对系统影响很大；(4)监控系统所监控的射频指标精度不足。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术在常用的DVOR基础上进行了进一步的数字化改进，采用基于射频直接采样的软件无线电技术，将音频和射频电路都兼容到数字电路中去，并采用高速信号处理的方法解决变频、解调等工作，具体的，本专利技术提出了一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，包括以下步骤：S1.对射频信号进行滤波和放大处理后，根据带通采样定理对射频信号进行AD采样，采样后的射频信号变频到中频，并将其送入信号处理及控制模块进行数字解调处理；S2.采样后的射频信号经过数字下变频后，基带IQ信号经过平方求和完成AM解调，AM解调后的信号为：S3.信号完成AM解调后分为三路，第一路提取1020Hz的摩尔斯码mcgm(n)，并执行步骤S4；第二路经600Hz低通滤波提取30Hz基准相位信号mAsin(ωn)和直流偏量DC，并执行步骤S5；第三路提取调频信号并做正交FM解调，以提取可变相位30Hz信号，并执行步骤S6；S4.对第一路信号进行混频滤波与求平方得到摩尔斯码脉冲，并通过摩尔斯码识别来识别摩尔斯码，再由串口单元将摩尔斯码上报显控模块，以及由信号质量评估及控制单元比对摩尔斯码，若不正确则通过告警判决单元给出告警指示；S5.对第二路信号进行低通滤波得到30Hz基准相位信号和直流DC信号后，采集缓冲区存储30Hz一个周期的32个样本，一个周期样本通过快速傅里叶变换和CORDIC幅相计算后，得到DC和30Hz信号幅度值以及30Hz信号相位值，DC与30Hz信号的幅度比就是30Hz信号的调制度，30Hz信号相位值与FM可变30Hz信号的相位值做差来计算监控天线的方位角；S6.对第三路信号进行FM正交解调得到可变相位30Hz信号后，采集缓冲区存储30Hz一个周期的32个样本，一个周期样本通过快速傅里叶变换和CORDIC幅相计算后，得到可变相位30Hz信号幅度值和相位值，DC和可变相位30Hz信号的幅度比就是副载波调制度，30Hz信号相位值与可变相位30Hz信号的相位值做差来计算监控天线的方位角。作为优选实施方式，所述告警判决单元根据信号质量评估及控制单元传来的监控信息和显控模块传来的控制参数进行对比，超过门限就给出告警指示。作为优选实施方式，所述串口单元将信号质量评估及控制单元传送的监控信息传到显控模块显示，以及将显控模块传来的控制信息传给告警判决单元。作为优选实施方式，在步骤S1中，所述AD采样的采样率为96MSPS。此外，本专利技术还提出一种多普勒甚高频全向信标数字化监控系统，包括射频天线、带通滤波器、放大器、PI衰减器、AD采样模块、信号处理及控制模块和显控模块，所述射频天线、带通滤波器、放大器、PI衰减器、AD采样模块、信号处理及控制模块和显控模块分别依次连接。进一步的，所述信号处理及控制模块包括数字下变频单元、AM解调单元、第一路信号处理单元、第二路信号处理单元、第三路信号处理单元、相差幅差计算单元、信号质量评估及控制单元、串口单元和告警判决单元，所述AD采样模块、数字下变频单元和AM解调单元分别依次连接，所述AM解调单元分别通过第一路信号处理单元、第二路信号处理单元和第三路信号处理单元与信号质量评估及控制单元连接，所述第二路信号处理单元与信号质量评估及控制单元之间，以及第三路信号处理单元与信号质量评估及控制单元之间设置有相差幅差计算单元，所述信号质量评估及控制单元、串口单元和告警判决单元均相互连接，所述串口单元还与显控模块双向连接。进一步的，所述第一路信号处理单元包括混频器、第一滤波器、平方求和单元和摩尔斯码识别单元，所述AM解调单元、混频器、第一滤波器、平方求和单元、摩尔斯码识别单元和信号质量评估及控制单元分别依次连接；进一步的，所述第二路信号处理单元包括低通滤波器、第二滤波器、第一采集缓冲区、第一快速傅里叶变换单元和第一CORDIC谱幅相计算单元，所述AM解调单元、低通滤波器、第二滤波器、第一采集缓冲区、第一快速傅里叶变换单元、第一CORDIC谱幅相计算单元和相差幅差计算单元分别依次连接；进一步的，所述第三路信号处理单元包括FM正交解调单元、第三滤波器、第二采集缓冲区、第二快速傅里叶变换单元和第二CORDIC谱幅相计算单元，所述AM解调单元、FM正交解调单元、第三滤波器、第二采集缓冲区、第二快速傅里叶变换单元、第二CORDIC谱幅相计算单元和相差幅差计算单元分别依次连接。作为优选实施方式，所述第一路信号处理单元中的混频器为1020Hz混频器。作为优选实施方式，所述第一路信号处理单元中的第一滤波器为有限长单位冲激响应滤波器。作为优选实施方式，所述第二路信号处理单元中的低通滤波器为600Hz低通有限长单位冲激响应滤波器。作为优选实施方式，所述第二滤波器和第三滤波器均为积分-梳状级联滤波器。本专利技术的有益效果在于：(1)减少了硬件模块的内容，很大程度上提高了电路的集成化程度，实现了设备的小型化；(2)由于模拟器件的减少，从而减小了因器件老化等原因对系统功能的影响，且降低了因器件老化而增加的维护费用；(3)解决了传统监控系统的精度不足的问题，提高了系统的精度；(4)采用全数字化方案，通过软件配置，可以实现全频点接收。附图说明图1是本专利技术的数字化监控方法示意图；图2是本专利技术的数字化监控系统结构示意图；图3是本专利技术的信号处理及控制模块结构示意图。具体实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对射频信号进行滤波和放大处理后，根据带通采样定理对射频信号进行AD采样，采样后的射频信号变频到中频，并将其送入信号处理及控制模块进行数字解调处理；S2.采样后的射频信号经过数字下变频后，基带IQ信号经过平方求和完成AM解调，AM解调后的信号为：

【技术特征摘要】
1.一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对射频信号进行滤波和放大处理后，根据带通采样定理对射频信号进行AD采样，采样后的射频信号变频到中频，并将其送入信号处理及控制模块进行数字解调处理；S2.采样后的射频信号经过数字下变频后，基带IQ信号经过平方求和完成AM解调，AM解调后的信号为：S3.信号完成AM解调后分为三路，第一路提取1020Hz的摩尔斯码mcgm(n)，并执行步骤S4；第二路经600Hz低通滤波提取30Hz基准相位信号mAsin(ωn)和直流偏量DC，并执行步骤S5；第三路提取调频信号并做正交FM解调，以提取可变相位30Hz信号，并执行步骤S6；S4.对第一路信号进行混频滤波与求平方得到摩尔斯码脉冲，并通过摩尔斯码识别来识别摩尔斯码，再由串口单元将摩尔斯码上报显控模块，以及由信号质量评估及控制单元比对摩尔斯码，若不正确则通过告警判决单元给出告警指示；S5.对第二路信号进行低通滤波得到30Hz基准相位信号和直流DC信号后，采集缓冲区存储30Hz一个周期的32个样本，一个周期样本通过快速傅里叶变换和CORDIC幅相计算后，得到DC和30Hz信号幅度值以及30Hz信号相位值，DC与30Hz信号的幅度比就是30Hz信号的调制度，30Hz信号相位值与FM可变30Hz信号的相位值做差来计算监控天线的方位角；S6.对第三路信号进行FM正交解调得到可变相位30Hz信号后，采集缓冲区存储30Hz一个周期的32个样本，一个周期样本通过快速傅里叶变换和CORDIC幅相计算后，得到可变相位30Hz信号幅度值和相位值，DC和可变相位30Hz信号的幅度比就是副载波调制度，30Hz信号相位值与可变相位30Hz信号的相位值做差来计算监控天线的方位角。2.根据权利要求1所述的一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，其特征在于，所述告警判决单元根据信号质量评估及控制单元传来的监控信息和显控模块传来的控制参数进行对比，超过门限就给出告警指示。3.根据权利要求1所述的一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，其特征在于，所述串口单元将信号质量评估及控制单元传送的监控信息传到显控模块显示，以及将显控模块传来的控制信息传给告警判决单元。4.根据权利要求1所述的一种多普勒甚高频全向信标数字化监控方法，其特征在于，在步骤S1中，所述AD采样的采样率为96MSPS。5.一种多普勒甚高频全向信标数字化监控系统，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志强，冯涛，
申请(专利权)人：四川九洲空管科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51