一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法技术方案

本发明专利技术公开了一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法，其包括：监控器实时接收仪表着陆系统的发射信号及空间合成信号并对其进行高速信号采样；在不改变信号采样率的情况下，对采样信号进行多维并行化处理，得到降速后的多维并行同步的高速采样信号；全低速多维并行NCO模块通过实时调整相位增量输出不同频率的正交本振信号；对多维并行高速采样信号和多维并行高速正交本振信号进行多维并行正交下变频处理，生成高速采样信号的多维并行低速正交信号；对步多维并行低速正交信号进行全降速的多维并行FIR滤波处理，输出高速采样信号的全低速处理结果。本发明专利技术减少处理级数及处理的延迟链路，保证了监控器信号处理的高采样率、高精度、高实时性。高实时性。高实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法


[0001]本专利技术涉及监控
，特别是一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法。

技术介绍

[0002]仪表着陆系统是国际应用最为广泛的飞机精密进近和着陆引导系统。它由地面发射的无线电信号在空中形成航向道和下滑道指引，并建立一条由跑道入口指向空中的虚拟航道，为飞行器提供全天时全天候的进近着陆指引，引导飞行器沿正确方向进近跑道并最终实现安全着陆。
[0003]仪表着陆系统发射信号的幅度、调制度、相位、频率及频差的不稳定都会带来航道和航道结构的偏移、变形、波动及错误，导致飞机无法按正确的航向进行安全着陆，严重影响飞行安全。因此在I/II类仪表着陆系统中配置了2个监控器，III类仪表着陆系统中配置了3个监控器，用于实时校准发射信号。监控器的实时性差、校准不及时，精度不够使系统产生的任何虚警、切机、关机，都会使航道及航道结构偏移、变形、波动及错误，因此如何提高仪表着陆系统监控器的处理精度、实时性成为了仪表着陆系统监控技术的重点和难点。传统信号处理中频域变换及多级处理会降低信号处理的实时性，同时低采样率或欠采样、采样信号抽取降速等都会造成信噪比(SNR)损失，从而降低处理精度。
[0004]传统仪表着陆系统的监控器常采用欠采样或低采样率对信号进行低速采样，又对信号进行抽取降速处理，都损失了一定的信噪比，从而降低了处理精度；
[0005]传统仪表着陆系统的监控器对高速采样信号处理采用正交混频(包括NCO模块)+CIC滤波+HB半带滤波+抽取+FIR滤波方法实现信号处理，这样的方法不仅会使信号处理变得复杂，同时也增加了处理级数，严重影响信号处理实时性；
[0006]传统仪表着陆系统的监控器信号处理常采用频域处理的方法实现对载波/边带信号幅度的提取，由于频域变换的处理精度受计算点数的影响、处理延迟也受点数的影响，不仅处理实时性变差，也无法同时保证处理的高精度和实时性。

技术实现思路

[0007]鉴于此，本专利技术提供一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法，通过对信号进行高速采样，并实现了在低速时钟下实现高速采样信号的处理，减少了处理级数、简化了处理流程，从而保证了信号处理的高精度、实时性。
[0008]本专利技术公开了一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法，其包括以下步骤：
[0009]步骤1：监控器实时接收仪表着陆系统的发射信号及空间合成信号并对接收的发射信号及空间合成信号进行高速信号采样；在不改变信号采样率f
s
的情况下，对采样信号进行M维并行化处理，得到降速后的M维并行同步的高速采样信号；其中，M为正整数；
[0010]步骤2：以直接数字频率合成技术为模型进行算法演算及变换，设计全低速多维并行NCO模块，所述全低速多维并行NCO模块通过实时调整相位增量输出不同频率的正交本振信号，且输出的正交本振信号为完全同步的M维高采样率低速本振信号；
[0011]步骤3：对步骤1生成的M维并行高速采样信号和步骤2生成的M维并行高速正交本振信号进行多维并行正交下变频处理，生成高速采样信号的M维并行低速正交信号；
[0012]步骤4：基于设计的M维并行FIR滤波处理架构及算法模型，对步骤3输出的M维并行低速正交信号进行全降速的多维并行FIR滤波处理，输出高速采样信号的全低速处理结果。
[0013]进一步地，所述步骤1包括：
[0014]步骤11：采样率f
s
，根据数据率降速比M，采样信号s(n)经过一个M路模M的切换开关后输出M维数据率为f
s
/M的信号，将采样率为f
s
的采样信号转换成M维并行低速高采样率信号s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)；
[0015]步骤12：将步骤11形成的M维并行低速高采样率信号，按第一维数据延迟(M
‑
1)个f
s
，第二维数据延迟(M
‑
2)个f
s
，
…
，第M
‑
1维数据延迟1个f
s
后与第M维数据对齐同步，得到同步对齐后的M维并行低速高采样率信号；
[0016]步骤13：将处理时钟由原来的f
s
经过M分频后降低到f
s
’
＝f
s
/M，并且f
s
’
与第M维数据进行同步，得到与f
s
’
＝f
s
/M同步的M维并行低速高采样率信号s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)，至此，M维数据s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)组成的s(n)信号在保持原数据采样率f
s
及采样样本数不变的情况下，由原来的数据率f
s
降为f
s
/M。
[0017]进一步地，所述步骤2包括：
[0018]步骤21：由直接数字频率合成技术相位增量计算公式：及传统查表方式的直接数字频率合成技术处理流程，根据输出本振频率f
out
、采样率f
s
及相位累加器位数B
θ(n)
，确定唯一的相位增量Δθ作为DDS的输入；
[0019]步骤22：根据Δθ、积分器输出θ(n)、正交本振信号之间关系，进行演算及推导：
[0020]步骤23：根据步骤22推导结果，对传统的NCO模块进行转换，以MΔθ为相位增量，以f
s
/M工作时钟进行相位积分，得到基准序列θ0′
(Mk+0)；
[0021]步骤24：根据步骤22推导结果中M维并行分解输出之间的关系式，将基准序列θ0′
(Mk+0)分别与iΔθ相加得到θ(n)序列的第2维～第M维序列θ1(Mk+1)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)；其中i＝1,2,
…
,M
‑
1；
[0022]步骤25：为使θ(n)序列的M维序列同步对齐，将基准序列θ0′
(Mk+0)进行一个处理时钟f
s
/M的延迟后得到θ0(Mk+0)，作为M维θ(n)序列的第一维序列，至此得到θ(n)序列同步后M维序列θ0(Mk+0)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)，以θ0(Mk+0)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)分别作为M个查找表输入地址，从ROM输出速率为f
s
/M的M维并行低速的正交本振信号cos0(Mk+0)～cos
M
‑1(Mk+M
‑
1)和sin0(Mk+0)～sin
M
‑1(Mk+M<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种仪表着陆系统的实时高精度监控方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：监控器实时接收仪表着陆系统的发射信号及空间合成信号并对接收的发射信号及空间合成信号进行高速信号采样；在不改变信号采样率f
s
的情况下，对采样信号进行M维并行化处理，得到降速后的M维并行同步的高速采样信号；其中，M为正整数；步骤2：以直接数字频率合成技术为模型进行算法演算及变换，设计全低速多维并行NCO模块，所述全低速多维并行NCO模块通过实时调整相位增量输出不同频率的正交本振信号，且输出的正交本振信号为完全同步的M维高采样率低速本振信号；步骤3：对步骤1生成的M维并行高速采样信号和步骤2生成的M维并行高速正交本振信号进行多维并行正交下变频处理，生成高速采样信号的M维并行低速正交信号；步骤4：基于设计的M维并行FIR滤波处理架构及算法模型，对步骤3输出的M维并行低速正交信号进行全降速的多维并行FIR滤波处理，输出高速采样信号的全低速处理结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1包括：步骤11：采样率f
s
，根据数据率降速比M，采样信号s(n)经过一个M路模M的切换开关后输出M维数据率为f
s
/M的信号，将采样率为f
s
的采样信号转换成M维并行低速高采样率信号s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)；步骤12：将步骤11形成的M维并行低速高采样率信号，按第一维数据延迟(M
‑
1)个f
s
，第二维数据延迟(M
‑
2)个f
s
，
…
，第M
‑
1维数据延迟1个f
s
后与第M维数据对齐同步，得到同步对齐后的M维并行低速高采样率信号；步骤13：将处理时钟由原来的f
s
经过M分频后降低到f
s
’
＝f
s
/M，并且f
s
’
与第M维数据进行同步，得到与f
s
’
＝f
s
/M同步的M维并行低速高采样率信号s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)，至此，M维数据s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)组成的s(n)信号在保持原数据采样率f
s
及采样样本数不变的情况下，由原来的数据率f
s
降为f
s
/M。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21：由直接数字频率合成技术相位增量计算公式：及传统查表方式的直接数字频率合成技术处理流程，根据输出本振频率f
out
、采样率f
s
及相位累加器位数B
θ(n)
，确定唯一的相位增量Δθ作为DDS的输入；步骤22：根据Δθ、积分器输出θ(n)、正交本振信号之间关系，进行演算及推导：步骤23：根据步骤22推导结果，对传统的NCO模块进行转换，以MΔθ为相位增量，以f
s
/M工作时钟进行相位积分，得到基准序列θ0′
(Mk+0)；步骤24：根据步骤22推导结果中M维并行分解输出之间的关系式，将基准序列θ0′
(Mk+0)分别与iΔθ相加得到θ(n)序列的第2维～第M维序列θ1(Mk+1)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)；其中i＝1,2,
…
,M
‑
1；步骤25：为使θ(n)序列的M维序列同步对齐，将基准序列θ0′
(Mk+0)进行一个处理时钟f
s
/M的延迟后得到θ0(Mk+0)，作为M维θ(n)序列的第一维序列，至此得到θ(n)序列同步后M维序列θ0(Mk+0)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)，以θ0(Mk+0)～θ
M
‑1(Mk+M
‑
1)分别作为M个查找表输入地址，从ROM输出速率为f
s
/M的M维并行低速的正交本振信号cos0(Mk+0)～cos
M
‑1(Mk+M
‑
1)和sin0(Mk+0)～sin
M
‑1(Mk+M
‑
1)。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤22包括：
积分器输出序列为：θ(n)＝{Δθ+iΔθ}，对应NCO输出序列为：cos(n)＝{cos(i)}和sin(n)＝{sin(i)}，其中，i＝0,1,2,
…
,+∞；输出序列θ(n)、cos(n)、sin(n)均工作在采样率f
s
下，对θ(n)、cos(n)、sin(n)序列中时间指标n做Euclid除法，即：令n＝M
·
k+i,i＝0,1,2,
…
,M
‑
1，变形得到θ(n)及对应的cos(n)、sin(n)序列的M维输出为：θ(n)序列：第0维：θ0(Mk+0)，
…
，第i维：θ
i
(Mk+i)；cos(n)序列：第0维：cos0(Mk+0)，
…
，第i维：cos
i
(Mk+i)；sin(n)序列：第0维：sin0(Mk+0)，
…
，第i维：sin
i
(Mk+i)；根据θ(n)序列的M维输出公式，进行分解得到θ(n)的M维序列，表示为θ
i
(Mk+i)＝{Δθ+(jM+i)Δθ}，i＝0,1,
…
,M
‑
1，j＝0,1,
…
,+∞；对θ(n)进行M维并行分解后，每一维的输出是以MΔθ为相位增量进行积分累加，积分器的工作频率也变为f
s
/M，同时M维并行分解输出之间有如下关系：第一维：θ0(Mk+0)＝{以MΔθ为相位增量，以f
s
/M为工作时钟的相位积分输出}；第i维：θ
i
(Mk+i)＝θ0(Mk+0)+iΔθ＝第一维输出+iΔθ。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤3包括：将步骤2的s0(Mk+0),
…
,s
M
‑1(Mk+M
‑
1)分别与步骤3的cos0(Mk+0)～cos
M
‑1(Mk+M
‑
1)和sin0(Mk+0)～sin
M...

【专利技术属性】
技术研发人员：皈勇，张炼，谢莉，欧冬梅，黄继爽，刘太兵，李扬，
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：