无线电经纬仪是利用无线电跟踪定向技术，测定无线电信号源的仰角、方位角坐标的无线电设备［1］。其采用单脉冲体制，在高空气象观测中，通常与无线电探空仪配合，测量30km高度以下大气的温度、气压、湿度和风向、风速。无线电经纬仪较其他体制的高空气象探测装备具有电磁隐蔽性好，探测精度高等优点，因此逐步成为我军高空气象探测的主战装备。但是，在院校和部队的教学训练中也暴露出一些问题:高空气象探测训练对油料、制氢器材和原料、探空仪、探空气球等物资器材消耗大，每进行一次综合探测训练，就需耗费人民币1000元左右，训练成本高。对接收机进行性能测试或维修时，只能通过探空仪来产生地面的探空信号，无法为高空探测和测角性能提供测试信号源。由于缺乏复杂电磁训练环境构建的设备，抗干扰高空气象探测训练难以展开。因此，设计开发探测信号生成系统，为无线电经纬仪提供模拟仿真的探空信号、测角信号和干扰信号具有十分重要的现实意义。
1系统设计
无线电经纬仪探测信号生成系统主要由上位机、控制电路、调制电路、信号产生电路、数控移相器以及和差信号形成网络组成，如图1所示。无线电经纬仪数据处理计算机作为上位机，通过管理软件向控制电路下发探测模拟信息和放球、电磁干扰等控制指令。控制电路主要由DSP及外围附属电路组成，控制电路将接收到的温度、气压和相对湿度信息按固定格式转换为二进制流，并通过串口发送给调制电路;将接收到的天线角度偏移信息根据单脉冲测角原理分成四路移相控制信号，发送给数控移相器。在探空二进制流作用下，调制电路实现对信号产生电路输出的中频信号调制，产生模拟探空信号，经过放大器放大后，通过功分器分成四路。数控移相器在移相控制信号作用下对四路探空信号进行相位控制，并通过环形器将四路信号生成一路包含探空信息的和信号，以及两路包含测角信息的方位差和俯仰差信号，最后三路信号输入至无线电经纬仪的中频接收机中，从而实现了探空和测角信号的模拟。当需要进行复杂电磁环境训练时，控制电路可控制信号产生电路产生干扰信号，通过耦合器加载到探空信号中。图1系统组成框图
2硬件系统设计
2．1控制电路
控制电路是无线电经纬仪探测信号生成系统的控制核心，探空信号、测角信号和干扰信号都是在该电路控制下产生的。它主要由数字信号处理器DSP、串口扩展芯片、ＲAM和一些外围电路组成，如图2所示。为满足高速运算要求，选用TI公司生产的主频为40MHz的TMS320LF2407作为数字信号处理器，该DSP运算性能高，片上资源丰富，具有544字DAＲAM、2K字SAＲAM、32字FLASH、2个事件管理器和丰富的外部存储器接口［2］，程序存储于DSP内置的FLASH中，当电路加电后，FLASH中的程序代码装入ＲAM中，在ＲAM中运行程序代码。控制电路需要6路串口进行数据通信，因此选用2片德州仪器公司生产的4通道异步收发器TL16C754B作为串口扩展芯片，共扩展出8个串口，数据率可达3Mbps［3］。图2控制电路框图
2．2调制电路
由于的中频探空信号是受32．7kHz的方波和二进制气象代码多重调制的，因此调制电路通过多谐路振荡器产生32．7kHz的方波信号，通过模拟电子开关4066实现信号的选通。当控制电路发送来的探空二进制信息为“1”时，模拟电子开关选通32．7kHz方波，并传输至信号产生电路中的晶体管振荡器。方波正负半周变化，改变晶体管的偏置电压，使振荡器振荡回路中的电容量发生变化，从而使振荡器频率发生变化，方波的正半周发射载波频率为f1，负半周的发射载波频率为f2。当二进制信息为“0”时，模拟电子开关停止输出32．7kHz方波，信号产生电路中晶体管的偏置电压是一恒定电压，因此只输出f1一个频率。
2．3信号产生电路
信号产生电路主要用于产生模拟探空信号所需要的中频信号和用于复杂环境构建的噪声干扰信号。其中中频信号由晶体三极管产生，经过缓冲放大器放大后，再通过去耦电路滤除高次谐波以保证波形的纯度。噪声干扰信号产生电路主要由FPGA、DDS、时钟电路、PDＲO、放大滤波电路构成，如图3所示。图3噪声产生电路框图控制电路通过串口向FPGA噪声控制器发送控制指令，使其产生DDS可识别的噪声数据，再通过时序电路的控制DDS和PDＲO产生所需要的噪声信号，最后通过放大滤波电路输出到耦合器。DDS采用ADI公司生产的AD9739，FPGA选用低功耗ACEX1K系列器件，并在FPGA内部以文件形式存储随机噪声数据［4－5］。
3软件系统设计
3．1管理软件
管理软件部署在上位机中，采用VC++6．0作为开发工具，通过网络与控制电路进行数据通信，主要由探测信号管理模块、信号设置模块和网络通信模块组成。探测信号管理模块主要用于对不同高度的气温、气压、相对湿度和不同探测时刻无线电经纬仪天线的仰角和方位角数据的添加、删除和修改操作。由于探测信号的数据量非常大，所以该模块提供实装探测数据自动识别录入功能，从而减少操作量。信号设置模块主要用于对探空、角度以及干扰信号进行选择和设置，通过网络通信模块将设置和选择的信息发送至控制电路的DSP。
3．2主控制程序
主控制程序部署在控制电路中，是无线电经纬仪探测信号生成系统的程序核心和主线。程序启动后首先进行初始化工作，然后进行运行前处理，最后转入死循环，通过中断触发、时间标志等方式进行工作。初始化工作包括对DSP、ＲAM、网络接口和串口等部分的设置。运行前处理包括探空和测角信号的接收和初始化，干扰信号设置参数等。主控制程序流程如图4所示。图4主控制程序流程
3．3探空编码程序
探空编码程序主要用于将DSP接收到的气温、气压和相对湿度信息进行编码处理，最后生成与真实探空信号相同的二进制流。其中帧速率为0．3～1Hz，数据(二进制符号)传输速率为960～1200bps，每个信息字的数据位为8位，按ＲS－232C协议E82方式编码。
3．4移相控制程序
移相控制程序主要用于生成上、下、左、右4路相位偏差信号，从而为无线电经纬仪提供模拟角度跟踪信息。当DSP接收到上位机发送来的探空仪模拟角度和无线电经纬仪天线真实角度信息后，将二者的俯仰和方位角度进行比较得到偏角。根据相位和差式单脉冲测角原理，目标的偏角与和差比率成正比［6］。因此，可通过查表的方法通过偏角查取偏移的相位。
4结束语
本文对集模拟探测训练、装备性能检测和复杂电磁训练环境构建功能于一身的无线电经纬仪探测信号生成系统进行了总体设计，阐述了系统总体工作过程，分别就系统硬件和软件的设计进行了具体介绍。该系统对部队和院校节约训练经费，提高装备的维修保障能力和抗干扰训练能力具有十分重要作用。
作者:马林 孙宝京 昝兴海 张本成 单位:沈阳炮兵学院
