一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法技术方案

本发明专利技术涉及民航空管系统技术领域，公开了一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，包括以下步骤：对AM解调所得的数字基带信号采用频谱细化算法中的CZT算法分为三段频谱区间进行细化分析，从而得到以90Hz、150Hz和直流为中心的三段细化频谱，通过求取频谱区间内的最大值，得到所需频率的幅度，进而求得调制度和和调制度差。针对传统时域解调方法以及采用傅里叶变换方法等，能够有效节约硬件资源，同时较好地识别出信号频域幅度。同时较好地识别出信号频域幅度。同时较好地识别出信号频域幅度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法


[0001]本专利技术涉及民航空管系统
，尤其涉及一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法。

技术介绍

[0002]仪表着陆系统(ILS)是一种飞机着陆无线电导航系统，兴起于第二次世界大战结束后，在1949年被ICAO认定为飞机标准进近和着陆设备，仪表着陆系统的功能是为进场着陆的飞机提供一条固定的下滑线和2
‑
3个距离检查点，以保证飞机在能见度不低于400米，云层高度不低于30米的气象条件下安全着陆。
[0003]ILS由地面信标设备和机载接收设备两部分组成。地面设备由下滑信标(GS)、航向信标(LOC)和指点信标(MKR)组成，这些信标向空中辐射特定的电磁波，建立一条由跑道指向空中的虚拟路径，引导飞机安全着陆。
[0004]以航向发射台为例，其沿跑道中心线发射由两束方向性很强的VHF(甚高频)调幅波构成的航向信号(LOC)来建立一条航道。跑道中心线左侧的波束是用90Hz单频信号调制的调幅波，右侧的波束是用150Hz单频信号调制的调幅波，发射时调制度都是20％。在航道中心线的左边，90Hz调制占优势，在右边则是150Hz调制占优势。飞机偏离航道中心线的程度用两个单音信号的调制度差DDM来表示。若令DDM＝M90
‑
M150，在跑道的中心线上，两者调幅度差值为零，在航道中心线两侧DDM的绝对值是对称的，并且随飞机偏离的角度变化。
[0005]下滑发射台的工作原理与航向发射台相似，它沿一定仰角发射由两个UHF(超高频)调幅波组成的下滑信号(GS)。
[0006]航道和下滑道组成了一条由跑道指向空中的狭窄“隧道”，ILS系统工作以后，能够提供包括航向角、下滑角及飞机与跑道入口的距离等着陆引导信息。飞机通过机载ILS接收设备接收航向信号和下滑信号并计算DDM值，确定自身与“隧道”的相对位置，使飞机沿正确方向飞向跑道并且平稳下降高度，最终实现安全降落。
[0007]目前，国内对ILS信号的测量主要使用导航设备厂家购买的进口外场测试仪设备，该设备主要使用模拟元器件实现信号的处理过程，导致其具备体积大，重量大，可扩展性差等缺点，难以安装在无人机上进行外场测试。
[0008]软件无线电技术基于模块化、标准化、通用化的硬件支持平台，借助于软件编程程序实现了无线电台的多功能化。软件无线电技术的基本思想就是让A/D模块向天线模块靠拢，并借助于软件的优势来实现无线电特性的多元化，让通信系统能够不再受到硬件的束缚，能够在硬件通用和系统稳定的状态下实现软件功能的多样化。基于软件无线电技术来研究ILS信号测量方法，能够使得接收机体积更小，功能灵活，且易于后期进行维护优化。
[0009]目前，国内外基于通用软件无线电平台对ILS信号的测量方式主要有两种算法：
[0010]基于时域测量的方法，在一种基于软件无线电的机载仪表着陆系统数据处理方法中，通过对ILS基带信号进行带通滤波，分别滤出指定频率信号，而后对该信号进行整流得到音频信号。通过直流估计模块来得到直流信号幅度，进而计算调制度。在该文件中的带通
滤波器采用IIR数字滤波器来设计，由于IIR滤波器存在反馈结构，因此会对输出信号产生累计误差，同时其所设计的滤波器系数实施在软件无线电平台上时通常会产生量化误差，从而达不到理想的滤波效果，难以准确的计算所需调制度。
[0011]基于频域测量的算法，考虑到在时域对信号分离所需的带通滤波器设计要求较高，同时不可避免的会受到直流分量的影响，从而增加调制度计算的不稳定性，在现有方法中通过在频域对ILS基带信号进行FFT,分析其频率成分，得到90Hz与150Hz平均功率。然而若要准确分辨出90Hz与150Hz信号，在采样率一定的情况下，则需尽可能增加采样时间以减小频率分辨率，避免栅栏效应。因而此种方法在一定条件下的运算时间较长，消耗资源多，且对于频率的识别存在较大误差。
[0012]综上所述，现有的ILS信号的测量方法存在资源消耗大，音频信号估计误差大等问题，不能较为准确的计算调制度。

技术实现思路

[0013]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于软件无线电的仪表着陆系统接收机频域测量方法，在传统的仪表着陆系统解调方法上做出了改进，结合软件无线电理论，解决了目前外场测试仪设备测量导航设备信号时存在资源消耗大，音频信号估计误差大等问题。
[0014]本专利技术至少通过如下技术方案之一实现。
[0015]一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，包括以下步骤：
[0016]1)对AM解调所得的数字基带信号分为多段频谱区间进行细化分析，得到基带信号的三路细化频谱；
[0017]2)通过设定区间起始频率和终止频率和频域细化点数，对指定的频率区间进行细化；
[0018]3)检测多段频谱区间内幅度最大值；
[0019]4)获取仪表着陆系统中的调制度。
[0020]进一步地，所述数字基带信号为双音频信号，第一频率为90HZ,第二频率为150HZ，并且包含直流分量。
[0021]进一步地，采用频谱细化算法中的CZT算法分为多段频谱区间进行细化分析。
[0022]进一步地，CZT算法为：
[0023][0024]上式中，n为输入序列，x[n]的元素个数，A＝exp(j2π
·
f
start
/f
s
)为初始相角下的Z平面采样点，W＝exp(
‑
j2π
·
(f
stop
‑
f
start
)/m
·
f
s
)为细化频段Z平面跨度，j为虚数单位，m为频域细化点数，f
start
和f
stop
为区间起始频率和终止频率，f
s
为信号采样率，CZT(x[n])为x[n]对应的频域幅度。
[0025]进一步地，在步骤2)的细化过程中，频率分辨率为：
[0026](f
stop
‑
f
start
)/m
[0027]其中f
start
和f
stop
为区间起始频率和终止频率，m为频域细化点数。
[0028]进一步地，令频率区间带宽为B，细化点数为m，频谱区间分别以90Hz、150Hz和0Hz为中心。
[0029]进一步地，在步骤3)中，以90Hz为中心，选定(90
–
B/2)Hz～(90+B/2)Hz的频谱区间，进行m点线性调频Z变换，得到对应的细化频谱，B为频率区间带宽。
[0030]进一步地，在步骤3)中，以150Hz为中心，选定(150
–
B/2)Hz～(150+B/2)Hz的频谱区间，进行m点线性调频Z变换，得到对应的细化频谱，B为频率区间带宽。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对AM解调所得的数字基带信号分为多段频谱区间进行细化分析，得到基带信号的三路细化频谱；2)通过设定区间起始频率和终止频率和频域细化点数，对指定的频率区间进行细化；3)检测多段频谱区间内幅度最大值；4)获取仪表着陆系统中的调制度。2.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，其特征在于，所述数字基带信号为双音频信号，第一频率为90HZ，第二频率为150HZ，并且包含直流分量。3.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，其特征在于，采用频谱细化算法中的CZT算法分为多段频谱区间进行细化分析。4.根据权利要求3所述的一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，其特征在于，CZT算法为：上式中，n为输入序列，x[n]的元素个数，A＝exp(j2π
·
f
start
/f
s
)为初始相角下的Z平面采样点，W＝exp(
‑
j2π
·
(f
stop
‑
f
start
)/m
·
f
s
)为细化频段Z平面跨度，j为虚数单位，m为频域细化点数，f
start
和f
stop
为区间起始频率和终止频率，f
s
为信号采样率，CZT(x[n])为x[n]对应的频域幅度。5.根据权利要求1所述的一种基于软件无线电的仪表着陆系统频域测量方法，其特征在于，在步骤2)的细化过程中，频率分辨率为：(f
stop
‑
f
start
)/m其中f
start
和f<...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡斌杰，李俊杰，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：