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基于软件无线电的高频多普勒接收机设计

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第２１卷增刊　２００６年１２月　数　据　采　Ｊｏｕｒｎａ１　ｏｆ　Ｄａｔａ　集　与　处　理　Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ＆Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｖｏ１．２１　Ｓｕｐｐｌ　Ｄｅｃ。２００６　

基于软件无线电的高频多普勒接收机设计　

王保民ｈ　宁百齐　

（１。中国科学院地质与地球物理研究所，北京，１０００２９；　

２．中国科学院武汉物理与数学研究所，武汉，４３００７１；３。中国科学院研究生院，北京，１０００３９）　

摘要：利用软件无线电技术设计了一种新型高频多普勒接收机。该接收机采用高稳定度频率源、滤波放大器、数　

字下变频器等，系统具有参数设置灵活，同时进行多通道信号多普勒频移分析的能力，较好地克服了传统高频多　普勒接收机存在的问题。实验和观测表明，新型软件式高频多普勒接收机可实时分析多个通道电离层信号回波　

的多普勒频移大小、强度以及随时间的变化，是观测电离层扰动的一种有效手段。　关键词：软件无线电；高频多普勒；接收机；数字下变频　

中图分类号：ＴＮ９９　文献标识码：Ａ　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＨＦ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　Ｂａｓｅｄ　

ｏｎ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｉｎｅｄ　Ｒａｄｉｏ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　

Ｗａｎｇ　Ｂａｏｍｉｎ　’　．Ｎｉｎｇ　Ｂａｉｑｉ　

（１。Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＧｅｏｌｏｇＹ　ａｎｄ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００２９，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｗｕｈａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　ａｎｄ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｗｕｈａｎ，４３００７１，Ｃｈｉｎａ；　

３．Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００３９　ｒ　Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｏｖｅｌ　ｈｉｇｈ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ（ＨＦ）Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅ—　

ｆｉｎｅｄ　ｒａｄｉｏ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ。Ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｓｔａｂｌｅ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅ　ｆｉｌｔｅｒ，ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｉｇｉｔａｌ　

ｄｏｗｎ　ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ，ｔｈｅ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｃａｎ　ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔｌｙ　ｃｈａｎｇｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｏｂｔａｉｎ　ｔｈｅ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　

ｓｈｉｆｔ　ｆｒｏｍ　ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ　ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓｌｙ　ａｎｄ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ　ＨＦ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　

ｒｅｃｅｉｖｅｒ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｓｈｏｗ　ｔｈｅ　ＨＦ　Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｃａｎ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　

Ｄｏｐｐｌｅｒ　ｓｈｉｆｔ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｉｍｅ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ　ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｅ—　

ｃｈｏ　ｉｎ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ．Ｓｏ　ｉｔ　ｉＳ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｏｂｓｅｒｖｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ　ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｓ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｄｅｆｉｎｅｄ　ｒａｄｉｏ；ＨＦ　Ｄｏｐｐｌｅｒ；ｒｅｃｅｉｖｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌ　ｄｏｗｎ　ｃｏｎｖｅｒｔｏｒ　

引　言　

利用电离层反射回波进行高频多普勒探测开　

始于２Ｏ世纪５０年代末。１９５７年Ｏｇａｗａ在日本利用　

通信接收机，配以高稳定频率源和混频器等，得到　

５　ＭＨｚ和１０　ＭＨｚ　ＪＪＹ高频时号反射回波的多普勒　

频移随时间变化的曲线。为了区分信号回波的多径　

效应，１９６０年ｗａｔｔ和Ｄａｖｉｅｓ利用信号机械倍频方　

法和声图仪分析得到三维高频多普勒频移图［１］，对　

各种原因引起的电离层扰动进行观测。随着电离层　

观测技术的发展，新的记录和分析技术被开发和应　

用，如高频多普勒实时显示系统［２］，高频多普勒台　

基金项目：国家自然科学基金（４０５７４０７２）资助项目。　收稿日期：２００６—０４—１８；修订日期：２００６—０７—２０　阵接收与实时显示系统［３＿４］，ＤＱ一８７型地球物理数　

据采集和处理系统［５］，数字高频多普勒与到达角实　

时探测系统　等。，近十几年来，高频多普勒接收系　

统均采用改装的通信接收机或自制的专用接收机，　

将输出的低频信号采样和谱分析，获得回波信号的　

多普勒频移。虽然其中有些接收机已具有数字化和　

频率程控能力，但是在针对不同接收信号改变接收　

频率和通道带宽等方面不够灵活，特别是同时接收　

多个频率信号时，需要多台接收通道同时工作，或　

者一台接收机分时接收。前者增加了系统的复杂性　

并难以保证各通道一致，后者却牺牲了多普勒频移　

的时间分辨率。近年来，由于软件无线电技术的发　

展和成熟［

７］，本文提出了基于软件无线电技术的新　维普资讯 http://www.cqvip.com １１０　数　据　采　集　与　处　理　第２１卷　

一代高频多普勒接收机设计，它采用宽带中频和数　

字下变频，同时接收四个通道并实时进行多普勒分　

析，较好地解决了现有高频多普勒接收机存在的上　

述问题。　

１高频接收机原理和设计　

１．１高频多普勒探测原理　

高频信号（３～３０　ＭＨｚ）由天线发射到空间后　

经地球上空的电离层反射，会被远处的接收机接　

收，电离层的运动变化会引起接收的信号频率产生　

偏移，这就是多普勒频移。通过检测这种多普勒频　

移可以观测电离层的扰动和变化。通常，反射信号　

的多普勒频移为　

ａｆ＝ｆ￣一ｆｏ＝一　一　

Ｃ　ｄｔ　ｓ　（１）　Ｊ　ｒ　式中：　和　分别代表收发处的信号频率；Ｃ为真　

空中光速；　为折射指数；积分路径ｒ为电波在收　

发两地间传播的射线轨迹。　

实际中，电离层运动引起的高频多普勒频移最　大为几赫兹，因此，高频多普勒接收机与一般通信　

接收机不同，主要表现为：（１）具有高稳定度频率　

源，通常要求稳定度在１×１０　以上才能检测到电　

离层引起的信号频率变化；（２）很窄的接收带宽，通　

常在１００　Ｈｚ以下，这样有利于滤除通道外的噪声　

和干扰；（３）对多种频率的信号进行接收和谱分析，　

得出多普勒频移随时间变化的时频图。此外，信号　

发射源一般采用高频时间信号，因为高频时信号具　

有稳定的频率源控制（１×１０　以上）。中科院国家　

授时中心设在陕西蒲城的ＢＰＭ时号发播台　］，发　

射的５，１０和１５　ＭＨｚ时号就可以作为多普勒接收　

机的接收信号源。　

１．２软件化高频多普勒接收机的设计　

从前面的介绍可以看出，接收机是高频多普勒　

测量的关键部分。过去的接收机一般采用传统超外　

差结构对通信接收机进行改造，包括更换高稳定度　

频率渥，改变通信接收机的信号带宽，再配以模数　

转换和微计算机实时谱分析和处理等，构成高频多　

普勒接收系统。为了提高系统的灵活性，下面介绍　

以软件无线电技术为基础设计的新型高频多普勒　

接收机，其原理见图１。　

ｃ＿，Ｃ￣１６．通道　２Ｈ　２Ｈ　软件　；—　Ｃ　ｆ　Ⅱ　４５＾　，６２　旺　３一　一２０　旺　溏救　数据’　ＰＣＩ　放　混　－－　宽带　●．．　带通　传输　控制　和　缓存　

大　频　放大　采样　抽取　器斗　接口　与　

１　．．．＿＿Ｊ　分析　６５Ⅷｚ　ｆ　６５Ⅷｚｆ　一　Ｌ—＿’Ｊ高稳定频率源　卜　、　２．９９９处理　１９．９９９９８　

图１　高频多普勒软件接收机原理框图　

接收机系统由接收天线、前置放大器、宽带滤　

波器、高稳定频率源、工控机、数字下变频器　

ＧＣ４０１６，ＰＣＩ９０８０等组成。由天线接收到的高频信　

号，经过前置放大、宽带滤波和混频处理后，进行带　

通采样，与数字正交本振进行混频将频率中心搬移　

到零频，经窄带滤波和抽取后变成基带信号送入缓　

存，再利用ＰＣＩ总线传输到微机，进行ＦＦＴ变换来　

分析频谱。　

系统中使用ＡＤ６６４４进行采样，ＡＤ６６４４采样　

率达到７０　ＭＳＰＳ，具有低噪声（２４　ｄＢ）和低失真　

（１００　ｄＢ　ＳＦＤＲ）特性，信噪比典型值为７４　ｄＢ，模块　

中包括基准电压源和跟踪／保持放大器，采用三级　

逐次比较式的差分转换结构。ＡＤ６６４４的高采样速　

率，１４位转换精度和低噪声等特性满足了系统采　样的要求。　

以１０　ＭＨｚ通道为例，接收自天线的１０　ＭＨｚ　

信号经过混频后，形成以６５　ＭＨｚ为载波、边带在　

５５　ＭＨｚ和７５　ＭＨｚ的双边带信号。根据带通采样　

定理，对于分布在频带（＾，ｆＬ）上的带限信号，当信　

号的最高频率＾远大于带宽Ｂ时，能以较低的采　

样频率进行采样。这要求带通信号必须满足　

＾＋　ｌＨ一（２ｎ＋１）Ｂ　（２）　

即信号的最高（最低）频率是带宽的整数倍。ＢＰＭ　

时号是以１　ｋＨｚ分别调制５，１０和１５　ＭＨｚ的调幅　

信号，信号带宽都为２　ｋＨｚ，利用６５　ＭＨｚ可实现这　

些窄带信号的带通采样。　

采样后的带宽为６５　ＭＨｚ，数字混频后信号由　

中频搬移至基带，频率降低了，但数据率仍高达６５　维普资讯 http://www.cqvip.com 增刊　王保民，等：基于软件无线电的高频多普勒接收机设计　

ＭＳＰＳ，此时采用抽取技术降低数据率来减轻后续　

的运算。对原序列　（，ｚ）每隔Ｄ一１个取一个，形成　

新序列　Ｄ（　），即　

Ｄ（　）一　（ｒｏｄ）　（３）　

式中Ｄ为抽取因子，抽取后数据率为原来的Ｄ分之　

一。抽取前后频谱的关系为　

１　Ｄ—－—１　ＸＤ（ｅ　）一去　Ｘ［ｅ　一　。］　（４）　Ｏ　由式（４）可见，抽取后的频谱ｘ。（ｅ　）为抽取前的频　

谱Ｘ（ｅ　）经频移和Ｄ倍展宽后的Ｄ个频谱的叠加　

和。抽取后降低了信号的数据率，提高了频域的分　

辨率，而信号的频谱结构并没有改变。　

实际应用中抽取因子一般比较大，要求抽取前　

的抗混叠滤波器的通带和过渡带非常窄，这样滤波　

器就可能达到上千阶，系统很不稳定。所以常采用　

多级抽取级联的方法逐次降低数据率，降低了对每　

一级抗混叠滤波器的要求，而且随着滤波器阶数的　

减少，所需的运算量也大大降低。　

本文采用四通道数字下变频器ＧＣ４０１６来实　

现正交变换和数据抽取，对信号正交混频后进行最　

大倍数的抽取，成为窄的基带信号。　

ＧＣ４０Ｉ６具有灵活的编程性，可设置和修改各　

功能模块的参数［８］，如通道中心频率、ＦＩＲ滤波器　

系数、抽取因子、数据输出的格式与方式等，通过控　

制接口可以修改控制参数和读出状态信息。由５级　

积分梳状滤波器、ＣＦＩＲ、ＰＦＩＲ和重采样滤波器组　

成的滤波器最大抽取因子为２¨，将６５　ＭＳＰＳ数据　

率降至４ＫＳＰＳ，５级ＣＩＣ滤波器具有６７　ｄＢ左右的　

阻带衰减，其特殊性质使运算量成倍减少。抽取后　

的数据序列分别送人四路ＦＩＦＯ缓冲区，采集满设　

定的时间长度后，通过ＰＣＩ总线从缓冲区顺序读取　

数据，经过软件数字滤波和３２０倍抽取后，进行复　

数ＦＦＴ变换，经门限判定和幅度比较后得到频移　

信息，将观测数据实时输出到显示器，同时写入本　

地硬盘进行保存。　

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基于片上系统的GNSS兼容接收机设计与实现

基于片上系统的GNSS兼容接收机设计与实现

２０１２年６月第３期　现代导航　・１７１・　

基于片上系统的ＧＮＳＳ兼容接收机设计与实现　

魏敬法　

（中国电子科技集团公司第二十研究所，西安７１００６８）　

摘要：提出了利用ＦＰＧＡ内的嵌入式软核ＮｉｏｓｌＩ代替专用ＤＳＰ处理器和通用控制器，在　

单片ＦＰＧＡ内实现整个ＧＮＳＳ组合导航定位接收机的总体方案。分析了该模式下的快速捕获、相　

关器、载波跟踪环和码跟踪环算法理论与实现，给出了该组合接收机２４ｈ的静态测试结果。结果　

表明，该ＧＮＳＳ组合接收机设计满足要求。　关键词：导航；ＧＮＳＳ接收机；片上系统；ＮｉｏｓＩＩ嵌入式软核　

中图分类号：ＴＮ９６５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—７９７６一（２０１２）０３—１７１—０５　

Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＧＮＳ　Ｓ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ　

Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｃｈｉｐ　

ＷＥＩＪｉｎｇｆａ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＧＮＳＳ　ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｉｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ　ｉｎ　ａ　ｓｉｎｇｌｅ　ＦＰＧＡ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｅｍｂｅｄｄｅｄ　ｓｏｆｔ－ｗａｒｅ　ｃｏｒｅ　ＮｉｏｓＩＩ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｃｏｍｍｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｉｎ　ＤＳＥ　Ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆａｓｔ　ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，　

ｃｏｒｒｅｌａｔｏｒ，ｃａｒｒｉｅｒ　ｗａｖｅ　ａｎｄ　ｃｏｄｅ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｌｏｏｐ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｉｓ　ｍｏｄｅ　ａｒｅ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｄ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　

ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｉｎ　２４　ｈｏｕｒｓ　ａｒｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆｔｈｉｓ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｃａｎ　ｓａｔｉｓｆｙ　ｔｈｅ　ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ；ＧＮＳＳ　Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ　Ｒｅｃｅｉｖｅｒ；Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｎ　Ｃｈｉｐ；Ｅｍｂｅｄｄｅｄ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｃｏｒｅ　ＮｉｏｓｌＩ　

基于单片机的多普勒信号测试系统的设计

基于单片机的多普勒信号测试系统的设计

ｌ　匐　似　基于单片机的多普勒信号测试系统的设计　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｄｏｐｐｌｅｒ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　梁勇，赵河明，张恩愫　ＬｌＡＮＧ、，０ｎｇ，ＺＨＡＯ　Ｈｅ—ｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｅｎ—ｓｕ　（中北大学机电工程学院，太原０３００５１）　摘要：针对弹目交会模拟实验中，引信测试仪成本高、外围器件多、体积大等问题，设计了基于　Ｃ８０５１　Ｆ３３０为核心的引信多普勒信号的测试系统。该单片机集成化程度高、体积较小、数据处　理速度快、综合能力较好。测试表明：基于０８０５１　Ｆ３３０单片机为核心的测试系统能够准确完整　的采集到目标多普勒信号，对其进行频谱分析，结果与理论计算值基本吻合。　关键词：０８０５１　Ｆ３３０；弹目交会；多普勒信号；信号采集　中文分类号：ＴＪ４３０．６　文献标识码：Ａ　文章编号：１　００９－０１　３４（２０１　４）０２（上）一０１　３３—０３　Ｄｏｉ：１０．３９６９／Ｊ．ｉｓｓｎ．１　００９－０１３４．２０１４．０２　Ｉ－）．３８　０引言　弹目交会过程中近炸引信所获取的目标回波　信号的多普勒频率是控制战斗部的杀伤物质实时　准确毁伤目标的关键参数。弹目接近过程中多　普勒频率随着引信与目标的接近速度的变化而变　化，因此研究弹目交会过程中回波信号的多普勒　频率的变化规律具有重要的实际意义¨】。由于在　动态试验中，引信是高速飞行来截获目标的，试　验费用昂贵，并且引信是一次性消耗品，不可重　复，所以它的生产、测试、检验等都是在地面完　成的，因此必须有一套完善的、准确的模拟测试　系统，模拟弹目交会的过程口】。引信弹目交会模　拟测试系统是引信测试中不可或缺的重要系统之　一。目前记录目标信号是以ＤＳＰ和ＣＰＬＤ为核心，　而这些测试系统高集成度的芯片仍然需要多种模　块才能构成系统，为了进一步减小系统的体积，　应充分使用片内的集成模块，尽可能减少外围器　件的连接。基于ＣＰＬＤ和ＤＳＰ为核心的电路成本　高、体积大、设计复杂　一】。采用低速单片机，数　据处理速度慢，很难精确实时的采集到目标回波信　号。因此本文提出了以Ｃ８０５１Ｆ３３０单片机为核心设　计引信弹目交会多普勒信号的测试系统。该单片机　具有体积小、集成度高、适用于引信测试电路。　１无线电引信的工作原理　多普勒无线电引信是利用弹目交会接近过程　中电磁波的多普勒效应工作的，它发射连续单一　的信号，通过测量回波信号的多普勒频谱和幅度　及其变化规律来测定引信与目标之间的相对速度和　位置，最后通过多普勒频移公式分析回波信号中幅　值、频率、弹目距离、弹目相对速度的关系。　多普勒效应的实质：在振荡源和接收机之间　存在相对运动时，接收机所接收到得振荡频率与　振荡源的振荡频率不同阻】。而弹目交会过程中多普　勒信号的频率的变化规律给整个测试电路提供了　很好的理论依据。根据多普勒无线电引信的探测　原理，可知无线电引信多普勒频率的计算公式为：　，一２　Ｊ　ｄ一—　—　九０　其中，　为回波信号的频率，　为弹与目标　的接近速度，　为引信的工作波长。本文所研究　的是８ｒｎｍ的毫米波引信，所以　为８ｍｍ。　２多普勒信号的测试系统工作原理　２．１数据采集和存储测试系统的组成　目标信号的采集和存储测试系统由以下几部　分组成：模拟输入信号调理模块，数据采集转化　控制模块，触发模块，数据存储模块，数据读取　和ＰＣ显示模块。系统原理框图如图１所示。　其中，电源管理模块是通过引信电池对整个　测试系统完成供电的。信号调理放大模块是将引　信调制检波后的多普勒信号进行放大，以供测试　系统采集处理。以单片机为核心的采集控制模块　完成对目标信号的采集和保存。数据读取模块是　通过读数装置将存储器中的数据读出来并保存在　计算机中，ＰＣ显示模块是通过数据处理的软件将　收稿日期：２０１３－１０－２８　作者简介：梁勇（１９８７一），男，山西晋中人，硕士研究生，研究方向为计算机控制技术、信号采集与处理技术。　第３６卷第２期２０１４—０２（上）　［１３３］

脉冲无线电引信设计

脉冲无线电引信设计

沈阳理工大学课程设计说明书

1

引言

无线电引信的出现是引信发展史上的一次重大技术革命,由于它不是利用触觉,而是利用目标回波所携带的位置、速度等信息确认目标,因此比触发引信和时间引信更能有效地发挥弹丸对目标的毁伤效能,被称为是现代武器系统终端效能的倍增器,已经成为引信发展的主要方向。

无线电引信按工作体制分为多普勒式、调频式、脉冲式、比相式和编码式等无线电引信，本文以地－空攻击目标时的弹目交会为背景，以脉冲无线电引信为对象，利用外差式多普勒引信原理。探讨了弹目交会和脉冲无线电引信的工作过程．

由多普勒频率原理可知，若发射信号频率一定，那么多普勒频率随引信与目标的接近速度的变化而变化。而又取决于射击条件和弹目交会条件。由此可知，多普勒频率的变化可以反映弹目接近速度信息。因此，研究弹目接近过程中多普勒频率的变化规律具有重要的实际意义。

沈阳理工大学课程设计说明书

2

1 多普勒效应的原理

1.1 多普勒效应的原理

多普勒效应的实质：在振荡源与接收机之间存在相对运动时，接收机接收到的振荡频率与振源的振荡频率不同。这一现象首先在光学上由奥地利物理学家多普勒与1842年发现。

假设波源S以VS的速度运动与接收机间R的相对速度VR接近（如图1.1（a)）所示，与接收机距离r的波源在时间t1发出的波到达接收机的时间见式1.1

RWVVrt11 （1.1）

在时间t2=t1+τ，波源发出的波到达接收机的瞬时见式1.2

（1.2）

如果波源的振荡频率为f0 ,则在τ时间内发射出的波数见式1.3

（1.3）

而接收机接收的频率是

（1.4）

（1.5）

浅谈甚高频全向信标(VOR)系统

浅谈甚高频全向信标(VOR)系统

浅谈甚高频全向信标(VOR)系统

关键词 甚高频 全向信标 导航

摘要 甚高频全向信标（ＶＯＲ）是现代航空无线电测向的一种地面导航设备，被广泛应用于短距及中距制导。多普勒甚高频全方位信标（ＤＶＯＲ）是常规ＶＯＲ的进一步发展。它利用多普勒效应及宽孔径天线系统从而使它能产生更加精密得多的方位角信号。本文通过对甚高频全向信标原理介绍，使我们能够对其有一个初步的了解。

一、甚高频全向信标系统概念

VOR（甚高频全向信标测距）是一种用于航空的无线电导航系统,由美国从20世纪20年代的“旋转信标”发展而来，1946年作为美国航空标准系统，1949年被ICAO采纳为国际标准导航系统。其工作频段为108.00 兆赫- 117.95 兆赫的甚高频段，并且在全球范围内作为中短距离航空器引导方式的无线电导航设备。这一设备可以进行远程控制和远程监视。

DVOR导航设备是传统VOR设备的改进。通过利用多普勒效应和宽幅度天线，它可以提供相对来说更加精确的方位角信息。DVOR导航系统一般应用于地理条件恶劣的地区。

VOR系统的运行的理论基础是测量地面站发射的2个30Hz的信号的相位偏移。一个信号（参考信号）在所有方向上的相位都相同。而对于第2个30Hz的信号（变化信号）来说，它与参考信号之间的相位偏移就是与方位角相关的函数。机载的接收机通过测量两个信号之间的相位偏移就可以计算得到方位角。

DVOR系统可以和DME（Distance Measuring Equipment）系统联合使用形成DVOR/DME台站。这样飞行器就可以通过单个DVOR/DME台站的位置来判定自身的位置。

DVOR设备可以安装在10英尺高的建筑内。DVOR天线系统则安装在地网上，其高度依据实际情况而定。

二、VOR/DVOR信号的产生

VOR台产生的射频信号由2个30Hz的正弦波调制。这两个30Hz的信号之间有确定的相位关系，与从什么方向接收到此信号有关。相位关系反映了地面台站的正北方向和飞行器方向相对于地面台站之间的夹角（方向角）。2个30Hz信号中1个是方向无关的信号（参考信号），与此同时，第2个30Hz的信号随着方向角的变化而变化（可变信号）。参考信号和可变信号是由不同的方式调制的。