直升机通信导航系统中的无线电技术研究
时间：2022-09-09 17:25:05 来源：千叶帆 本文已影响人
[摘 要]科技的发展对于社会的发展非常的重要，当前的发展依靠的就是科学技术。在很多的领域都体现了非常先进的科学技术，直升飞机方面的研究在不断的深入，其中的通信导航系统在不断的需要我们进行提升，随着发展的进行，软件无线电技术的产生，使得这一领域的很多方面的问题得到了很好的解决，对于未来的发展起到了很好的指引的方向。针对于相关方面进行详细的分析。
[关键词]直升机；通信导航系统；无线技术
中图分类号：F31 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0336-01
现阶段的直升机完善中，不单单需要航空电子系统为其提供通信及导航功能，更需要提升整体作战的效能。进而使得国家空中势力可以得到提升。但这也要求，在进行现代航空电子系统安装时，要充分的考虑到直升机的用途，使其更好的在进行各种恶劣气候及不利的条件下，可以将所接受到的任务进行执行，这为我国社会主义发展做出了巨大的保障。随着科技的提升，直升机航空电子通信导航系统应用在直升机上进行应用，并且取得了一定的成果，直升机航空电子通信导航系统的应用，使得直升机可以在各种气象下将其飞行及执行任务的多种方面可以进行安全的完成，在直升机航空电子通信导航系统中，整体涵盖了飞机的通用航空电子通信导航系统，更涉及了飞机任务航空电子系统等多种系统的融合。
一、直升机通信导航系统结构与特点
基于软件无线电的直升机通信导航系统主要由多频段宽带 天线单元、射频单元、模块数字无线电、I 0单元等组成。射频 单元在发射时主要完成上变频、滤波、功率放大等任务，接收 时实现滤波、放大、下變频等功能。在模块数字无线电单元，模 拟信号经过宽带A D数字化后的处理任务全由DSP FPGA软件承 担，为丁减轻通用DSP FP-GA的处理压力，通常将A D数字化的 信号经过专用的数字下变频器处理，降低数据流速率，并把信 号变至中频或基带后，再把数据送给通用高速的DSP FPGA进行 处理。通用高速咖SP FPGA主要完成各种数据率相对较低信号 的处理。由于模块数字无线电单元使用了可编程能力强的DSP FPGA芯片，使其硬件结构与功能相对独立，这样就建立丁基于 一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能.并 可对工作频率、系统频宽、调制解调方式、信源加解密码、各 种抗干扰、抗衰落、自适应均衡算法的实现进庁编程控制，系 统灵活性大大増强。I 〇接口主要完成各种数据（如话音、数据、 图像、传真）的输入和输出。
整个系统具有高度的灵活性和开放性.并具有以下4大基 本特征：1）充分数字化的，即从信源基带信号的处理到射频信 号的发送和接收都尽可能地实现数字化：2）可编程的，即与PC 的系统结构相似，基于相对通用的硬件平台，通过更换程序和 模块插件来适应多频道和多种工作方式，包括可编程的射频频 带、信道接入模式和信道调制等：3）多频是可以转换的，即具有 良好的多频带天线和宽带的A D A转换能力：4）系统总线是标 准、高性能和开放式的结构，即能支持多个CPU并行工作，支持 流水线和不同种类的处理机，通用性好，支持模块化设计。
二、无线电子技术在直升机通信导航系统中的应用
1、宽带多频段天线
从当前的应用需要而言，直升机通信导航系统的天线应是一种可覆盖全频段的全向宽带天线，即其可按需用软件来建构出自身的辐射特征和工作频段，可覆盖一切应用频度高的无线通信频段，可在整个频段上实现更低的功率损耗和近似的接受特征。另外，上述技术设想也是研制软件无线电天线的最终目标。针对这一技术要求，国内可用的技术为智能化天线，其是一种多波束的天线，即通过对天线阵元信号的幅相进行加权来获得天线波束，从而实现对空间进行分离，其中在不同的空间域中，客户分得的频率、伪码和时间相同。如此一来，通过从空间上隔离电磁信号，便可消除用户对用户的干扰，并最终提高了通信的容量。
2、带宽D/A、A/D转换器
在基于无线电技术的直升机通信导航系统中，数字化所体现的是系统的灵活性，即其不仅对无线收发信机的结构起决定作用，还可制约收发信机的使用性能。结合前文可知，系统将在射频上直接实现D/A、A/D转换，因此D/A、A/D转换器的采样速度应足够高。另外，Nyquist采样定理认为fs应不小于Wa（模拟信号带宽）的2倍，否则将导致反映信号的特征和采样频率失真。因此，在实际应用中，应提高采样处理的频度及保证fs大于Wa的2.5倍，同时对D/A、A/D转换器件而言，应保证其采样速度和采样精度足够高，即应增加采样值的位数及减少量化噪声，因为下列参数将对D/A、A/D转换器件的技术特征起决定作用：噪声功率比、无杂散动态范围、量化噪信比及全功率模拟输入带宽等。总之，D/A、A/D转换器处在直升机通信导航系统的关键部位，其是对系统软件化的直接体现，且在技术的支撑下，D/A、A/D转换器的性能将会变得更高及其到射频前端的距离也会缩短，从而提高了系统的使用性能。
3、高速数字信号处理
基于无线电技术的直升机通信导航系统一般要求直接用DSP/FPGA来处理射频端的数字化信号及实现一切通信功能。对此，较好的实现手段如下：在中频采样→用带宽A/D变换器来对整个频段进行数字化处理→用软件来处理中频，其中中频处理的速度应为500MIPS/MFLOPS-10GIPS/GFLOPS数量级。另外，基带处理的速度应大于10-100MIPS/MFLOPS-10GIPS/GFLOPS数量级，同时还应将控制、管理及比特流的实现要求考虑其中。通过研究发现，若要对中频高速数字信号进行处理，DSP芯片应利用软件程序来实现如下过程：中频数字变频→滤波→二次抽样→基带处理→信道调制→无线资源管理等。为了满足这一技术要点，则应保证DSP芯片处理的速度大于1GFLOPS。目前，从功耗和性价比上，下列方案都可用来解决上述技术难题：通过并行处理多DSP芯片来加快处理速度；先用专用的可编程芯片来实现中频下变频，再开展数字信号处理；直接采用FPGA方案，其具有功耗低、处理速度快的优点。
结束语
软件无线电能够很好地满足直升机通信导航系统的多通 道、多业务、多用户和综合控制的技术。但射频前端对系统的 采样速度和精度指标有极高的要求，而现有处理器和数模转换 器难以满足，因此还不能射频完全实现软件化，目前只能在中 频实现数字化。相信随着技术的发展，数模器件的性能逐步提 高，其位置越来越接近射频高端，最终真正实现基于软件无线 电的直升机通信导航系统。
参考文献
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