??? 摘? 要: 介紹了自動導航系統中多卜勒導航信號適配器和極坐標指示器導航信號適配器的設計,并給出了具體的硬件電路和相關軟件流程。實現了導航計算機與多卜勒雷達、自動駕駛儀" title="自動駕駛儀">自動駕駛儀、真空速表和極坐標指示器的交連,解決了ARINC429總線信號、ARINC407同步器信號、脈沖信號與模擬信號" title="模擬信號">模擬信號的相互轉換等技術難題。?
關鍵詞: 雷達? 極坐標指示器? ARINC429總線? 適配器?
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直升機自動導航系統與機上設備的交連關系如圖1所示。它主要由多卜勒雷達、導航計算機、自動駕駛儀、真空速度計算機、極坐標指示器導航信號適配器和多卜勒導航信號適配器以及各種儀表、指示器構成。本文主要介紹多卜勒導航信號適配器和極坐標指示器導航信號適配器的設計。
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1 接口適配器的研制?
1.1 多卜勒導航信號適配器?
1.1.1 接口信號分析?
??? 多卜勒雷達輸出模擬和數字兩種制式的導航信息。模擬信號相對于水平面,它包括雷達輸出的速度信息(以直流電壓形式提供給速度指示器、400Hz交流電壓形式提供給自動駕駛儀)、導航信息(縱向和橫向速度的交流模擬電壓);數字信號是相對于機體坐標的縱向和橫向速度的數字信號。由于數字信號的脈沖寬度和信號靈敏度不符合導航計算機的要求,又因為多卜勒雷達給出的模擬信號質量優于數字信號,因此,將多卜勒雷達輸出的模擬信號進行變換,實現與導航計算機的脈沖數字接口相匹配。?
1.1.2 適配器功能?
??? 適配器完成以下功能:?
·將多卜勒雷達輸出的以靈敏度為30mV/Kt的400Hz交流信號表示的飛機縱向(VY)、橫向(VX)速度信號轉換為以脈沖頻率數表示的導航計算機的輸入信號;?
·將雷達輸出的表示速度方向的離散信號轉換為滿足導航計算機需要的離散信號;?
·將直升機真空速表輸出的以交流模擬電壓表示的真空速信號轉換為以直流模擬電壓表示的真空速信號送給導航計算機;?
·將導航計算機輸出的側向控制信號和有效信號以及自動駕駛儀輸出的巡航功能控制信號轉換為自動導航的控制信號,實現自動駕駛儀的自動導航。?
1.1.3 適配器設計?
??? 適配器主要由A/D" title="A/D">A/D轉換電路" title="轉換電路">轉換電路、AC/DC轉換電路、離散信號轉換電路、狀態控制電路和電源電路等組成。?
A/D轉換電路由低通濾波器、緩沖隔離、梯度控制、A/D轉換、鉗位隔離等部分組成,如圖2(a)所示。該電路的輸入信號為雷達輸出的模擬信號,制式為400Hz交流,靈敏度為30mV/Kt；輸出為0.8V的脈沖信號,頻率靈敏度為35.7Hz/Kt(可調)。?
AC/DC轉換電路由低通濾波、緩沖隔離、AC/DC轉換、梯度控制電路組成,如圖2(b)所示。該電路的輸入信號為真空速表的輸出,信號制式為400Hz交流、靈敏度為90mV/Kt;輸出為直流電壓、靈敏度為75mV/Kt(可調)。?
離散信號轉換電路由整形鉗位、電平移動、反向器、緩沖隔離電路組成,如圖2(c)所示。該電路的輸入信號為多卜勒雷達輸出的代表速度方向(相對機體)的離散量,其輸入高電平為+3.5V、低電平為+0.8V,輸出高電平為+8V,低電平為+2V。?
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自動導航信號處理及控制電路包括信號控制電路和狀態控制電路。信號控制電路由低通濾波、梯度控制、緩沖隔離電路等組成;而狀態控制電路由電平鉗位、邏輯控制、緩沖隔離及控制繼電器等組成,如圖2(d)所示。?
上述所有功能電路,均經反復調試,優化設計,最后固化成模塊。整個電路由六個模塊組成,分別安裝在兩個印刷電路板上,如圖3(a)和3(b)所示。?
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圖中RGX—1A、RGX—1B為多卜勒雷達縱向速度信號和橫向速度信號的預處理電路,包括低通濾波、緩沖隔離和梯度控制;RGX—IC為真空速信號的AC/DC變換;RGX—2為多卜勒雷達速度信號的A/D轉換模塊;RGX—3為離散信號的處理模塊。?
1.2 極坐標指示器導航信號適配器?
1.2.1 適配器功能?
??? 該適配器完成導航計算機輸出的地速串行數據(12.5±0.1kbit/s)中的目標方位、偏流角和待飛距離信號計算,并將目標方位和偏流角信號調整為極坐標指示器能夠接收的符合ARINC407標準的同步器信號,將待飛距離信號調整為四位LED顯示器的顯示信號。?
1.2.2 硬件設計?
??? 以8031單片機為核心,結合相應的外圍電路設計,構成一個ARINC429總線信號的求解和信號匹配系統。硬件設計框圖如圖4所示。?
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圖中,8031作為核心芯片,它與27256程序存儲器和61256數據存儲器組成單片機最小應用系統,完成對導航計算機輸出的ARINC429總線信號進行采集、轉換、計算和信號匹配等操作并進行控制。?
3282板以HS—3282、8255等芯片構成處理電路,實現將導航計算機的32位ARINC429串行數據轉換為符合8031單片機8位數據總線要求的并行數據,由單片機最小系統控制,實現數據的轉換和采集。?
SZZ板以高精度數字/軸角轉換模塊和8155等芯片為核心,構成目標方位角和偏流角的數字/軸角轉換電路,實現將3282板采集來的目標方位角和偏流角的數字量轉換為符合ARINC407標準的同步器信號,送給極坐標指示器,使其指示相應的參數。?
8279板以8279芯片為核心,構成鍵盤和顯示器驅動電路,實現待飛距離的顯示數據的處理和四位LED顯示器的功率驅動。?
1.2.3 軟件設計?
??? 為了便于程序的調試和修改,軟件設計采用模塊化設計方法。程序模塊主要包括主程序模塊、中斷服務(數據采集)子程序" title="子程序">子程序模塊、數據轉換子程序模塊、信號匹配子程序模塊、數碼顯示子程序模塊等。其中數據采集子程序和數據轉換子程序流程圖如圖5(a)、(b)所示。?
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2 系統調試?
兩種適配器的主要元器件均采用軍品,并經篩選,電路參數經反復計算和調整,保證了輸出信號的精度。系統連機后,通過地面開車實驗,長時間工作性能穩定。以雷達輸出的30mV/Kt、400Hz交流模擬電壓信號為例,經多卜勒導航信號適配器轉換為數字脈沖信號輸出,其模/數轉換精度如表1所示,滿足了工作精度要求。?
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極坐標指示器導航信號適配器將導航計算機輸出的ARINC429總線信號中的應飛航向、偏流角、待飛距離信號轉換成模擬信號供極坐標指示器使用。其轉換精度和響應時間如表2所示,完全滿足指示器指示精度和靈敏度的要求。到目前為止,研制的自動導航系統已通過鑒定并裝機飛行4000多小時,性能優良。?
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參考文獻?
1 涂時亮. 單片微機MCS—51用戶手冊. 上海:復旦大學出版社,1990?
2 [德]克勞斯.貝伊特. 數字技術.北京:科學出版社,1998