连续波无线电高度表测试仪的硬件设计

发布时间：2017-10-02 14:40

  本文关键词：连续波无线电高度表测试仪的硬件设计

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【摘要】：在航空飞行领域中,连续波无线电高度表作为一种测高设备,在飞行装置的自动着陆等运用场合中起到至关重要的作用。因此,在连续波无线电高度表的生产和使用过程中,非常有必要对其性能和指标的进行测试。本文完成了该测试仪的中频模块的设计,其主要功能是接收、测量中频调制信号,并产生与原基带信号波形特征一致的延迟回波信号,送回射频板,通过对比模拟高度和测量高度是否相同来检测高度表的测高性能。本文在了解了连续波无线电高度表的应用背景和工作原理的前提下,提出了数字延迟的处理方式来检测被测设备的测高准确度。在本设计中,硬件电路采用FPGA为主控单元,配合比较器、AD、DDS等芯片,实现信号的接收、参数测量并输出延迟后的模拟信号。FPGA芯片主要用于测量被测信号的参数并产生数字回波信号,DDS芯片主要用于产生50MHz~250MHz线性变化的模拟中频调制信号。本文还详细阐述了中频电路板上FPGA内部逻辑模块的设计原理。中频电路板接收前端输入的中频调制信号和包络检波信号,以及人机交互界面设置的相关参数,经测频模块测量待测信号的瞬时频率值,根据测得的瞬时频率值拟合出斜率,并根据斜率产生对应的回波频率值,存入RAM;当测频值处于设置的回波起始频率范围内时触发延迟计数模块工作,延迟计数完成时使能RAM读出频率值,经DDS产生与该频率值对应的模拟信号。同时,测量出基带信号的射频参数来表征高度表发射信号的性质。
【关键词】：高度表测试仪 模拟高度 模拟回波信号 参数测量
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V241.423
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 课题研究的意义11-12
• 1.3 连续波无线电高度表测试仪的研究现状12
• 1.4 论文研究内容以及结构安排12-14
• 第二章 连续波无线电高度表14-20
• 2.1 无线电高度表的测高原理14
• 2.2 频率调制的工作原理14-15
• 2.3 连续波无线电高度表工作原理15-19
• 2.4 无线电高度表测试仪的工作原理19
• 2.5 本章小结19-20
• 第三章 系统总体方案设计和指标分析20-36
• 3.1 功能需求20-21
• 3.2 测试系统总体方案设计21-22
• 3.3 回波的方式选择与误差分析22-27
• 3.4 参数测量的方法选定和误差分析27-35
• 3.4.1 调制域测频方法的分析与选定27-31
• 3.4.2 扫频信号参数测量方法的实现31
• 3.4.3 功率测量原理31-32
• 3.4.4 线性回归的参数估计和误差分析32-35
• 3.4.5 数字延迟回波的实现35
• 3.5 本章小节35-36
• 第四章 系统硬件电路设计36-53
• 4.1 系统整体硬件架构36-37
• 4.2 射频模块电路设计37
• 4.3 FPGA及其配置方案37-41
• 4.3.1 FPGA选型37-38
• 4.3.2 FPGA配置电路38-40
• 4.3.3 FPGA引脚分配40-41
• 4.4 脉冲整形电路设计41-42
• 4.5 功率测量通道电路设计42-44
• 4.6 数模转换电路设计44-48
• 4.6.1 AD9914概述45
• 4.6.2 AD9914配置与外围电路45-46
• 4.6.3 滤波器的设计46-48
• 4.7 电源电路设计48-51
• 4.8 与上位机通信功能设置51
• 4.9 PCB板卡绘制51-52
• 4.10 本章小结52-53
• 第五章 中频电路板的逻辑设计53-79
• 5.1 系统整体逻辑架构53-55
• 5.2 调制域内无间歇同步瞬时测频逻辑设计55-60
• 5.2.1 测频整体框架逻辑设计55-56
• 5.2.2 两路同步闸门选择/产生模块56
• 5.2.3 两路待测信号和时钟计数模块56-58
• 5.2.4 计数值锁存/清零模块逻辑设计58-59
• 5.2.5 频率值计算模块逻辑设计59-60
• 5.2.6 二选一数据选择器逻辑设计60
• 5.3 比较/控制模块逻辑设计60-63
• 5.4 参数测量模块逻辑设计63-64
• 5.5 RAM1读写控制模块逻辑设计64-65
• 5.6 基于回归分析的曲线拟合65-67
• 5.7 频率产生模块逻辑设计67-68
• 5.8 距离回波模块逻辑设计68-74
• 5.8.1 回波起始地址检测模块69-70
• 5.8.2 延迟处理/计数模块逻辑设计70-72
• 5.8.3 RAM2读写控制模块逻辑设计72-74
• 5.9 功率测量逻辑设计74-76
• 5.10 通信接口逻辑设计76-78
• 5.11 本章小结78-79
• 第六章 系统调试分析及验证79-91
• 6.1 模块的硬件调试79-81
• 6.2 功能调试81-90
• 6.2.1 功能调试平台81-82
• 6.2.2 上位机控制软件82
• 6.2.3 测频模块功能验证82-85
• 6.2.4 拟合模块功能验证85-86
• 6.2.5 回波模块功能验证86-88
• 6.2.6 功率测量模块功能验证88-90
• 6.3 本章小结90-91
• 第七章 结论及展望91-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-96
• 攻硕期间的研究成果96-97

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本文编号：960170