空战训练状态监控系统的研究

发布时间：2017-06-28 15:22

  本文关键词：空战训练状态监控系统的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代空战中,机载武器作战效能的充分发挥是克敌致胜的关键,世界各主要军事强国历来非常重视空战的战术对抗训练及考核。随着科学技术特别是计算机技术的发展,外军先后开发了多个系列的空中对抗训练系统,不但功能、性能要求越来越苛刻,而且效能越来越贴近实战要求。近些年来,我国航空兵部队的空战训练发展也在不断深入,战术训练结果的质量评估日益重要,对于空战训练系统的依赖程度不断加大,现有的训练设备装备较早,普遍存在设备老化、技术落后等问题,已不能满足现代化航空兵部队的训练需求。本课题在此背景下,研究并设计了空战训练状态监控系统。该系统由机载的数据采集组件、武器接口组件、数据处理组件、数据记录组件、电源管理组件、数据传输组件和地面数据中心组成,将模块化的设备安装于飞机内部,并与飞机数据总线进行连接,它能够实时采集飞机在飞行训练中的姿态、位置、武器等参数,并实现模拟红外空空导弹探测、截获、跟踪目标以及发射全过程,同时将所有数据实时传输至地面数据中心的评估系统。本课题研究的主要内容：1、空战战术仿真技术的研究空战飞机进行空空导弹攻击训练时,由于红外导引装置使用成本高,严重制约了训练的强度和应用熟练程度。现代仿真技术的发展为有效提高空战模拟训练效能提供了途径,日益发挥重要作用。在对空战战术仿真技术研究的基础上,分析红外空空导弹性能参数,采用数字仿真与定性仿真相结合的方法,充分考虑太阳辐射等环境因素的影响,建立红外空空导弹探测和截获数学模型,模拟跟踪目标和发射过程。数字仿真技术的应用使空战训练装备的使用寿命由数十延长到数百飞行小时而且维护更加简便,降低了训练成本,提高了训练效能。2、航空总线技术的研究某型空战飞机为上世纪九十年代装备部队,机载训练设备较少,没有总线数据采集和汇集设备,影响了空战训练评估结果的准确性和客观性。本课题针对此型飞机的技术特点,深入研究GJB289A总线通信技术,设计的空战训练状态监控系统能够与飞机航空总线进行数据的交联,采集和记录相关训练参数,解决了某型飞机无法实现全要素攻击训练评估的瓶颈问题。设计中分析了机载各个数据系统的工作原理和数据格式,考虑到总线上终端数量多且工作在实时状态,确定采用中断服务程序进行数据的采集,有效保持了通讯畅通和数据实时性。3、无线通信技术的研究本课题研究了基于TDMA无线网络通信技术,确定通过机载的高速数据传输电台将空战飞机的训练信息实时传输至地面数据处理中心,使地面指挥员能够有效的进行监控空中训练态势和训练质量评估,改变了飞行训练结束后花费大量时间进行数据收集与判读的训练模式,提高了训练效能。课题研究中针对通信特点设计了系统组网方法,在无线数据传输组件的设计方案中,解决了快速伪码同步的问题,有效提高抗干扰性；在数据帧比较短的条件下,提出了使用TURBO编译码算法来实现。4、设计系统工程化实现方案在对空战训练状态监控系统工作原理和相关性能指标进行分析研究的基础上,提出系统各个组件硬件和软件的具体实现方法。通过比较分析,数据采集组件的设计中利用SoC FPGA在数据高速处理和编程灵活的优势,选用Altera公司的5CSXFC6C6U23ES芯片作为主控芯片；数据传输组件的设计中采用高中频的超外差结构滤除镜频和其他频率对射频通道的干扰。
【关键词】：空战训练 数据采集 FPGA
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-15
• 第一章 绪论15-20
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 国内外发展现状16-17
• 1.3 研究的主要内容17-18
• 1.4 论文结构安排18-20
• 第二章 系统总体方案20-22
• 2.1 系统组成框图及工作原理20-21
• 2.2 系统设计要求及性能指标21-22
• 2.2.1 主要采集记录信息21
• 2.2.2 记录容量21
• 2.2.3 无线通信性能21
• 2.2.4 其它国军标中相关要求21-22
• 第三章 相关技术与理论22-34
• 3.1 空战战术仿真技术22-25
• 3.1.1 战术仿真技术概述22
• 3.1.2 战术仿真技术的应用22
• 3.1.3 空-空火控仿真22-23
• 3.1.4 红外导引装置探测的数学模型23-25
• 3.2 GJB289A总线标准协议25-28
• 3.2.1 概述25-26
• 3.2.2 传输方式26-27
• 3.2.3 数据格式27-28
• 3.3 FPGA技术28-30
• 3.3.1 FPGA概述28-29
• 3.3.2 FPGA技术发展29
• 3.3.3 FPGA系统开发流程29-30
• 3.4 基于TDMA无线网络通信技术30-34
• 3.4.1 扩频通信系统研究30-32
• 3.4.2 TURBO码编译实现算法32-34
• 第四章 器件的选择34-41
• 4.1 FPGA芯片的选择34-37
• 4.1.1 SoC FPGA性能优势34-35
• 4.1.2 SoC FPGA主要特性及内部结构35-36
• 4.1.3 宽带HPS至FPGA互联干线链接36-37
• 4.2 存储器的选择37-41
• 第五章 硬件设计41-57
• 5.1 数据采集组件的设计41-45
• 5.1.1 RS422/485接口模块42-43
• 5.1.2 GJB289A接口模块43-44
• 5.1.3 地面维护接口模块44
• 5.1.4 FLASH接口模块44
• 5.1.5 通道仲裁模块44-45
• 5.1.6 参数配置模块45
• 5.2 武器接口组件的设计45-50
• 5.2.1 数字信号处理模块45-48
• 5.2.2 信号调理电路48-50
• 5.3 数据处理组件的设计50-51
• 5.3.1 主控模块51
• 5.3.2 数据收发模块51
• 5.4 数据记录组件的设计51-52
• 5.5 数据传输组件的设计52-56
• 5.5.1 组网方式52-54
• 5.5.2 总体结构54
• 5.5.3 腔体滤波器54
• 5.5.4 射频前端单元54-55
• 5.5.5 射频处理单元55
• 5.5.6 基带处理单元55-56
• 5.6 电源管理组件的设计56-57
• 第六章 软件设计57-65
• 6.1 FLASH存储器软件57-60
• 6.2 数据处理组件软件60-62
• 6.3 数据采集组件软件62
• 6.4 武器接口组件软件62-65
• 第七章 总结与展望65-67
• 参考文献67-70
• 致谢70-71
• 学位论文评阅及答辩情况表71

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