仪表着陆与伏尔导航系统的研究与实现
摘要
本文介绍了民用航空飞行中精密进近和着陆的分类及其所要达到的精度要求,介绍了仪表着陆系统(ILS)和伏尔导航系统(VOR)在精密进近和着陆中的应用及其性能。
文章针对仪表着陆与伏尔导航接收机的不同模式进行结构与性能上的分析,采用现在流行的FPGA和DSP等先进数字信号处理技术。
文章提出了不同模式下接收机的硬件实现方案,包括仪表着陆及伏尔导航系统两种工作模式的基本工作原理和相应的方案论证,以及处理过程中的一系列适合FPGA实现的新算法、新思路。
文章重点研究了伏尔导航接收机的实现,包括30Hz可变相与基准相的相位比较技术,以及IIR滤波器和自适应滤波器的性能分析及其FPGA的巧妙实现。
最后,文章给出了仪表着落系统与伏尔导航接收机的系统仿真图,实测数据,硬件图和实测图及各项性能指标。根据仿真和测试结果可以看出,仪表着陆系统和伏尔导航接收机的实测结果与理论分析相一致,设计精度达到系统性能指标要求。
This paper gives an introduction of the precision approach of the civil aviation flight, the classifications of landing and the accuracy requirements to be achieved, and an introduction of the instrumental landing system (ILS) and the performance and application of the Vulcan navigation systems (VOR) controlled by the precision approach in the process of landing .
This paper analyzes the structure and performance of the instrumental landing and the VOR navigation receivers of different models. The current popular FPGA and DSP, and other advanced digital signal information are used to deal with technical problems. This paper puts forward implementation solutions for the receiver hardware in different modes, including the basic working principles of the two kinds of working patterns: the Instrumental Landing System, and the VOR Navigation System; the corresponding solutions’proof, as well as a series of new algorithms and new ideas which are suitable for FPGA implementation process.
This paper mainly studies the implementation of VOR navigation receiver, including the phase comparison techniques of the 30Hz variable phase and the Bezugsphase, and the performance analysis of IIR filer and adaptive filter and the FPGA clever implementation.
Finally, this paper presents a System Simulation Diagram, the measured data, the diagrams of the hardwares, and the test diagram, as well as their performance indicators for the Instrumental Landing System and the VOR Navigation System. According to the simulation and test results, we can see: the experimental results of the instrumental landing system and VOR navigation receiver are consistent with the theoretical analysis, and the design accuracy meets the system performance requirements.
文章针对仪表着陆与伏尔导航接收机的不同模式进行结构与性能上的分析,采用现在流行的FPGA和DSP等先进数字信号处理技术。
文章提出了不同模式下接收机的硬件实现方案,包括仪表着陆及伏尔导航系统两种工作模式的基本工作原理和相应的方案论证,以及处理过程中的一系列适合FPGA实现的新算法、新思路。
文章重点研究了伏尔导航接收机的实现,包括30Hz可变相与基准相的相位比较技术,以及IIR滤波器和自适应滤波器的性能分析及其FPGA的巧妙实现。
最后,文章给出了仪表着落系统与伏尔导航接收机的系统仿真图,实测数据,硬件图和实测图及各项性能指标。根据仿真和测试结果可以看出,仪表着陆系统和伏尔导航接收机的实测结果与理论分析相一致,设计精度达到系统性能指标要求。
This paper gives an introduction of the precision approach of the civil aviation flight, the classifications of landing and the accuracy requirements to be achieved, and an introduction of the instrumental landing system (ILS) and the performance and application of the Vulcan navigation systems (VOR) controlled by the precision approach in the process of landing .
This paper analyzes the structure and performance of the instrumental landing and the VOR navigation receivers of different models. The current popular FPGA and DSP, and other advanced digital signal information are used to deal with technical problems. This paper puts forward implementation solutions for the receiver hardware in different modes, including the basic working principles of the two kinds of working patterns: the Instrumental Landing System, and the VOR Navigation System; the corresponding solutions’proof, as well as a series of new algorithms and new ideas which are suitable for FPGA implementation process.
This paper mainly studies the implementation of VOR navigation receiver, including the phase comparison techniques of the 30Hz variable phase and the Bezugsphase, and the performance analysis of IIR filer and adaptive filter and the FPGA clever implementation.
Finally, this paper presents a System Simulation Diagram, the measured data, the diagrams of the hardwares, and the test diagram, as well as their performance indicators for the Instrumental Landing System and the VOR Navigation System. According to the simulation and test results, we can see: the experimental results of the instrumental landing system and VOR navigation receiver are consistent with the theoretical analysis, and the design accuracy meets the system performance requirements.
引文
【1】黄志刚。无线电导航原理与系统。北京航空航天大学出版社。2007.8
【2】马存宝。民机通信导航与雷达。西北工业大学。2004.12
【3】丁子明,言中。卫星导航与微波着陆。北京航空学院。1984.9
【4】刘徐德,王万义,邱致和,刘烈武等。战术通信、导航定位和识别综合系统文集。电子工业出版。1992.1
【5】中国民用航空总局,CCAR,91FS-Ⅱ-1996。中国民用航空仪表着陆系统Ⅱ类运行规定。中国北京,中国民用航空总局,1991
【6】卢伯英。全球卫星定位系统在民用航空航行系统中的应用。民航经济与技术. 1997.4
【7】彭网大。现代飞机电子设备知识丛书。宇航出版社。1992.3
【8】杨小牛,楼才义等。软件无线电原理与应用。电子工业出版社。2001.1
【9】张辉,曹丽娜。现代通信原理与技术。西安电子科技大学出版社。2002.1
【10】丁玉美,高西全。数字信号处理。西安电子科技大学出版社。2001.5
【11】曾兴雯,刘乃安。通信中的扩展频谱技术。西安电子科技大学出版社。1995.5
【12】徐志军,徐光辉。CPLD/FPGA的开发与应用。电子工业出版社。2002.1
【13】陈亚勇等。MATLAB信号处理详解。人民邮电出版社.2001.9
【14】李建新,刘乃安,刘继平编。现代通信系统分析与仿真:MATLAB通信工具箱,西安:西安电子科技大学出版社,2000.
【15】陈耀和。VHDL语言设计技术,北京:电子工业出版社,2004.
【16】刘绍汉,林灶生,刘新民编著。VHDL芯片设计,北京:清华大学出版社,2004.
【17】孔霞。非线性与模糊控制方法在飞控系统中的应用。西北工业大学硕士学位论文。2003.12
【18】王鸿锋。全球导航卫星系统(GNSS)在精密进近和着陆中的应用。上海交通大学硕士学位论文。2003.1.1
【19】王晓燕。飞机差分GPS自动着陆控制系统设计与仿真。西北工业大学。2000.3.1
【20】罗开宇。基于虚拟仪器技术的自动检测设备的开发与研制。西北工业大学。2003.9.15
【21】陈肯。基于一套VOR/DME机场空域飞行程序设计的研究。西南交通大学。2003.6.1
【22】关德新,斯德谊,刘荣科。伏尔(VOR)导航动态模拟应用研究。北京航空航天大学电子工程系。1998第12期,第56-58页
【23】陈邸非。VOR/ILS导航接收机中的数字信号处理技术。中国航空工业总公司第615研究所。1997年第四期(总89期),6-1
【24】安莎莎,张辉,赖伟林。VOR导航接收机信号处理技术。西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安。2006.4
【25】李勇,李智君。VOR系统的一种中频数字信号处理方法。西北工业大学电子信息学院,陕西西安。2008.9
【26】谭晓华,陈健。基于TMS320VC5402的l LS信号处理的实现方案西安电子科技大学通信工程学院,陕西西安。2004年第11期
【27】尚小天,陈健,陈吉锋。基于TMS320VC5402的VOR软件接收机的设计实现。西安电子科技大学通信工程学院,陕西省西安市。2005.4
【28】孙亚伟,黄家成,曹乃森。甚高频全向信标(VOR)/仪表着陆系统(ILS)标准信号源设计。空军第一航空学院信阳。2008.7
【29】Ryoji Wakabayashi, Haruo Kawakami, Gentei Sato, Takashi Amano and Yasuo Suzuki. Analysis of Course Errors on CVOR Antennas (Including Effects of Mutual Coupling Between Elements). IEEE TRANSACTIONS ON VEHICULAR TECHNOLOGY, VOL. 47, NO. 2, MAY 1998. Page(s):392-405
【30】David W. Matolak, Joshua T. Direct-sequence Spread Spectrum Spectral Overlay In The Instrument Landing System Glidescope and Microwave Landing System Bands. Digital Avionics Systems Conference,2004. The 23rd Volume 1,24-28 Oct. 2004 Page(s):1.E.1-11-10 vol.1
【31】Madiha Jafri, Jay Ely, and Linda Vahala. Graphical Analysis of Electromagnetic Coupling on B-737 and B-757 Aircraft for VOR and LOC IPL Data. Wireless Communications and Applied Computational Electromagnetics, 2005. IEEE/ACES Internatioanl Conference on 3-7 April 2005 page(s):1069-1072
【2】马存宝。民机通信导航与雷达。西北工业大学。2004.12
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