NORMARC 7000B监控系统及信号处理技术

NORMARC 7000B监控系统及信号处理技术

李凯涛 赵庆涛

河南省机场集团有限公司 河南 郑州 450000

摘要:ILS是Instrument Landing System的简称，即仪表着陆系统，这是一个能够保证飞机可以安全着陆以及进近的精密导航设备，这个静谧的设备不仅包含稳定性极强的发射组件，而且还包含功能性很强的监控功能，能够对信号做出准确判断。本文深入研究Indra Normarc 7000B设备的监控环节，重点解析信号流程和她的模块功能，通过仿真技术判断MO1212A组件中DSP对信号幅值的处理效果。

关键词：NORMARC 7000B；监控系统；信号处理；研究分析

1 ILS监控功能分析

NORMARC 7000B ILS监控设备主要包含两大板件，即监控器212以及监控前端设施1211/1219.经过监控前端耦合实现信号的发射功能，进而经过后续处理以后成功送到监控器模块，这个时候监控器模块将所输入的模拟信号进行数字化处理，然后再进行下一个环节。

1.1 MF1211/1219模块简析

在监控器前段会分别接受DS,CL,CLR,NF四种耦合的调幅信号，同样也是通过四路分别实现信号滤波功能和调节功能，有效得到基带信号。如果是双频配置的设备还多产生一组数字脉冲，其主要作用就是表现CLR和COU之间的DF频差。

通过天线耦合作用得到的射频信号具有不同的幅值。MF1211/1219板件通过四组6/12/12dB衰减跳线实现对信号的预选作用。信号经过带通滤波器的作用有效排除ILS频段之外的一切信号干扰，后续再经过放大作用被分成两路，一路信号经过检波从而得到带信号，通过低通滤波器被送达MO1212监控。ILS基带信号以外的频率都会被处于激活状态的低通滤波器排除在外，旋转滤波器里面的电位器通过让信号幅度发生变化进而实现调制度差的读数；另一路信号被发送到RP-LEV，即射频电平检测单元，经过检波过程以后输出与射频电平呈现一定比例的直流信号，这个信号将被用于监控用射频值。通常情况下会调节MF1211A前端的RF-LEVEL电位器旋钮RMS的面板此时会显示3V。

在MF1211/1219这个模块中，有一个AGC电路，这个电路的主要功用就是保证射频信号在放大过程中的均匀性，有效缩短监控器在开机阶段的启动时间。当设备处于关机状态的时候，由于AGC电路的作用，虽然没有输入射频信号，但是依然会有一个基准电压，这个电压通过适当对AGC-TIME进行有效调节实现电压高低的改变。当设备处于开机状态的时候，RV-LEV电路可以准确检测到射频电压，当关闭AGC电压的时候，AGC环路就可以重新恢复到正常的运行状态。对MF1211/1219前端的AGC电位器进行调整，保证在开机与关机的时候AGC电压稳定且一致，那么就会有助于保证整个环路的电压稳定性，将监控器的启动时间降到最低。

1.2 MO1212模块

这一监控模块主要是收集MF1211/1219所输出的诸如射频电平、识别信号、基带信号等模拟信号，对这些信号进行数字化处理，连同DC LOOP直流信号以及能够选择的外部前端信号经过傅里叶的快速变换操作获得信号幅值，将结果发送到比较器，与可编程门限进行比较。如果所得到的结果大于预设值，那么比较器就会立刻产生报警信息，这个报警状态就会即刻被发送到RMS组件以及TCA组件。

MO1212这一模块主要包含三个部分，即比较器、滤波器、低频前端、从MF1211/1219发射出来的信号会进入到MO1212组件，这个时候就会进行LF-FRONT模块运算，这个模块有很多功能，其中非常重要的自检功能主要是为了保证检测监控器的正确性。对衰减的CL基带信号和常规的信号采样并检测。检测信道会在这两种信号之间无线切换，这种切换状态也会显示在软件中。如果CL信号一切正常，那么检测信号也会在警告状态和正常状态之间进行切换。如果没有及时发生切换别显示在软件中，那么监控设备就会认为没有及时发现检测原始监控信号的警告状态，整个监控器也会随之进入告警状态。另一个监控器这个时候就会接连产生预警、换机、关机操作。此外，LF-FRONT把输入的差频信号以及模拟信号进行模数转换，然后得到DC LOOP和数字信号、自检信号、外部信号等被送到FIFO单元。

LF-FRONT的大多数功能都可以通过FPGA NMP101A得以实现。NMP101A的逻辑功能主要基于Actel ACT1020 NFPGA.ACT1020的模块主要是通过一个2门或者输入以及三个2:1的多录选择器，这个组成可以完美的实现四输入与非、或关系、或非。Nomrac7000BMO1212板件主要使用84针脚的芯片。

在NMP101A中 CLK引脚作为输入，NMP101A中 CLK把系统时钟分成五路，当成是信道地址，与此同时还会生成和外部ADC相互连接并具有可读、可转换功能的脉冲。从ADC信号、外部信道、差频当中进行选择，通过一种比较迂回的方法把所选择的信息成功传送到FIFO。这个单元的组成是通过7x17位先进先出堆栈队列，它和DSP_FILTER模块中的DSPTMS320C31模块彼此相连。FIFO向COMPARATOR比较器发送信息与数据，而且还会把可应用的DAV状态成功传送至DSP,实现下一步处理。

DSP_ FILTER涵盖TMS320C31型DSP,一个重启/看门狗电路，一个记忆模块。TMS320C31属于TI公司TMS320系列中可以进行数字信号处理的TMS 320C3X里面的一种类型，这个是32位浮点运算DSP，具有60ns的单周期指令的操作执行时间。所需要特殊处理的数字信指令集与内部的总线结构可以有效保证设备的灵活性以及高速运行。

DSP-FILTER模块执行监控器里面具有滤波功能，通过LF—FRONTENDFIFO读取数据，模拟数据实现快速傅里叶变换，通过直流数据实现真值的计算。通过被计算的参数可以写入COMPARAT0R比较器。COMPARAT0R模块把通过从DSP_FILTER所得到的参数和可编程的告警下限和上限进行比较。告警数据通过固定的专线被送达TCA 1218组件的StationContro控制站终端。与此同时比较器也会发生延时以及瞬时的告警信号。只有在告警时间远大于编程的延时时间才可以发出告警信号，系统才会成功将延时的告警信号进行发送。系统所有的告警、参数、预警数据都通过FIFO发送到RMS。比较器需要通过两块NMP103A和FPGA—NMP102A实现相关功能的正常运行。

2NORMARC7000B监控系统信号处理

很难通过NORMARC7000B监控系统所输入的基带信息看出某些特有属性，而且150Hz和90Hz的频差只是60Hz，而且数字滤波对阶数要求都很高，很难实现。所以通过DFT傅里叶把信号变到频域，取得信号幅值。FFT是DFT快速运算，在NORMARC7000B这个系统中，DSP通过这种方法可以求取150Hz和Hz的幅值。DFT算法的基本公式算式是：
)=

其中，x(n)代表时域信号，X(k)代表频域信号， 是 的因子权。

与DFT相比较，FFT的计算蝶式运算是非常重的元素，有效利用 的周期性以及对称性，运算量会大大降低，效率变高，DSP的空间应用效率变高。

表1 不同窗函数M点修正的幅值

通过表1可以清楚得到不同窗函数、不同值150Hz与90Hz信号的幅值。如果是多点卷积，Hamming窗和Hanning窗因为频谱能量相对比较集中，旁瓣影响小，主瓣分明这样的特点，那么幅值将会更接近理论数据。与此同时，很容易就可以看出随着数值逐渐变大，信号幅值就会越接近理想值。通过Hanning窗所得9幅值，如果M=7，那么误差就会保持在大约2.22%，效果会更理想。

参考文献

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