??? 摘? 要: 介紹了自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)中多卜勒導(dǎo)航信號適配器和極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號適配器的設(shè)計(jì),并給出了具體的硬件電路和相關(guān)軟件流程。實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)航計(jì)算機(jī)與多卜勒雷達(dá)、自動(dòng)駕駛儀" title="自動(dòng)駕駛儀">自動(dòng)駕駛儀、真空速表和極坐標(biāo)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(zhuǎn)換等技術(shù)難題。?
關(guān)鍵詞: 雷達(dá)? 極坐標(biāo)指示器? ARINC429總線? 適配器?
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直升機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)與機(jī)上設(shè)備的交連關(guān)系如圖1所示。它主要由多卜勒雷達(dá)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、自動(dòng)駕駛儀、真空速度計(jì)算機(jī)、極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號適配器和多卜勒導(dǎo)航信號適配器以及各種儀表、指示器構(gòu)成。本文主要介紹多卜勒導(dǎo)航信號適配器和極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號適配器的設(shè)計(jì)。
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1 接口適配器的研制?
1.1 多卜勒導(dǎo)航信號適配器?
1.1.1 接口信號分析?
??? 多卜勒雷達(dá)輸出模擬和數(shù)字兩種制式的導(dǎo)航信息。模擬信號相對于水平面,它包括雷達(dá)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(dòng)駕駛儀)、導(dǎo)航信息(縱向和橫向速度的交流模擬電壓);數(shù)字信號是相對于機(jī)體坐標(biāo)的縱向和橫向速度的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號的脈沖寬度和信號靈敏度不符合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的要求,又因?yàn)槎嗖防绽走_(dá)給出的模擬信號質(zhì)量優(yōu)于數(shù)字信號,因此,將多卜勒雷達(dá)輸出的模擬信號進(jìn)行變換,實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的脈沖數(shù)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(dá)輸出的以靈敏度為30mV/Kt的400Hz交流信號表示的飛機(jī)縱向(VY)、橫向(VX)速度信號轉(zhuǎn)換為以脈沖頻率數(shù)表示的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的輸入信號;?
·將雷達(dá)輸出的表示速度方向的離散信號轉(zhuǎn)換為滿足導(dǎo)航計(jì)算機(jī)需要的離散信號;?
·將直升機(jī)真空速表輸出的以交流模擬電壓表示的真空速信號轉(zhuǎn)換為以直流模擬電壓表示的真空速信號送給導(dǎo)航計(jì)算機(jī);?
·將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的側(cè)向控制信號和有效信號以及自動(dòng)駕駛儀輸出的巡航功能控制信號轉(zhuǎn)換為自動(dòng)導(dǎo)航的控制信號,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛儀的自動(dòng)導(dǎo)航。?
1.1.3 適配器設(shè)計(jì)?
??? 適配器主要由A/D" title="A/D">A/D轉(zhuǎn)換電路" title="轉(zhuǎn)換電路">轉(zhuǎn)換電路、AC/DC轉(zhuǎn)換電路、離散信號轉(zhuǎn)換電路、狀態(tài)控制電路和電源電路等組成。?
A/D轉(zhuǎn)換電路由低通濾波器、緩沖隔離、梯度控制、A/D轉(zhuǎn)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(dá)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(diào))。?
AC/DC轉(zhuǎn)換電路由低通濾波、緩沖隔離、AC/DC轉(zhuǎn)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(diào))。?
離散信號轉(zhuǎn)換電路由整形鉗位、電平移動(dòng)、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(dá)輸出的代表速度方向(相對機(jī)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(dòng)導(dǎo)航信號處理及控制電路包括信號控制電路和狀態(tài)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(tài)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(jīng)反復(fù)調(diào)試,優(yōu)化設(shè)計(jì),最后固化成模塊。整個(gè)電路由六個(gè)模塊組成,分別安裝在兩個(gè)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(dá)縱向速度信號和橫向速度信號的預(yù)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(dá)速度信號的A/D轉(zhuǎn)換模塊;RGX—3為離散信號的處理模塊。?
1.2 極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號適配器?
1.2.1 適配器功能?
??? 該適配器完成導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的地速串行數(shù)據(jù)(12.5±0.1kbit/s)中的目標(biāo)方位、偏流角和待飛距離信號計(jì)算,并將目標(biāo)方位和偏流角信號調(diào)整為極坐標(biāo)指示器能夠接收的符合ARINC407標(biāo)準(zhǔn)的同步器信號,將待飛距離信號調(diào)整為四位LED顯示器的顯示信號。?
1.2.2 硬件設(shè)計(jì)?
??? 以8031單片機(jī)為核心,結(jié)合相應(yīng)的外圍電路設(shè)計(jì),構(gòu)成一個(gè)ARINC429總線信號的求解和信號匹配系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)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(shù)據(jù)存儲器組成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng),完成對導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的ARINC429總線信號進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算和信號匹配等操作并進(jìn)行控制。?
3282板以HS—3282、8255等芯片構(gòu)成處理電路,實(shí)現(xiàn)將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的32位ARINC429串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合8031單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線要求的并行數(shù)據(jù),由單片機(jī)最小系統(tǒng)控制,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集。?
SZZ板以高精度數(shù)字/軸角轉(zhuǎn)換模塊和8155等芯片為核心,構(gòu)成目標(biāo)方位角和偏流角的數(shù)字/軸角轉(zhuǎn)換電路,實(shí)現(xiàn)將3282板采集來的目標(biāo)方位角和偏流角的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為符合ARINC407標(biāo)準(zhǔn)的同步器信號,送給極坐標(biāo)指示器,使其指示相應(yīng)的參數(shù)。?
8279板以8279芯片為核心,構(gòu)成鍵盤和顯示器驅(qū)動(dòng)電路,實(shí)現(xiàn)待飛距離的顯示數(shù)據(jù)的處理和四位LED顯示器的功率驅(qū)動(dòng)。?
1.2.3 軟件設(shè)計(jì)?
??? 為了便于程序的調(diào)試和修改,軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。程序模塊主要包括主程序模塊、中斷服務(wù)(數(shù)據(jù)采集)子程序" title="子程序">子程序模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序模塊、信號匹配子程序模塊、數(shù)碼顯示子程序模塊等。其中數(shù)據(jù)采集子程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖5(a)、(b)所示。?
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2 系統(tǒng)調(diào)試?
兩種適配器的主要元器件均采用軍品,并經(jīng)篩選,電路參數(shù)經(jīng)反復(fù)計(jì)算和調(diào)整,保證了輸出信號的精度。系統(tǒng)連機(jī)后,通過地面開車實(shí)驗(yàn),長時(shí)間工作性能穩(wěn)定。以雷達(dá)輸出的30mV/Kt、400Hz交流模擬電壓信號為例,經(jīng)多卜勒導(dǎo)航信號適配器轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號輸出,其模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度如表1所示,滿足了工作精度要求。?
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極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號適配器將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的ARINC429總線信號中的應(yīng)飛航向、偏流角、待飛距離信號轉(zhuǎn)換成模擬信號供極坐標(biāo)指示器使用。其轉(zhuǎn)換精度和響應(yīng)時(shí)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(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)已通過鑒定并裝機(jī)飛行4000多小時(shí),性能優(yōu)良。?
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參考文獻(xiàn)?
1 涂時(shí)亮. 單片微機(jī)MCS—51用戶手冊. 上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,1990?
2 [德]克勞斯.貝伊特. 數(shù)字技術(shù).北京:科學(xué)出版社,1998