一、概述
在現(xiàn)代航空中，導航是一種十分重要的技術。通常，我們把引導運載體按既定航線航行的過程稱為導航。利用無線電技術對運載體航行的全部（或部分）過程實現(xiàn)導航，稱為無線電導航。到目前為止，無線電導航系統(tǒng)是世界上軍、民航使用最為廣泛的導航裝置，幾乎所有的軍、民航機場都裝有無線電導航系統(tǒng)。當前，我國民用和軍用航空中近程導航的現(xiàn)狀也仍是以無線電導航為主，并且由于現(xiàn)有的飛機著陸系統(tǒng)裝置仍不健全，因此，無線電導航系統(tǒng)對于保障飛機的歸航和進場引導就顯得尤為重要。目前廣泛應用的民用機載無線電導航系統(tǒng)有自動定向機、甚高頻全向信標系統(tǒng)、儀表著陸系統(tǒng)、氣象雷達、應答機、測距機、低高度無線電高度表、多普勒導航系統(tǒng)和奧米伽導航系統(tǒng)。
無線電導航系統(tǒng)由地面導航臺及機載設備組成，機載設備主要由環(huán)形天線、垂直天線、天線放大器、環(huán)匹配器、接收機、中央控制單元、無線電航向指示器、耳機及連接電纜等構成，能自動地、連續(xù)地測量飛機相對地面導航臺的航向角，便于為飛機導航。?
在實際導航測試中，為模擬無線電導航中組合天線的輸出射頻信號，經常要求設計各種滿足導航系統(tǒng)性能和技術指標要求的信號源。信號源所產生的信號形式、參數(shù)及工作方式等都要根據(jù)系統(tǒng)要求實時地進行靈活調整。因此，信號源必須具備信號產生方法靈活、參數(shù)變化速度快、信號頻譜純度高，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠等特點。而信號源的信號形式和參數(shù)實時可變的特點主要體現(xiàn)在信號產生器的技術上。以此為背景，為優(yōu)化配置系統(tǒng)軟硬件資源，提高處理速度，提高可重構性，本無線電導航數(shù)字信號源應用基于MicroBlaze軟核的嵌入式系統(tǒng)，以軟核作為信號源的控制核心，同上位機進行數(shù)據(jù)與命令通信，控制FPGA加載不同的軟件合成導航信號，從而充分發(fā)揮FPGA的設計特點，使設計的信號源能滿足實際應用的各項要求。
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二、無線電導航數(shù)字信號源總體設計方案
本無線電導航數(shù)字信號源總體設計思想采用直接數(shù)字頻率合成器（DDS）技術，設計精確的時鐘參考源精度、頻率和相位累加器字長和正弦波函數(shù)表，實現(xiàn)研制技術要求的輸出頻率變化范圍、頻率變化步長和頻率精度的調制正弦信號形式。
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系統(tǒng)方案采用大規(guī)模FPGA精確實現(xiàn)DDS，采用ADC擴展外調制信號，采用嵌入式軟核MicroBlaze作為控制核心，控制RS422/232接口與上位機通信，圖1是無線電導航數(shù)字信號源組成總體方案。
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圖1 無線電導航數(shù)字信號源總體方案圖
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系統(tǒng)利用VC6.0編寫上位機軟件，通過RS422/232接口同信號源通信，完成主控單元命令和數(shù)據(jù)的發(fā)送以及信號源的工作參數(shù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)交換，控制導航信號頻率，方位，通道選擇，工作模式以及其他參數(shù)。該系統(tǒng)方案中，MicroBlaze是主控單元，F(xiàn)PGA是底層合成單元，所有的命令（包括邏輯狀態(tài)數(shù)據(jù)）和數(shù)據(jù)均通過MicroBlaze同上位機進行交換，系統(tǒng)的時鐘信號由一個外部振蕩器（穩(wěn)補型或恒溫型）提供時鐘，在FPGA內部進行時鐘鎖相，產生系統(tǒng)所需頻率的多個時鐘信號。MicroBlaze接收上位機數(shù)據(jù)與命令并解析后將頻率、方位等參數(shù)回傳給FPGA，F(xiàn)PGA利用預設參數(shù)產生精確導航信號并將其傳至高速DA輸出。