浅谈飞机无线电罗盘数字化设计与抗干扰研究

王钰霖等

摘 要：随着航天科技的不断发展和进步，单片机在航空航天、仪器仪表等专用设备中得到了广泛的应用，无线电罗盘的数字化设计和抗干扰设计成为单片机选型和相应软件设计的主要研究问题。本文主要以无线电罗盘的概念和现状为出发点，分析了数字化罗盘的主要设计思想，为实现飞机无线电罗盘的数字化设计和抗干扰设计提供理论依据。

关键词：飞机；无线电罗盘；抗干扰设计

作为导航系统的主要组成部分，无线电罗盘是当前所有飞机的必要导航设备。该系统具有地面设备工作频率低、投资少、技术完善等特点，在我国各大机场中均得到了广泛的应用。随着航天技术的发展，飞机机载设备在不断地更新，为了有效实现无线电罗盘的维修性、可靠性及抗干扰性，数字化设计和抗干扰设计已经成为无线电罗盘设计发展的必然趋势。

1 飞机无线电罗盘系统的概念和现状

无线电罗盘是进入20世纪后出现的一种新型近程导航系统，主要是由商用广播电台或地面设备和记载设备组成。在我国，由于尚未建立起更先进的导航系统，到目前为止，无线电罗盘系统依然承担着着陆和近程导航的双项任务。而由于我国机场分布广泛，规模较小，在短期内仍然无法建立起新的导航系统，无线电罗盘系统具有经济、实用、可靠性高等特点，在相当长的一段时间内仍然可以作为我国飞机进程导航和着陆的基本设备。但在实际操作过程中，无线电罗盘导航设备容易受到地方电台的高干扰，工作稳定性差，直接影响了飞行训练的顺利进行[1]。因此，在今后的工作中，对飞机无线电罗盘系统的数字化设计和抗干扰设计显得尤为重要。

2 无线电罗盘的数字化设计

⑴软件无线电的基本结构。软件无线电的基本结构的主要设计思想是尽量减少模拟硬件电路，尽量将数字化处理单元（A/D）靠近天线。其设计结构主要包括射频低通采样数字化结构、中频带通采样数字化结构、射频带通采样数字化结构、基带采样数字化结构。其中，中频带通采样数字化结构。结构简单、模拟电力数量少，可将高频信号转变为中心频率适中的信号，得到了广泛的运用（结构图见图1）。

⑵数字化设计方案。为了极大程度上缩短设计时间，降低风险，研制出满足飞机需要的新型罗盘，某型号的无线电罗盘通过采用成熟电路的原则，利用中频带通采样数字化结构，成功设计出一款数字化无线电罗盘。该无线电罗盘的中频为3.5MHz，60dB带宽为9kHz，3dB带宽为3kHz，动态范围设计为80dB，根据带通采样定律，将采样频率设置为20kHz，以较好地满足将模拟中频信号无失真数字化。

对3.5MHz的中频信号进行数字化采样，其简化信号的表达式为：

正交分解信号后，得到的正交分量和同相如下：

同向分量

正交分量

对两者进行平方求和并再开放，得到的结果如下：

其中，m（n）即所需要的调解信号，其变化幅度包含了方位角θ的信息。

3 无线电罗盘的抗干扰设计

目前，无线电罗盘接收机抑制其发生相互干扰的技术主要包括前馈技术、预失真技术、功率回退技术以及负反馈技术。

前馈技术目前在强非线性系统以及大功率信号发射机中应用比较广泛，该技术效率高、技术成熟、抑制互相干扰效果佳，具有较强的实用性强[2]。但是在弱非线性系统以及小功率信号发射机中应用较少，在未来的研究发展中，可以考虑将其应用其中，但是由于该技术操作复杂，成本性高，相对其他抑制相互干扰的技术来讲，具有一定的局限性。

功率回退技术主要是采用功率较大的管子利用小功率使用，使其在低于1dB压缩点的区域工作时，通过牺牲直流功率以提高前端功效。这项技术操作时不需要增加任何设备，在罗盘接收机上具有较好的实用性，目前在大多数无线电设备抗干扰设计是一种较为实用的技术。

负反馈技术抑制互相干扰的效果显著，能有效增加罗盘系统的稳定性，虽然在实际应用中，该技术牺牲了功放的效率，但其对无线电罗盘的系统不会造成明显影响，因此，负反馈技术在抑制互调干扰中具有更广泛的应用[3]。

预失真技术准确性高，实现性复杂，具有良好的综合性能，在放大器线性化中应用较普遍。近年来，随着技术的发展和进步，“自适应预失真”技术在现实工程中被广泛应用。

总之，当前无线电罗盘导航设备容易受到地方电台的高干扰，工作稳定性差，直接影响了飞行训练的顺利进行。在今后的工作中，需要对机载设备的设计改进工作需受到重视，一方面要利用DSP 数字化技术以提高无线电罗盘系统的操作可靠性和稳定性，另一方面通过采取有效措施提高系统接收机商务抗电台干扰能力。

[参考文献]

[1]郭仕剑，王宝顺，贺志国.MATLAB7.x数字信号处理[M].人民邮电出版社，2010.

[2]葛哲学，陈仲生.MATLAB 时频分析技术及应用[M].人民邮电出版社，2011

[3]吴锐.无线电罗盘数字化设计与抗干扰研究[D].西安电子科技大学，2012.