基于航空无线电导航系统仿真研究

杜春辉

（吉林省民航机场集团飞行区管理部导航保障室，吉林 长春 130035）

【摘要】无线电的导航系统是航空飞行的重要组成部分，也是飞行检验仿真的基础。主要分析了Simulink与Matlab在建模仿真中的特点和 航空无线电导航系统及其仿真的特点，并进一步的研究了Simulink与Matlab与高层结构（HLA）在兼容性方面所表现出来的强大的兼容性以及可重用性的优点，充分的说明了其在通信系统中的作用，并建立了机载接收分系统、空间信号合成、天线分配网络以及地面航向信标的 Simulink 仿真模型，进而得出了正确的波形，进而提出了将Simulink模型加入到基于高层结构的通信系统综合仿真系统联邦的解决措施。

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关键词 无线电导航系统；仿真；Simulink与Matlab；模型

基于航空的无线电导航系统的全数字的仿真是航空飞行检验的基础，同时其也是仿真系统中不可或缺的组成部分，在整个系统中起着非常重要的作用。随着我国经济与科学技术的迅猛发展，我国的无线电导航技术也逐渐的走向成熟，无线电导航系统简单的来说就是利用无线电导航技术引导飞机进入相应的航线，并为飞机进行着陆引导，该系统对飞机的自动驾驶仪以及确定下滑道、航道等提供了精准的数据，有效的的保证了飞机的安全驾驶。但是，导航信息质量的高低以及着陆系统性能的发挥情况还受到一些因素的影响，主要的影响因素有两个方面，一个方面的影响因素是场地环境条件以及配置地点的影响，以及电磁干扰以及电波的传递条件等外界因素。另一方面是受到设备本身性能的限制。

1在无线电导航系统仿真中对Simulink与Matlab的可用性兼容性的研究

根据相关的数据统计表明，很多大学和研究机构将建立较为完善的Simulink模型应用到HLA仿真中进行研究，都取得了一定的成果。在众多的研究案例中，比较成熟的研究案例有清华大学的Matlab与HLA/RTI的通用适配器，MAK公司的HLA/DIS Toolbox 的研究以及国防科研究的KD-HLA-Simulink工具箱，并将该工具箱完全的集成在Simulink的环境中，同时还为用户提供相应的Simulink的模块，该模块就是所说的HLA模块，该模块的功能是实现与RTI之间的接口。而MAK公司研发的 HLA/DIS Toolbox 实际上是在基于HLA/D IS标准仿真环境与MATLAB&Simulink之间提供了一个接口，通过这个接口，可以实时的或者是将已经记录的HLA/D IS数据输入到MATLAB中进行数据的分析，或者是将Simunlink或MATLAB的模型整合到HLA/D IS的环境之中，在进行Toolboox的使用 时，Simulink与Matlab的应用程序就成为了一个完整的HLA/D IS的联邦成员。总而言之，上述的研究成果都为无线电导航系统的Simulink模型加入到通信系统中的综合仿真系统的建立提供了良好的条件与基础。

2实例

利用Simulink建立了无线电导航系统 的米波仪表着陆系统地面分系统以及机载分系统的仿真 模型，通过验证和校验。基于HLA的米波仪表着陆系统的仿真的体系架构如图1所示：

机载设备和地面设备是仪表着陆系统的两个重要组成部分，其中地面设备主要由2～3个指点信标、下滑信标以及航向信标组成，而仪表着陆系统的地面分系统的仿真又可以分为空间信号合成系统、天线分配网络子系统以及信标发射机子系统，本文主要研究和探讨了航向信标的发射和接收。

2.1航向信标发射机子系统的建模、仿真

研究表明，对于进场的飞机，150Hz左右的音频信号占有一定的优势，其DDM<0，而在飞机航道的右侧，90Hz的音频具有明显 的优势，其DDM>0，而在航道上，二者音频的幅度相等，DDM=0。航向信标太包含了两台余隙发射机以及两台航道发射机，其主要作用是产生余隙载波加边信号与航道SBO、CSB。在本系统的Simulink模型之中，由于需要对信号进行相位的处理，因此会 借助希尔伯特将信号转变为复信号，实部是真实信号，并且信号的相位变化都是在复数的区域中进行的，最后再将转变后的复信号进一步的转换成虚部和实部，所得的信号就是复信号转变后的实部，为了能够有效的提高仿真的效率，用1MHz代替载波的频率。

2.2航向信标天线分配网络的建模、仿真

航向信标的天线系统将 余隙的SBO、CSB信号按照相应的规律分配给天线阵的每一个单元，然后 再按照系统的要求的场型辐射出去，最后得到在作用的空间内航道以及航道偏离的具体信息。航向信标天线系统的核心仿真部分的主要功能是为天线进行网络的分配，通过天线进行网络分配以后使SBO、CSB信号按照相应的幅度以及相位关系传送给天线阵，其中天线分配网络主要由延迟线、混合器以及不平衡功分器组成。不平衡功分器的主要作用是将信号按照所要求的的功率关系进行分配，而混合器的作用是将分离以后的SBO、CSB信号进行混合成一路信号，然后再将混合以后的信号发送给同一个天线单元，同时再将发送给天线的SBO、CSB信号进行正交。

2.3空间合成信号的建模、仿真

仪表着陆系统的机载航向中的接收机的主要作用是对航向的信号进行接收，通过对输出150Hz与90Hz信号的调制度差，进一步的对两个单音频得到信号幅度归一化的差值。该部分主要由归一化比幅电路、中心频率为90Hz以及150Hz的带通滤波器以及包络检波器组成。音频幅值的比较模块主要进行两个单音频幅度的比较，所得出的差值是仪表模块的驱动信号。然后在各个分系统与RTI的接口部分，使用KD-HLSimulink工具对系统的属性以及信息进行发布与订购。

３结语

综上所述，基于航空的无线电导航系统的全数字的链路波形级的仿真对于飞行检验的 综合仿真系统的建立有着非常重要的作用，建立Simulink与Matlab无线电导航系统的仿真模型，具有简单易懂、模块丰富的特点，并且符合无线电导航系统建模的仿真特点。

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参考文献

［１］秦红燕.飞行管理计算机水平导航功能的建模与仿真研究[D].哈尔滨工业大学,2008.

［２］黎雨露.软件无线电gps接收机的DSP实现与优化[D].武汉理工大学,2010.DOI:10.7666/d.y1680313.

［３］韩虹,张立新.Galileo卫星导航系统的时间子系统介绍[J].空间电子技术,2007,4(1):24-28.

［责任编辑：邓丽丽］