在民用航空飛速發展的今天，民用航空運輸已經成為全球主要的和重要的運輸手段之一，飛機如何安全著陸是飛機飛行過程中面臨的最重要的問題。微波著陸系統（MLS）由方位引導、仰角引導和拉平仰角引導等設備所組成。方位引導是在水平面上可在跑道中心線每邊20 ～60 區域內提供任意要求的航道，仰角引導是在垂直面上可以提供許多下滑道 （如從1 ～15 ），拉平仰角引導基本原理與仰角引導相同，但所發射的是更窄 更薄的波瓣，以便為拉平階段的飛機提供精確的仰角引導信息，該系統具有提供精密測距信息的能力。微波著陸系統工作在微波波段，空間掃描的波瓣主要依靠天波來形成，受地形和地物的影響較小，因此具有儀表著陸系統無法比擬的高精度、高穩定性、易架設、易調整等優點；適用于作各種起落的各型飛機。本設計就是根據MLS的工作原理，介紹了基于DSP實現的算法——DPSK自適應解調和系統硬件設計。

　　1 微波著陸系統的工作原理

　　微波著陸系統（MLS）包括機場地面發射臺及機載接收設備兩部分。地面發射臺分為7個部分：方位掃描波束發射臺、仰角掃描波束發射臺、拉平引導臺、方位引導臺、精密測距應答機、全向著陸數據字發射臺，其中復飛方位引導臺為可選項。機載設備分為微波著陸接收機和精密測距收發機兩部分。機載接收機通過接收各個分系統的信號，識別出各個系統的功能識別碼，然后作出相應的處理，計算出飛機著陸所需要的各個數據，控制飛機的飛行姿勢，達到安全著陸的目的。著陸系統地面設備布局，如圖1所示。其中1為方位引導臺；2為精密測距應答臺；3為拉平引導臺（測量離地高度）；4為下滑引導臺（測量仰角）；5為復飛引導臺。

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　　基帶信息處理系統通過對限幅中頻信號進行解調，恢復出地面設備發送的基本數據及輔助數據和莫爾斯碼，同時還產生一個同步脈沖。由于多徑干擾產生的脈沖會影響鎖住閘門的可靠性，掃描脈沖跟蹤系統通過對掃描脈沖進行跟蹤，輸出時間閘門，只允許包絡處理系統處理對時間閘門內的包絡信號進行分析，消除了多徑干擾的影響。角度計算系統計算鎖住閘門的時間間隔，然后把時間間隔轉換成角度。置信計數用于確定處理器當前輸出角度的可靠性，只有置信計數達到了一定數值時才允許接收機的輸出結果送到飛行控制系統中。系統工作時鐘用于系統的時鐘同步，也用于角度計算系統的時間計數。

　　2 接收機信號處理系統的設計原理

　　2.1 接收機信號處理系統總體結構

　　接收機信號處理系統的主要任務是對中頻信號及包絡信號進行分析處理，最后恢復出地面設備發送過來的數據，同時計算出當前飛機的角位置。為了實現系統要求，文中把接收機信號處理系統分為以下幾個部分：包絡處理系統、基帶信息處理系統、角度計算系統、掃描脈沖跟蹤系統、置信計數，其結構框圖，如圖2所示。

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　　2.2 基帶信息處理系統算法及仿真

　　微波著陸系統信息的傳輸使用二進制差分相位鍵控（2DPSK）方式調制。接收機天線接收到C波段（5 000 MHz）的射頻信號后，與本振信號進行混頻，得到30 MHz的中頻已調信號。該信號是一個限幅的中頻信號，丟失了幅度信息，所以接收機還會輸出一路只有幅度信息的包絡檢波信號作為有無掃描脈沖的判斷依據。基帶信息處理系統對30 MHz中頻進行中頻采樣，通過解調及重采樣恢復出15.625 kHz的基帶信號。微波著陸系統的中頻信號帶有很大的噪聲干擾，信噪比可能是負值，同時還會帶有多普勒頻移及相位干擾。針對微波著陸信號的特點，系統使用了LMS自適應解調的方法，對DPSK基帶信號進行恢復。

　　2.2.1 DPSK自適應解調原理

　　自適應DPSK解調是DPSK解調又一實現方法。自適應解調的誤碼性能比相干解調的誤碼性能優越。自適應解調的主要缺點是它要求載波頻率比數據頻率高得多，但這在DPSK調制方式中是可以滿足的。由于LMS算法的迭代關系，自適應解調算法更適用于DSP技術的一體化實現，其實現原理圖，如圖3所示。

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　　中頻信號通過相位檢測濾波后，得到一個帶有陷落的本振信號，對其求絕對值，再經過均值濾波，濾除噪聲引起的小陷落及本振信號，得到一個平滑的不帶本振的陷落信號。把該信號與陷落門限相比較，并通過單穩整形，恢復出一個方波信號。最后通過位同步時鐘對該方波進行抽樣判決，直接恢復出基帶DPSK信號，不需要進行差分譯碼。

　2.2.2 DPSK自適應解調仿真

　　針對微波著陸系統信號的特點，根據微波著陸信號的參數設計仿真輸入信號，對自適應DPSK解調進行了Matlab仿真。設計仿真輸入信號的中頻載波為30 MHz，系統采樣率為100 MHz，調制信號的數據速率為15.625 kHz，信噪比為0 dB，本地載波的頻率為30 MHz。噪聲源為方差為1的正態分布隨機噪聲。仿真時間取0.6 ms，仿真的輸出波形如下。

　　如圖4所示，圖4（a）為原始信號，原始信號通過差分編碼器后，輸出如圖4（b）所示的差分編碼信號。當原始信號為“1”時，相位發生變化，當原始信號為“0”時，相位不發生變化。差分編碼信號通過調制器調制到帶噪聲的載波上，形成如圖4（c）所示的DPSK調制信號。由于載波的頻率較高，所以相位突變的細節不清晰。DPSK已調信號通過相位檢測后，輸出如圖4（d）所示的帶有波形陷落的信號。該波形陷落是由于已調信號的相位突變，本振信號跟蹤相位突變造成的。這個波形的陷落程度與自適應濾波器的調整步長有關。由圖4（d）可以看出，每一次波形的陷落都反映了差分編碼信號相位的變化。相位檢測輸出波形經過取絕對值后輸出波形，如圖4（e）所示。圖4（e）的波形再通過均值濾波器后，形成圖4（f）波形。圖4（f）是一個平滑的陷落波形，其平滑程度與噪聲大小及均值濾波的階數有關。

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　　如圖5所示，對圖5（a）輸出的均值濾波波形進行門限比較，并且通過單穩的方式輸出比較結果。單穩的時間與DPSK傳輸碼元的寬度一致。圖5（c）是位同步脈沖的輸出，該脈沖是由濾波器濾波輸出的，所以需要一個響應時間。因此前一個同步脈沖是無效的。用同步脈沖的下降沿對單穩輸出結果進行采樣，恢復出如圖5（d）所示的數、據。如圖4（a）是發送的原始信號波形，如圖5（d）是解調恢復后的數據波形。通過對比發現，自適應解調算法能夠正確地實現DPSK信號的解調。

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　　3 系統的硬件實現

　　DSP（digital signal processor）是一種獨特的微處理器，是以數字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數字信號。再對數字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統芯片中把數字數據解譯回模擬數據或實際環境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數據處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

　　系統使用ADI公司的新一代定點DSP—BF532作為系統的信號處理器。使用Altera公司的Stratix系列FPGA及高速AD實現中頻采樣，同時擔負部分微波著陸信號的處理任務。DSP通過其內部的PPI（并行外設接口）接口與FPGA進行采樣數據的交換，同時通過DSP的數據總線協調FPGA的工作。DSP采用外部并行Flash引導方式，Flash通過數據總線及地址總線連接到DSP系統中。考慮到系統的程序代碼量比較大，因此設計了外部SRAM單元，DSP的部分程序放置到外部的SRAM空間中，中頻采樣回來的數據則放在DSP內部的SRAM中，可以更好地發揮DSP的數據處理能力，提高系統的實時性。電源的設計中，模擬電源與數字電源獨立。為了降低系統的功耗，數字系統電源采用開關電源。為了提高模擬系統數據采集的精度及穩定性，模擬部分電源則采用線性穩壓電源實現。接收機的中頻處理系統具體實現框圖，如圖6所示。

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　　4 結語

　　本文通過對微波著陸系統的分析，以及對DPSK解調的仿真結果表明，使用自適應濾波解調原理對微波著陸系統信號進行解調是行之有效的，能夠取得良好的解調效果。同時對微波著陸接收機的結構設計，利用先進的DSP技術簡化了傳統的微波著陸信號處理方案。為微波著陸系統的設計提供了一種新的途徑。

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