无线电导航数字信号源的系统设计

MicroBlaze软核是XILINX 公司开发的一种非常简化却具有较高性能的嵌入式处理器软核， 该软核的性能具有高度的可配置性， 允许设计者根据自己的设计需要进行适当的选择， 以搭建自己的硬件平台。快速单连接（FSL）总线是一个单向的点对点通信总线，可用来连接FPGA上的任意两个带有FSL总线接口的设计元素并提供两者间 的快速通信信道。在XPS的集成开发环境下BSB向导创建一个以MicroBlaze为核心的硬件系统，按照向导提示直接添加所需的外设UART IP核，通过FSL总线同MicroBlaze软核相互通信。利用平台产生器根据硬件描述文件（.MHS）生成嵌入式系统模块的网表文件（.NGC），然 后使用综合工具XST进行综合，构成整个应用系统的硬件模型。

A/D转换器主要用于外部低频调制信号输入，选用ADI公司双通道10位AD9218，采用+2.7 V ~ +3.6V单电源供电，采样频率在40MHz以上。

D/A转换器主要用于射频信号输出，选择ADI公司单通道电流输出型10位芯片AD9760，更新频率120MSPS，单电源+5V供电，使用方便。

3.2 软件设计

3.2.1上位机软件设计。

上位机软件任务主要是产生可供信号源识别的频率、方位、工作模式、通道选择以及其他控制信息，加上规定的标头以区分控制命令，通过RS422/232串口将控制命令传送至信号源，以产生相应的导航数字信号。

3.2.2 FPGA处理任务设计

FPGA硬件任务主要是产生高精度的调制射频信号，FPGA主要任务包括：

读取MicroBlaze解析的载波频率、方位角信息及其他相关信息；

产生音频信号，载波信号与方位角信号；

接收两路AD采样低频信号；

合成激励信号并传送至DA转换器输出。

FPGA模块处理单元组成如图2所示。

　　图2 FPGA 模块处理单元组成示意图

3.2.3 MicroBlaze处理任务核心设计：

MicroBlaze系统的软件设计需要先配置软件描述文件（.MSS）， 生成的软件描述文件列出了所有外设的驱动信息。函数库产生器利用这些配置信息，配置相应的驱动程序函数库，利用这些函数库可以在SDK集成环境中编写相应 的接收解析程序以实现MicroBlaze的控制功能。最后将基于MicroBlaze的UART控制器的硬件结构和应用软件工程打包导入到ISE中，作 为ISE工程的子模块使用，即可完成MicroBlaze控制器的软件设计。其软件处理流程如下图3所示：

　　图3 MicroBlaze软件处理流程

四、本设计要点

无线电导航系统是实现民机和军机近程导航的主要设备，而在具体调试时需要各种导航信号，来测试导航设备的定向灵敏度，定向精度和定向速度。由于各种导航信号有所不同，很少有通用的设备平台能够同时产生不同导航信号。并且由于传统信号源都是机械、旋钮式，无法将信号精度、大小做到令人满意。传统的信号源一般采用RC振荡电路、LC振荡电路、石英晶体振荡电路或波形发生集成电路来实现，很难在较宽的频带内实现高质量、高频率精度和高稳定性波形的输出，且一般频率调节是通过调节电阻、电感、电容参数或变容二极管的电容量来实现，难于实现高精度和数控调节。本设计采用了嵌入式系统的思想，具有以下两个显著特点：

灵活性：能通过更换程序或模块来适应多种工作频段和多种工作方式；

通用性：系统结构通用，功能实现灵活。不同的通信系统可由相对一致的硬件利用不同的软件来实现，系统功能的改进和升级也很方便。

本设计同时采用了大规模FPGA，可将信号源的定向精度提高至0.1度，输出波形频率分辨率达到0.01Hz，并且由于使用了高速DA芯片，最高数据率可达125MHz。

五、本设计主要应用

无线电导航系统是实现民机和军机近程导航的主要设备，而在具体调试时需要各种导航信号，来测试导航设备的定向灵敏度，定向精度和定向速度。由于各种导航 信号有所不同，很少有通用的设备平台能够同时产生不同导航信号。并且由于传统信号源都是机械、旋钮式，无法将信号精度、大小做到令人满意。本文设计了一整 套无线电导航数字信号源方案，以产生各种无线电导航信号，上位机控制具体命令，能保证较高的信号频率精度、方位精度和频率大小，使得信号源平台具备信号产 生方法灵活、参数变化速度快、信号频谱纯度高，系统稳定可靠等特点，完全能满足一般无线电导航系统的技术要求，为无线电导航系统设计与测试提供了新思路，可以推广至民/军机的无线电导航调试使用。