應(yīng)用于直升機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)的信號(hào)適配器設(shè)計(jì)方案

直升機(jī)自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)與機(jī)上設(shè)備的交連關(guān)系如圖1所示。它主要由多卜勒雷達(dá)、導(dǎo)航計(jì)算機(jī)、自動(dòng)駕駛儀、真空速度計(jì)算機(jī)、極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號(hào)適配器和多卜勒導(dǎo)般信號(hào)適配器以及各種儀表、指示器構(gòu)成。本文主要介紹多卜勒導(dǎo)航信號(hào)適配器和極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號(hào)適配器的設(shè)計(jì)。

1、 接口適配器的研制

1.1 多卜勒導(dǎo)航信號(hào)適配器

1.1.1 接口信號(hào)分析

多卜勒轉(zhuǎn)達(dá)輸出模擬和數(shù)字兩種制式的導(dǎo)航信息。模擬信號(hào)相對(duì)于水平面，它包括雷達(dá)輸出的速度信息（以直流電壓形式提供給速度指示器、400Hz交流電壓形式提供給自動(dòng)駕駛儀）、導(dǎo)航信息（縱向和橫向速度的交流模擬電壓）;數(shù)字信號(hào)是相對(duì)于機(jī)體坐標(biāo)的縱向和橫向速度的數(shù)字信號(hào)。由于數(shù)字信號(hào)的脈沖寬度和信號(hào)靈敏度不符合導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的要求，又因?yàn)槎嗖防绽走_(dá)給出的模擬信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)于數(shù)字信號(hào)，因此，將多卜勒雷達(dá)輸出的模擬信號(hào)進(jìn)行交換，實(shí)現(xiàn)與導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的脈沖數(shù)字接口相匹配。

1.1.2 適配器完成以下功能：

·將多卜勒雷達(dá)輸出的以靈敏度為30mV/Kt的400Hz交流信號(hào)表示的飛機(jī)縱向（Vy）、橫向（Vx）速度信號(hào)轉(zhuǎn)換為以脈沖頻率數(shù)表示的導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的輸入信號(hào);

·將雷達(dá)輸出的表示速度方向的離散信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足導(dǎo)航計(jì)算機(jī)需要的離散信號(hào);

·將直升級(jí)真空速表輸出的以交流模擬電壓表示的真空速信號(hào)轉(zhuǎn)換為以直流模擬電壓表示的真空速信號(hào)送給導(dǎo)航計(jì)算機(jī);

·將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的側(cè)向控制信號(hào)和有效信號(hào)以及自動(dòng)駕駛儀輸出的巡航功能控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為自動(dòng)導(dǎo)航的控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛儀的自動(dòng)導(dǎo)航。

1.1.3 適配器設(shè)計(jì)

適配器主要由A/D轉(zhuǎn)換電路、AD/DC轉(zhuǎn)換電路、離散信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、狀態(tài)控制電路和電源電路等組成。

A/D轉(zhuǎn)換電路由低通濾波器、緩沖隔離、梯度控制、A/D轉(zhuǎn)換、鉗位隔離等部分組成，如圖2（a）所示。該電路的輸入信號(hào)為雷達(dá)輸出的模擬信號(hào)，制式為400Hz交流，靈敏度為30mV/Kt;輸出為0.8V的脈沖信號(hào)，頻率靈敏度為35.7Hz/Kt（可調(diào)）。

AC/DC轉(zhuǎn)換電路由低通濾波、緩沖隔離、AC/DC轉(zhuǎn)換、梯度控制電路構(gòu)成，如圖2（b）所示。該電路的輸入信號(hào)為真空速表的輸出，信號(hào)制式為400Hz交流、靈敏度為90mV/Kt;輸出為直流電壓、靈敏度為75mV/Kt（可調(diào)）。

離散信號(hào)轉(zhuǎn)換電路由整形鉗位、電平轉(zhuǎn)換、反向器、緩沖器離電路組成，如圖2（c）所示。該電路的輸入信號(hào)為多卜勒雷達(dá)輸出的代表速度方向（相對(duì)機(jī)體）的離散量，其輸入高電平為+3.5V、低電平為+0.8V，輸出高電平為+8V，低電平為+2V。

自動(dòng)導(dǎo)航信號(hào)處理及控制電路包括信號(hào)控制電路和狀態(tài)控制電路。信號(hào)控制電路由低通濾波、梯度控制、緩沖隔離電路等組成;而狀態(tài)控制電路由電平鉗位、邏輯控制、緩沖隔離及控制繼電器等組成，如圖2（d）所示。

上述所有功能電路，均經(jīng)反復(fù)調(diào)試，優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后固化成模塊。整個(gè)電路由六個(gè)模塊組成，分別安裝在兩個(gè)印刷電路板上，如圖3（a）和3（b）所示。

圖中RGX-1A、RGX-1B為多卜勒雷達(dá)縱向速度信號(hào)和橫向速度信號(hào)的預(yù)處理電路，包括低通濾波、緩沖隔離和梯度控制;RGX-IC為真空速信號(hào)的AC/DC變換;RGX-2為多卜勒雷達(dá)速度信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換模塊;RGX-3為離散信號(hào)的處理模塊。

1.2 極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號(hào)適配器

1.2.1 適配器功能

該適配器完成導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的地速串行數(shù)據(jù)（12.5±0.1kbit/s）中的目標(biāo)方位、偏流角和待飛距離信號(hào)計(jì)算，并將目標(biāo)方位和偏流角信號(hào)調(diào)整為極坐標(biāo)指示器能夠接收的符合ARINC407標(biāo)準(zhǔn)的同步器信號(hào)，將等飛距離信號(hào)調(diào)整為四位LED顯示器的顯示信號(hào)。

1.2.2 硬件設(shè)計(jì)

以8031單片機(jī)為信心，結(jié)合相應(yīng)的外圍電路設(shè)計(jì)，構(gòu)成一個(gè)ARINC429總線信號(hào)的求解和信號(hào)匹配系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)框圖如圖4所示。

圖中，8031作為核心芯片，它與27256程序存儲(chǔ)器和61256數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器組成單片機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)，完成對(duì)導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的ARINC429總線信號(hào)進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換、計(jì)算和信號(hào)匹配等操作并進(jìn)行控制。

3282板以HS-3228、8255等芯片構(gòu)成處理電路，現(xiàn)將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)的32位ARINC429串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為符合8031單片機(jī)8位數(shù)據(jù)總線要求的并行數(shù)據(jù)，由單片機(jī)最小系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和采集。

SZZ板以高精度數(shù)字/軸角轉(zhuǎn)換模塊和8155等芯片為核心，構(gòu)成目標(biāo)方位角和偏流角的數(shù)字/軸角轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)將3282板采集來(lái)的目標(biāo)方位角和偏流角的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為符合ARINC407標(biāo)準(zhǔn)的同步器信號(hào)，送給極坐標(biāo)指示器，使其指示相應(yīng)的參數(shù)。

8279板以8279芯片為核心，構(gòu)成鍵盤和顯示器驅(qū)動(dòng)電路，實(shí)現(xiàn)待飛距離的顯示數(shù)據(jù)的處理和四位LED顯示器的功率驅(qū)動(dòng)。

1.2.3 軟件設(shè)計(jì)

為了便于程序的調(diào)試和修改，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)方法。程序模塊主要包括主程序模塊、中斷服務(wù)（數(shù)據(jù)采集）子程序模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序模塊、信號(hào)匹配子程序模塊、數(shù)碼顯示子程序模塊等。其中數(shù)據(jù)采集子程序和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序流程圖如圖5（a）、（b）所示。

2 、系統(tǒng)調(diào)試

兩種適配器的主要元器件均采用軍品，并經(jīng)篩選，電路參數(shù)經(jīng)反復(fù)計(jì)算和調(diào)整，保證了輸出信號(hào)的精度。系統(tǒng)連機(jī)后，通過(guò)地面開(kāi)車實(shí)驗(yàn)，長(zhǎng)時(shí)間工作性能穩(wěn)定。雷達(dá)輸出的30mV/Kt、400Hz交流模擬電壓信號(hào)為例，經(jīng)多卜勒導(dǎo)航信號(hào)適配器轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào)輸出，其模/數(shù)轉(zhuǎn)換精度如表1所示，滿足了工作精度要求。

極坐標(biāo)指示器導(dǎo)航信號(hào)適配器將導(dǎo)航計(jì)算機(jī)輸出的ARINC429總線信號(hào)的應(yīng)飛航向、偏流角、待飛距離信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)供極坐標(biāo)指示器使用。其轉(zhuǎn)換精度和響應(yīng)時(shí)間如表2所示，完全滿足指示器指示精度和靈敏度的要求。到目前為止，研制的自動(dòng)導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)過(guò)鑒定并裝機(jī)飛行4000多小時(shí)，性能優(yōu)良。