模拟信号源（共9篇）
模拟信号源 篇1
0 引言
某智能弹药具有高效毁伤和发射后不用管等优点,其工作过程包含多个动作,各个动作之间的衔接性很强,动作时序严格[1]。不同的工作时间有不同的激励信号,其中包括不同的控制信号和探测反馈信号。通过对信号特征和信号输出能量的检测实现该弹药是否发挥作战效能进行初步判定。
在测试系统设计过程中,对设计出的测试系统原理样机要进行试验,但实弹价值昂贵,检测接口不允许插拔次数过多,由此设计该智能弹药的模拟信号源,用于替代实弹工作过程中的控制时序和激励信号。
1 某智能弹药的信号分析
某智能弹药工作过程中按严格的时序分别产生不同信号特征的信号:指数放电信号、脉冲信号、数字信号、伪随机信号[2]。对以上几种信号进行分析,如表1所示。
在以上四种信号中,指数放电信号为正向、指数放电的波形,脉冲信号采用矩形脉冲信号,数字信号为3~5V左右的高低电平,伪随机信号是一串周期可变的脉冲序列。
2 仿真信号源硬件设计
利用测试系统中的硬件资源设计模拟信号源的硬件电路[3],模拟信号源的系统框图如图1所示。
2.1 主控计算机
通过PXI总线与数据采集卡相连接,通过对数据采集卡
的管理完成仿真信号电路的时序控制信号的输出。
2.2 多功能数据采集卡
把主控计算机产生的数据经D/A转换给仿真信号产生电路,作为控制电路启动停止和产生时序的信号;将启动电路产生的信号经A/D转换,输送给主控计算机中由软件进行分析后再次送到数据采集卡作为计时启动开始信号。本文选用的采集卡为PXI6133。
2.3 仿真信号产生电路
包括启动电路和信号产生电路两部分。启动电路由测试系统产生一个上升沿信号,输送给数据采集卡的I/O口,计时器开始计时。信号产生电路实现对四种不同的信号生成,指数放电信号产生电路是通过对可控硅通断的控制生成信号,脉冲信号电路经单稳态展宽电路,再经过放大器生成单脉冲,数字信号通过采集卡的I/O端口直接给出,伪随机信号的生成是应用随机数和迭代算法由计算机的软件编程实现。信号产生框图如图2所示。
指数放电信号产生过程是首先对电容C1充电,然后在控制信号输入端加5V左右电压,由于电阻R5的分压作用产生3V左右的电压,使得可控硅导通,电容C1放电,输出端输出指数放电信号。
脉冲信号产生电路中进行单稳态电路第一级为保护电路,时间调整为10s左右,第二级为整形电路,时间调整为30ms。设计时,根据产生的信号脉宽,确定两级电路的时间,经计算确定电容和电阻的值,以数据采集卡的I/O输出信号上升沿作为单稳态电路的输入信号,产生脉宽是30ms的矩形脉冲信号,加上驱动电路放大达到要求的信号幅值10V。
3 信号源软件设计
仿真信号源控制软件采用LabWindows/CVI进行编程设计。战斗工作过程分为两个时序,第一个时序的计时零点t01,激励信号为上升沿信号,第二个时序是当某智能弹药到达预定目标上空的固定高度,产生单脉冲信号,停止测高,此时刻为计时零点t02[4]。根据两个计时零点设定相应的程序判断节点,按时序依次触发产生相应的信号。仿真信号源的软件流程如图5所示。
4 结果验证
通过Multisim电路仿真软件对设计的电路进行了仿真,观察其仿真结果如图6所示。
伪随机信号通过LabWindows/CVI软件编程实现,其中周期不变而脉宽变化,所以程序可采用T=0.08+Random(0,0.04)实现,0.08s为固定值,随机数的范围在0~0.04s。经由数据采集卡的D/A输出,其软件界面显示如图7所示。
5 结论
经实验仿真对模拟信号源电路设计是否可行进行了验证,实验表明模拟信号源可以满足某智能弹药的测试系统的试验需求。在测试系统中模拟信号源可作为自检模块,在每次系统运行时进行系统自检以检验系统硬件是否运行正常。本文设计的电路对信号的产生和处理有一定的应用价值。
摘要：模拟信号源用于仿真某智能弹药工作过程中按不同的时序产生的信号。以此信号源提供激励信号,对某智能弹药电参数测试系统进行校验和调试。首先对不同的信号特征进行了分析,然后根据分析的结果设计了模拟信号源的硬件电路和软件程序,并对硬件电路进行了仿真。结果表明本设计满足某智能弹药测试系统的试验需求。
关键词：模拟信号源,信号特征,仿真
参考文献
[1]石刚,唐彩珍,聂凤泉,等.国外灵巧弹药的发展现状与前景[J].防化研究,2002,(3):45-52.
[2]Bofeng Ren,Lei Chen,Jinjun Wang.Design of Test System of ControlUnit of Certain Ammunition Based on Virtual Instrument[C].Zibo:ScientificReasearch Publishing,2010.
[3]宋承天,王克勇,郑链.迫弹引信涡轮电机模拟信号发生器设计[J].仪器仪表学报,2008,29(3):614-617.
[4]刘汉忠,顾晓辉.灵巧弹药半实物仿真系统及模型[J].火力与指挥控制,2005,30(1):55-57.
[5]张新喜,徐军,王新忠等.Multisim 10电路仿真及应用[M].机械工业出版社,2010.
模拟信号源 篇2
本文旨在研制适用于某种高分辨率成像声信号模拟器。该成像声纳接收声基阵采用48元等间隔线阵，工作频率800kHz，作用距离0.5～25米，角度分辨率为0.35°。成像声纳对接收基阵信号进行波束形成，从而实现声图像的获取。声纳波束形成的基本原理如图1所示。
(本网网收集整理)
图1是远场时等间隔线阵接收回波信号的示意图。入射声波与基阵法线方向成θ角平行入射，基元从左至右顺序编号为1、2、…i、t+1、…N，基元间距为d。如果选取1号基元为时间参考点，其接收到的信号为Acos2πft，那么相邻两个基元间存在声程差Δ=dsinθ，因此第i个基元接收到的信号为：
si(t)=Acos{2πf[t+(i-1)dsinθ/c]} (1)
其中c为声速。由于成像声纳是窄带主动声纳，所以I基元与1号基元接收信号间的相位差是φi=2π(i-1)d/λsinθ，其中λ为波长。因此要想使线阵定向在θ0方向上，只需将第i个基元的信号延时τi(θ0)=2π(i-1)d/λsinθ0即可。
以上是线阵波束形成的基本原理，但这只是远场情况下的近似。对于近场条件，这样的近似产生的误差会很大。对于本文中的高频成像声纳，由于全部工作范围均属近场条件，所以波束形成时必须采用聚焦方法。其基本原理同上，只是对每个基元信号进行的延迟(或移相)不成线性关系，本文对此不做详述。
1.2 声纳信号模拟器原理
用于成像声纳的信号模拟量一般通常数与基元个数相同，每个通道的输出模拟声纳基阵中一个基元的信号。由于成像声纳工作距离较近，并且水声环境中高频段的噪声级很低，因而接收信噪比通常较高。出于这样的考虑，信号模拟器的输出中就不额外加入噪声。成像声纳工作在较强的混响环境中，由于混响的模拟比较困难，并且对成像的影响并不严重，因而在设计中也不考虑对混响的`模拟，只专注于模拟近场目标回波。
根据用户输入的要模拟的点目标的方位和距离，信号模拟器计算出相应的目标回波到达接收基阵各个基元的相位差，然后按照这些相位差产生相应的多路正弦信号。将这些信号加到成像声纳的输入端，代替真实的基阵输出，这样就可在陆上试验室条件下方便地对成像声纳进行调试和测量。
1.3 传统声纳信号模拟器的缺陷
传统的声纳信号模拟器通常采用一个固定的振荡器产生与声纳系统工作频率相同的正弦信号。将本振信号通过一组多抽头模拟延迟线，然后从延迟线的不同抽头中引出信号作为模拟器的输出。这种信号模拟器结构存在若干缺陷和不足。
首先，由于采用模拟器件构成抽头延迟线结构，最小可变延迟长度受限。尤其是考虑到系统硬件规模和成本，一般延迟线的抽头数目不多，这样就造成延迟时间和理论值之间存在较大误差，从而降低了模拟器的精度。
其次，为了实现对不同方位目标回波信号的模拟，就必将不同抽头延迟线的输出进行切换或组合，然后作为一个基元的信号输出到声纳设备。因此整个模拟器的规模庞大，且只能模拟若干个离散方位和距离上的目标，不能实现对任意方位距离上点目标回波的模拟，否则复杂度不增将难以实现。
另外，使用模拟器件构成的抽头延迟线，其通道一致性难以保证，调试困难。且延迟线频率范围较窄，如果频率参数发生变化将不能正常使用，因此适用范围窄，性价比很低。
可编程模拟雷达信号源的设计 篇3
1 总体设计框图
由于DDS芯片AD 9858的工作频率可达1GHz,可输出450MHz的信号,因此选择它来产生雷达信号。而要实现雷达信号的快速转换与脉冲的占空比控制,就需要采用速度较快的控制芯片,因单片机C 8051F340最高运行速度可达到48MHz,又采用流水线工作方式,执行一条指令只需20ns,速度可以满足需求。DDS芯片要输出信号,必需要2倍于输出信号的参考信号,这里选用了美国国家半导体公司的LMX 2531芯片,它集成了PLL、VCO和超低噪声和高精度的LDO,输入40MHz的震荡信号,通过单片机设置其内部的寄存器,便可输出稳定的1GHz信号作为的参考信号[1]
2 信号源硬件电路设计
2.1 控制电路设计
本系统控制芯片采用Silicon公司的C 8051F340微控制器。它具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核(可达48MI·s-1),精确校准的12MHz内部振荡器和4倍时钟乘法器,通用串行总线(USB)功能控制器,有8个灵活的端点管道,集成收发器和1kB FIFO RAM,64kB的片内Flash存储器,硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口4个通用的16位定时器,具有5个捕捉/比较模块和看门狗定时器功能的可编程计数器/定时器阵列(PCA)片内上电复位、VDD监视器和时钟丢失检测器多达40个端口I/O。采用它可以对AD 9858芯片及相应的设置[2]
具体的设计与引脚连接如图2所示。P0.0～P0.4分别接LMX 2531的DATA,CLK,LE,CE。P1.2～P1.7接AD 9858的控制引脚,P2.0～P3.5接DDS的8位数据线和6位地址线。
2.2 DDS信号产生单元电路
采用AD 8958产生模拟雷达信号,参考时钟采用1GHz振荡信号,由LMX 2531提供,接到AD 9858的33脚与34脚。图3所示为AD 9858的外围电路连接图。采用C 8051F340对其内部频率、相位寄存器进行设置,以输出所需信号[3]。
2.3 参考信号产生电路
为了使DDS芯片AD 9858输出高频信号,必须给其高频率的精准参考时钟。而LMX 2531芯片可以满足需求。
LMX 2531是低供电,高性能频率合成器,它完整地集成了PLL和VCO电路。同时内部集成的低噪声、高精度的低压差稳压器LDO,使得系统具有更高的噪声抑制性能和稳定性。当与高质量参考晶振配合使用时,可产生稳定、低噪声的本地振荡信号。LMX 2531是单块集成电路,采用先进的BICMOS制作工艺。LMX 2531有几种不同型号,分别用于不同的频率段。该芯片采用三线Microwire接口方式使得编程更容易,接口操作电压低到1.8V。电源供电范围2.8～3.2V。LMX 2531为36个引脚(6mm×6mm×0.8mm)无铅LLP封装。可减小PCB板的尺寸,所以采用它来产生电路的参考时钟[4]。LMX 2531的外围电路如图所示
2.4 上位机控制软件
本电路通过上位机软件与单片机通信,灵活控制产生模拟雷达信号的载频、脉宽、重频。采用VC 6.0软件设计制作上位机控制软件,界面如图5所示。可以产生丰富多样的雷达信号。例如单载频脉冲信号、频率捷变信号、频率跳变信号、重频变化信号、脉宽变化信号,还可以产生线性调频信号和相位编码信号。另外,还可以产生模拟的雷达干扰信号,如噪声调频信号和随机挖空信号。
通过设置,信号源便可以准确地输出所需的模拟雷达信号。下面以产生重频参差信号进行说明。图6(a)为对输出信号进行设置产生三重频参差信号,图6(b)为产生的重频参差信号,可看出信号的重频在步进增大。以图6(c)为放大的载频信号,可以看出测得载频为
3 结束语
本设计突出了输出信号的灵活性,而且电路中芯片均采用贴片封装,最后制作的电路体积较小,能输出丰富的模拟雷达信号,又显示了它强大的功能。经过测试表明,该信号源在功能上满足系统的研究要求,该方案的各项性能指标均较高,从而证实了其可行性和前瞻性,并且在相位噪声、杂散抑制度、谐波抑制度等方面有较好的表现。
摘要：设计了一种可通过软件灵活控制的模拟雷达信号源,采用S ilicon公司C8051F340微处理器芯片,控制直接数字频率合成芯片AD9858输出模拟雷达信号。文中说明了电路设计结构和软件设计方法,并对信号源的性能进行了可行性验证。
关键词：雷达信号,直接数字频率合成,AD9858,C8051F340
参考文献
[1]彭云武.调频噪声信号源的研制[D].成都:电子科技大学,2007.
[2]Analog Device.1GSPS Direct Digital Synthesizer AD9858Datasheet[Z].MC:Analog Devices,Inc,2003.
[3]Silicon Laboratories.C8051F340/1/2/3/4/5/6/7 Datashe-et[Z].Norweal:Silicon Laboratories,2006.
模拟信号源 篇4
拟试题
一、单项选择题（共 25题，每题2分，每题的备选项中，只有1个事最符合题意）
1、__是最低层级的安全生产立法，其法律地位和法律效力低于其他上位法，不得与上位法相抵触。
A．有关安全生产的法律
B．地方性安全生产法规
C．地方政府安全生产规章
D．安全生产行政法规
2、电缆应带有供保护接地用的足够截面的导体，严禁采用铝包电缆，必须选用经检验合格并取得煤矿矿用安全标志的阻燃电缆。电缆的主芯线截面应满足供电线路负荷的要求，电缆接地芯线的截面应不小于主芯线截面的__。
A．1/2 B．1/3 C．1/4 D．3/4
3、对煤矿生产经营单位新上岗的从业人员安全培训时间不得少于（）学时。
A．24 B．36 C．48 D．72
4、《特种设备安全监察条例》规定，特种设备在投入使用前或者投入使用后__天内，特种设备使用单位应当向直辖市或者设区的市的特种设备安全监督管理部门登记。
A．15 B．30 C．45 D．60
5、内审员培训是建立和实施职业安全健康管理体系的关键。应该根据专业的需要，通过培训确保他们具备开展编写体系文件、初始评审、__等工作的能力。
A．进行审核
B．体系策划
C．实践
D．制度制定
6、下列化学品中，对肾有危害的是__。
A．卤代烃
B．石英
C．有机溶液
D．甲烷
7、吊篮脚手架属于（）。
A．工具式脚手架
B．外脚手架
C．内脚手架
D．满堂架
8、市以上人民政府煤炭管理部门颁发管理__。
A．安全生产许可证
B．煤炭生产许可证
C．采矿许可
D．营业执照
9、某生产经营单位的市场部门正在开展合格供应商的选择评价，按照《职业健康安全管理体系》(OHSAS18001)的运行模式，该项工作属于体系运行的__阶段。
A．策划
B．实施与运行
C．检查与纠正措施
D．管理评审
10、划分评价单元格应符合科学、合理的原则，其划分能够保证__。
A．安全验收评价工作的前期准备
B．安全验收评价的顺利实施
C．安全验收评价人员的分配
D．安全验收评价责任的落实
11、矿山使用的有特殊安全要求的设施、器材、防护用品和安全检测仪器，必须符合__。
A．国家标准或者行业标准
B．国家安全标准或者行业安全标准
C．《矿山安全法》的规定
D．矿用特殊设备的安全规定
12、__不属于行为性危险和有害因素。
A．监护失误
B．指挥失误
C．操作失误
D．辨识功能缺陷
13、对危险较大的在用设备、设施，作业场所环境条件的管理性或监督性定量检测检验属于（）。
A．综合性安全生产检查
B．季节性安全生产检查
C．定期安全生产检查
D．专业(项)安全生产检查
14、__是安全生产的基本保障。
A．安全投入
B．安全文化
C．安全科技
D．安全责任
15、常用的职业卫生统计指标有发病（中毒）率、患病率、病死率和__。A．职业病普查率
B．疑似职业病发生率
C．粗死亡率
D．职业卫生合格率
16、单位体积内空气在地球引力作用下，相对于某一基准面产生的重力位能所呈现的压力是矿井风流的__。
A．静压
B．动压
C．全压
D．位压
17、依据《安全生产许可证条例》的规定，除民用爆破器材生产企业外，其他企业安全生产许可证的发证机关实行__级分工负责的体制。
A．一
B．两
C．三
D．四
18、__的目的是确保生产经营单位主动评价其潜在事故与紧急情况发生的可能性及其应急响应的需求。
A．培训、意识及能力
B．运行控制
C．事故事件与不符合的调查
D．应急预案与响应
19、《国家突发公共事件总体应急预案》中规定，（）是突发公共事件应急管理工作的最高行政领导机构。
A．国务院
B．国务院应急管理办公室
C．地方各级人民政府
D．国家安全监管总局
20、所有单位的主要负责人__应进行安全生产再培训。
A．每周B．每月
C．每季度
D．每年
21、职业病要在__中建立职业病危害申报制度。
A．省一级的卫生部门
B．卫生行政部门
C．卫生部
D．乡村卫生院
22、依据《安全生产法》的规定，生产经营单位的__人员必须按照国家有关规定经专门的安全作业培训，取得相关资格证书，方可上岗作业。
A．安全生产管理
B．财务
C．安全生产检查
D．特种作业
23、依据《安全生产法》的规定，从业人员发现事故隐患或者其他不安全因素，应当立即向__报告，接到报告的人员应当及时予以处理。
A．现场安全生产管理人员或者本单位负责人
B．当地人民政府的有关人员
C．生产经营单位安全管理部门的有关人员
D．负有安全生产监督管理职责的部门的有关人员
24、《生产安全事故报告和调查处理条例》（国务院令第493号）规定，生产安全事故一般分为__个等级。
A．二
B．三
C．四
D．五
25、__是矿山企业最基本的基础安全培训。
A．择期培训
B．领导培训
C．全员培训
D．年度培训
二、多项选择题（共25题，每题2分，每题的备选项中，有2个或2个以上符合题意，至少有1个错项。错选，本题不得分；少选，所选的每个选项得 0.5 分）
1、事故应急管理中“预防”的含义是______。
A．事故的预防工作，即通过安全管理和安全技术等手段，尽可能防止事故的发生，以实现本质安全
B．从人、机、物、环境等方面着手，彻底消除事故隐患
C．假定事故必然发生，通过预先采取预防措施，达到降低或减缓事故的影响或后果严重程度的目的
D．事故后及时处理，并通过PDCA持续改进生产中出现的安全问题
E．事故发生后，尽可能控制并消除事故
2、编制安全检查表主要依据有__。
A．有关标准、规程、规范及规定
B．国内外事故案例及本单位在安全管理及生产中的有关经验
C．FTA、LEC、MOND方法在安全工程中的应用
D．通过系统分析，确定的危险部位及防范措施，都是安全检查表的内容
E．新知识、新成果，新方法、新技术、新法规和标准
3、生产经营单位的决策机构及其主要负责人、个人经营的投资人未能保证安全生产所必需的资金投入，使生产经营单位不具备安全生产条件，应该__。
A．责令限期改正，提供必需的资金，并处罚金
B．逾期未改正的，责令停产停业整顿
C．有违法行为，导致发生安全生产事故、构成犯罪的，依照刑法有关规定追究刑事责任；尚不够刑事处罚的，对主要负责人给予撤职处分，对个人经营的投资人处以罚款
D．责令限期提供必需的资金
E．直接给予经济处罚
4、根据《安全生产法》的规定，生产经营单位未按国家有关规定为从业人员提供符合国家标准或者行业标准的劳动防护用品，可对其实施的行政处罚有__。A．责令限期改正
B．责令停产整顿
C．吊销营业执照
D．处5万元以下罚款
E．责令关闭
5、安全生产管理包括__。
A．安全生产法制管理
B．行政管理
C．安全生产管理机构
D．安全生产管理规章制度
E．设备设施管理
6、《中华人民共和国道路交通安全法》总则立法的目的是为了__。
A．维护道路交通秩序
B．预防和减少交通事故
C．保护人身安全，提高通行效率
D．保证交通运输的畅通，提高国民经济收入
E．保护公民、法人和其他
7、根据《道路交通安全法》的规定，如果上路行驶的机动车__，公安机关交通管理部门应当扣留机动车，并可以依法予以处罚。
A．未悬挂机动车牌的B．未放置检验合格标志的C．未放置保险标志的
D．未随身携带行驶证、驾驶证的E．未随身携带机动车登记证的
8、操作人员上下通行时，不得采用__的方式。
A．随起吊模板上下
B．乘施工电梯
C．利用拉杆或支撑
D．攀登非规定通道
E．利用吊车臂架攀登
9、《中华人民共和国道路交通安全法》的立法目的是为了__。
A．维护道路交通秩序
B．不发生交通事故
C．提高通行效率
D．保护人身安全
E．保证道路畅通无阻
10、下列选项中，属于锅炉事故发生原因的有__等。
A．超压、超温运行
B．锅炉水位过低
C．保护装置未安置好
D．水循环被破坏
E．水质管理不善
11、事故应急救援的总目标是通过有效的应急救援行动，尽可能降低事故的后果，包括__。A．人员伤亡
B．环境破坏
C．技术改进
D．财产损失
E．设备损坏
12、企业职工一方与企业在__无异议，可以签订集体合同。集体合同草案应当提交职工代表大会或者全体职工讨论通过。
A．劳动报酬、工作时间
B．休息休假
C．劳动安全卫生
D．保险福利等事项
E．工作性质、种类、范围
13、超限运输车辆是指在公路上行驶的，有下列__等情形之一的运输车辆。
A．车货总高度从地面算起4m以上
B．车货总长16m以上
C．车货总宽度2.5m以上
D．单车车货总质量30000kg以上
E．集装箱半挂列车车货总质量46000kg以上
14、《职业病防治法》规定，职业病病人依法享有__的权利。
A．工伤社会保险
B．提出赔偿要求
C．提出变动工作
D．提起诉讼
E．提出仲裁
15、城市重大危险源信息管理系统集__于一身，能够提供重大危险源信息，有利于及时、准确地决策，最大限度地减少发生重大事故的可能性及事故后造成的各项损失。
A．政府监管部门
B．计算机数据管理
C．多媒体
D．城市规划
E．地理信息系统
16、《特种设备安全监察条例》中所称的特种设备安全监督管理部门是指__。
A．国家质量监督检验检疫总局
B．各级地方质量技术监督局
C．国务院设立的特种设备安全监察机构
D．省(自治区、直辖市)设立的特种设备安全监察机构
E．市(地)及经济发达县设立的特种设备安全监察机构
17、安全生产标准有__。
A．国家标准
B．行业标准
C．地方标准
D．企业标准
E．特殊行业的标准
18、《生产性粉尘作业危害程度分级》规定了生产性粉尘按危害程度分级，分级指标为粉尘中__。
A．游离二氧化硅含量
B．工人接尘时肺的总通气量
C．游离的石棉尘含量
D．粉尘浓度超标倍数
E．粉尘分散度的标准
19、依照我国《消防法》的规定，__应当开展群众性的消防工作，组织制定防火安全公约，进行消防安全检查。
A．乡镇人民政府
B．城市街道办事处
C．村民委员会
D．居民委员会
E．公安消防机构
20、安全生产监督检查的基本特征是__。
A．权威性
B．自愿性
C．强制性
D．创新性
E．普遍约束性
21、冲压设备的安全装置形式较多，按结构分为__等。
A．机械式防护装置
B．双手按钮式防护装置
C．光电式防护装置
D．感应式防护装置
E．触摸式防护装置
22、依据《安全生产法》的规定，生产经营单位的主要负责人对本单位安全生产工作负有的职责有__。
A．督促、检查本单位的安全生产工作，及时消除安全生产事故隐患
B．向从业人员如实告知作业场所存在的危险因素，监督劳动防护用品的使用
C．及时、如实报告生产安全事故
D．组织制定并实施本单位的生产安全事故应急救援预案
E．保证本单位安全生产投入的有效实施
23、可以扑救电器设备火灾的灭火器是（）。
A．泡沫灭火机
B．CO2灭火机
C．酸碱灭火机
D．干粉灭火机
E．1211灭火机
24、国家煤矿安全监察机构根据煤矿安全工作的实际情况，组织对全国煤矿的__。
A．经常性安全检查
B．定期安全性检查
C．重点安全抽查
D．专项安全检查 E．全面安全检查
25、安全生产监督管理部门对矿山企业安全工作行使的管理职责包括__。
A．检查矿山企业贯彻执行矿山安全法律、法规的情况
B．审查批准矿山建设工程安全设施设计
C．负责矿山建设工程安全设施的竣工验收
D．调查和处理重大矿山事故
模拟信号源 篇5
1.1 电平的定义
为了避免混淆,对“电平”的含义必须明确加以定义[1]。在数字QAM信号中,“电平”是指在任意一个时间间隔中所测得信号的真实功率。另一方面,在模拟视频信号的情况下,“电平”是指在水平同步脉冲周期内所测得的已调制RF载波的真实功率,有时也被称为“峰值视频包络功率”。如果在一个经延伸的时间周期内,用一个被称作“视频滤波器”的电路对同一个已调制载波进行测量,那么所得之结果将是“平均”功率。
1.2 模拟和数字信号的幅度分布
首先假设将QAM信号电平设置成等同于模拟视频信号的平均功率[2,3]。诚然,即便如此,两种信号的幅度分布情况大不相同。这就是说,在同一瞬间两种信号的特定瞬时值截然不同。在同一个示波器上交替观察这两种信号就可以看出它们之间的差别。通过对模拟信号的行、场消隐脉冲的重复显示,就可对它进行测量。而数字信号则完全是随机的。从统计学角度来看,两种信号“密度函数的或然率”( Probability Densi ty Functions,PDF)是不相似的。数字信号经常是呈现“高斯”(Gaussian)型的。
然而,当许许多多独立的信号被组合在一起时,整个信号的幅度分布将趋向于“高斯”分布。人们常用“中心限制理论”(Central Limit Theorem)来证实这一点(详尽的数学计算已不属于本文范围)。实际结论可以这么说,随着信号数目的增加,两种不同信号的“峰值”将越来越相似。这样,在激光发射机中经过峰值限幅,两种信号将更为近似了。本文所指大量模拟视频信号的组合,其数目约为大于20个。
1.3 模拟视频信号的峰值包络功率和平均功率的差别
一个模拟视频信号的峰值包络功率是等于未调制RF的载波功率,这是因为在水平同步脉冲周期内的调制深度为0。当载波被调制时,功率之减少取决于在白色峰值电平出现时的最大调制深度以及平均的图像电平(Average Picture Level,APL)。
对一个单一信号来说,APL的变化将跟随图像内容的变化。当节目内容不同时,APL的值将完全不同。但是,当一组图像信号被组合在一起后,APL的变化必将会减少。所以要选择一个适当的APL值。根据以上分析,选择APL为50%,这是因为图像的中间亮度在全白与全黑之间,这样的假设看来较为合理。另外,应考虑到有足够多的一组信号被组合在一起。
因而,在随后的计算中考虑的是一个模拟视频信号的平均功率有50%的APL。
1.4 场消隐期间的效应
在PAL制中,场消隐持续时间约占25 行的时间。在场消隐期内不传视频信号,但其间有几“行”可能包含图文数据和测试信号等信息。由于有此场消隐期效应,APL更难计算。考虑到这个因素,在计算时可作一个小的调整。但如何来给这个调整作具体设定较难给出。通过大量的实际测试发现,在最差的情况下,因场消隐期效应引起的已调制信号的平均功率增加约为0.2 d B。
1.5 色度信号与音频信号的效应
由于色度信号与音频信号之幅度远低于各种同步信号之幅度,因此,对亮度信号的50% APL来说,它们的效应可以忽略不计。
1.6 电视制式标准的选择
以下各项计算的根据是采用PAL制(除PAL–I制外)特性标准。经过简单的各项修正可证明,如采用NTSC制特性标准,其结果也基本相同。对PAL–I制标准来说,差别较大(特别常涉及到调制深度),就需要另作计算。
2数字与模拟信号电平差的计算
2.1 采用一般制式时的计算
图1 展示了在行消隐期间一个模拟视频信号的时域响应过程。需要注意的是,标准已规定了各种电视信号的详细特征,行同步脉冲和消隐的持续时间在某一特定的信号电平上是唯一的。当然,从一个电平瞬间转换至另一个电平也是不可能的。
然而,为了简化计算,假设从行同步脉冲到行消隐电平之间的转换为瞬时转换,并且它们的持续时间是平均值。从图1中可见,行同步脉冲(B)的时间宽度取值为4.7 μs,整个行消隐持续期,包括消隐前沿(A)、行同步脉冲(B)以及消隐后沿(C)(后沿内包含色同步信号),总共为12 μs。
如果从同步顶点到峰值白电平之间总的视频信号幅度为1 V,设同步头峰值点作为参考点,其值设为0 V,则消隐沿为0.3 V,50%的APL值为0.65 V。
基带模拟视频信号对RF载波的调制采用负极性调制方式(大部分电视系统都采用负极性调制方式)。这意味着在行同步脉冲期间的RF载波幅度为最大。在PAL制式中,当图像信号处于峰值白电平时,“残留”(residual)的载波幅度是最大值的1/10,即0.1(要特别注意“幅度”与“功率”之区别)。图2展示的是在行消隐期间的已调制信号。
相应于消隐电平的RF载波幅度导出过程为:
在基带信号中,同步头到峰值白电平为1 V,消隐信号出现在0.3 V处(见图1)。如果RF载波的最大幅度为1.0,其幅度变化可从1.0~0.1,即0.9 的动态范围。将0.3 乘以0.9,得到0.27。所以,消隐信号可表现出一个最大值为0.73(由1.0-0.27得)倍的RF载波电平。
类似地,相应于50%白电平的RF载波幅度导出过程为:
在基带信号中,50%白电平信号出现在0.65 V处(见图1)。把0.65乘以0.9,得到0.585。因此,50%白电平信号可表现出一个最大幅度为0.415(由1.0-0.585得)倍的RF载波电平。
在行同步脉冲期间,RF载波处于最大幅度值,即1 V。现在又如何来确定已调制载波的平均功率呢?这就需要测定在整个一个行周期中(64 μs),信号在3 种电平(0.415,0.73,1.0)上各自的信号持续时间。
信号的3个持续时间如表1所示。
以上计算都是以电压(V)为单位的,现在则应以功率为单位来计算。因功率与电压的平方成正比,则可按电压平方关系计算
因此,功率从最大值下降了10lg(0.274)= 5.62 d B。换言之,一个被具有APL为50%的视频信号调制的RF载波,其平均功率比峰值包络功率或未调制载波的功率低5.62 d B。这就表明,对数字QAM信号来说,建议应用的平均功率电平应比模拟信号的峰值包络功率电平低约6 d B。这样就与模拟视频信号具有相同的功率电平了。
同样的方法也可用来分析在场消隐期间所增加的RF信号功率。诚然,如前所说有些电视系统常在场消隐期内插入文字、数据、测试信号等信息,有些系统则很少插入这些信息。在最差的情况下,假设不插入任何信息,则RF信号的平均功率被增加0.2 d B。这一点微小的调整可以忽略不计,而实际情况是,在场消隐期内插入测试信号是较为普遍的一种应用。
2.2 采用PAL-I制时的修正
在计算信号平均功率时,要考虑PAL–I制与其他制式的基本差别在于载波的调制深度。在PAL–I制中,与峰值白电平相应的残留载波幅度是最大值的1/5,即0.2,不同于其他PAL制的0.1,如图3所示。
用如前所述测定时间长度的方法来决定已调制载波的平均功率。这就是测定在整个行周期中(64 μs),信号在3 种电平(0.48,0.76,1.0)时各自的信号持续时间。
信号的3个持续时间如表2所示。
按电压平方关系计算
因此,功率从最大值下降了10lg(0.326 5)= 4.86 d B。事实上,PAL–I制的最大调制深度与其他PAL制相比略小一点,结果造成调制信号的平均功率略大。现在的结论就是在PAL–I制系统中,数字QAM信号的电平设置可比峰值包络视频功率电平低5 d B。这样就与模拟视频信号具有相同的功率电平了。
实际上,在有线电视系统的应用中,采用降低6 d B的方法较为普遍,而不管其为何种电视制式。
3 QAM信号的测量和设置
3.1 正确测量QAM信号的幅度
HFC设备正常工作的最基本要求是下行RF电平要设置正确。大多数人对模拟频道的测试都已经很熟悉,使用频谱分析仪和电平表很容易做到,但要正确测量64QAM和256QAM就遇到了麻烦。首先,这些载波形式的幅度是8 MHz带宽的平均功率。其次,数字调制载波很像充满频带的噪声,这使测量变得复杂。
在模拟电视频道幅度测量中感兴趣的是已调频道的视频载波的瞬时同步峰值的均方根值(RMS)。那就是为什么电平表使用峰值检波的道理,那样的仪表就可以决定瞬时同步峰值和显示载波RMS幅度。峰值检波电平表对视频是最佳的,但对噪声和类噪声的信号则无法测量。
当用通常的电平表去测量噪声时,必须使用检波器校对因子来修正。因为电平表是在较窄的带宽下测量的,对视频载波可以取得最佳效果,但对噪声就不行了。对8 MHz带宽的调制载波测量必须取整个带宽的平均功率。很明显这个带宽要比电平表的测量带宽(MBW)宽得多。有些仪表已具备数字平均功率测量的功能。频谱分析仪提供了一个很方便的测量数字调制载波的方法。但是,如果不注意使用方法非常容易得到错误的结果。
从图4 和图5 可以看出,尽管信号没变,但由于频谱分析仪上的分辨率带宽(RBW)设置不同,在频谱仪屏幕上显示出的QAM信号相对模拟信号的幅度差是不一样的。
通过公式计算的方式可得到正确的QAM功率为
式中:PT是总功率;PRBW是光标点测量值(图4 是90 d BμV,图5 是95 d BμV);BWE信号带宽;BWR是分辨率带宽(RBW)(图4是100 k Hz,图5是300 k Hz)。
通过图4所得到的数据计算得
通过图5所得到的数据计算得
可见图4、图5 中QAM信号强度都是109 d BμV。按国内大多数网络的设置,如果要求QAM信号比模拟信号低10 d B,则此时恰恰相对于模拟信号100 d BμV高出了9 d B,高于正常值19 d B。
3.2 正确设置QAM信号与模拟信号的电平差
通过上节分析可知,正确的设置见图6和图7。
PRBW的光标点测量值在图6 是中71 d BμV,图7 中是76 d BμV。 根据图6 中所得数据,依据式(3)得
根据图7中数据计算得
可见,这样的设置才是正确的。
4数字平移后发射机电平的调整
在实际应用中,由于数字平移后模拟频道数大大减少,一般从60 个减少到6 个,而增加的QAM数字频道数约在30个左右,所以光发射机的输入总功率下降,时常会引起发射机显示输入过低告警。此时就需要增加发射机的RF输入功率。必须清楚地知道,这个功率是指发射机得到的RF输入总功率。一般会通过提高每频道电平来提高总功率。
4.1 计算平移前后的信号总功率
如果平移前模拟频道为60 个,每频道的电平为15 d Bm V,则有
这个功率就是平移前发射机得到的总功率。
如果平移后模拟频道为6个,每频道电平提高到23 d Bm V,QAM频道为30个,QAM信号比模拟信号低10 d B,则有
这个总合成功率就是平移后发射机得到的总功率。可见,平移前后发射机得到的总功率基本相等,发射机工作状态没有改变,仍处在正常工作状态。
4.2 建议的调试方法
根据上节的计算可以看到,平移后如果把模拟信号电平提高8 d B,就可以保持光发射机得到的总功率与平移前一样。但也应该注意到,由此会带来3个问题:
1)要将前端原有的信号分配系统提高信号电平较困难,需要在前端增加前置放大器。
2)随着将来QAM频道的增加,需要降低信号电平,否则会引起发射机过载,信号质量变差。
3)无论是现在提高发射机的每频道输入电平还是将来随着QAM频道的增加而降低每频道电平,都会引起光站的输出电平变化,进而引起用户电平的变化。整个电缆分配网电平需要重新调整。
鉴于这3点,笔者建议在平移后不通过提高每频道电平的方法来提高发射机的总功率,而是采用如下3种方法:
1)有条件的可将整个频段内的QAM频道布满,不用的频道不加调制。将来仅需开启调制,电平无需调整。
2)关闭的且频点未被替换的模拟调制器继续保留,仅关闭调制,载波继续输出。将来根据QAM频道的增加而逐一替换。
3)用1台(也可2台或3台,根据具体情况)替换下的模拟调制器,放在频段最高点,调高其输出电平,使其与正在使用的模拟和数字信号的合成总功率与平移前一致。其输出电平的计算及总合成功率的计算方法与上节计算方法一样,区别的仅是此时是3个信号的合成,即在用模拟信号、QAM信号和这个仅供调试用模拟载波信号。将来随着QAM频道的增加,仅需通过降低这个模拟载波电平来保持总功率不变。而这个输出电平较高的模拟载波,由于处在频段的最高点,其产生的寄生杂波不会影响到频段内正常使用的频道。如果有多台替换下的模拟调制器可被用来放在频段的最高处用作调试用信号,则每台调制器的输出电平可相应降低。
模拟信号源 篇6
雷达信号处理机软件在调试过程中,往往需要随同整机调试。而雷达整机调试,需要动用大量的设备,这就需要花费大量的时间和金钱。
常规信号源往往采用单纯的回波存储后回放的方式,只具有单纯目标回放功能。无法使回波输出动态和准确地描述出雷达系统在外场实验工作时的状态。在信号源中加入反馈控制系统,使雷达工作状态与信号信息相关联。从而能够较逼真地反映出雷达的工作状态和回波数据。从而使得处理机软件调试效果能够逼近雷达整机联调的外场效果。能够动态地模拟出目标运动及其轨迹、目标的大小、目标的起伏特性及其背景海情噪声等,并且可以模拟出目标回波随电机角度之间的关系[1,2]。
1 信号源系统构成简介
雷达在外场工作时,回波数据可以分解为以下信息:雷达整机软硬件工作特性、目标回波特性和环境特性。其中目标回波特性和环境特性主要可以表示为雷达回波信号幅度、目标的运动轨迹、杂波及其噪声等。雷达整机软硬件工作特性主要由天线电机的工作过程、雷达工作状态、人机控制接口模拟等。图1是雷达在真实环境工作的示意框图。
用处理机信号源模拟较真实的外场实验环境,信号源能模拟天线电机运动,且能和处理机的控制形成反馈的电机运动全过程;能够模拟目标的回波和杂波;能够模拟出目标回波的起伏特性;能够模拟出目标的运动轨迹。
上述模拟过程可以具体化为如下电信号:输出信号为两路Σ,Δ回波信号;信号源的回波特性信息由计算机通过串口提供;信号源模拟雷达伺服电机输出信号;处理机对电机控制信号,包括向左和向右及其角度调整值;同步信号;处理机工作状态信号等。
信号源通过串口和计算机相连,由上位机软件产生回波特性控制字,主要包括目标个数、目标角度、目标轨迹模式、目标起伏模型、背景噪声模型等,然后BLACKFIN532根据控制字产生信号[3,4]。系统框图如图2所示。
2 信号源工作状态种类
现设雷达工作状态S,目标个数为n,运动轨迹M,θ为方位角,R为目标的距离,目标幅度A,除目标距离R和目标方位角θ外,假设每个参量都有两种取值。n,R,M,A,δ,B,S具体如下:
Ri=(0..N)对距离归一化为离散的整数
θi=(0..N)对方位角归一化为离散的整数
其中决定信号源工作状态的信息可写为FS(S,n,M,A,δ,B)。根据其取值关系可以有从FS(0,0,0,0,0,0)到FS(1,1,1,1,1,1)共64种变化,但是处理机关机状态和目标个数只可归结为一种变化,这样总共有17种有效的工作状态[5]。
3 信号源模拟算法分析
3.1 真实环境中处理机信号源的模拟特点
雷达信号数据格式如图3所示,对雷达信号处理机而言,雷达天线从右极限到左极限运动时,有M个以同步脉冲为时间间隔的回波信号。而每个回波在波门宽度内AD采样个数为N,这样回波数据是二维参量RN,M, 例如假设天线电机从左边45°运动到右边45°,时间是1 s,同步脉冲T的周期是1 ms,所以电机运动一周的过程中,发了1 000个同步脉冲。M值域为{0:999};1个同步脉冲代表电机运动了0.09。AD在波门内采样数据个数为波门宽度除以AD采样间隔τ,其值域范围为{0:N}。其数据格式是同步脉冲和AD采样快拍的二维矩阵形式。
3.2 目标幅度的模拟
设雷达发射信号的功率为Pt,雷达天线主瓣在目标方向上的增益为Gt,则当雷达在自由空间工作时,与雷达天线距离为R的目标处的功率密度St为:
当目标被电磁波照射时,因为目标的散射特性,会将信号能量向周围空间散射而产生散射回被。散射功率的大小和目标所在点的发射功率密度St与目标的散射特性有关。通常用目标的雷达散射截面积(RCS)σ来表征目标的散射特性,其量纲是面积,表示目标散射功率的空间分布,它与天线孔径面积有相同的含义。若假定目标可将其接收到的功率无损耗地辐射出来,则目标散射出来的总功率(二次辐射功率)为:
根据天线增益Gr和有效面积Ar之间的关系为,假如是采用收发共用天线,则Gr=Gt:
假定雷达接收天线的有效孔径为Ar,则雷达接收到的回波功率PR为:
设雷达的综合损耗为L,则可得与雷达天线距离为R的目标处回波功率为:
现在R变换为Ri,i=1,2,…,1 000,每个间隔为15 m,既可求的PRi的功率,这样就可以模拟出目标的幅度信息[6]。
3.3 方位模拟实现
例如雷达天线从左边45°运动到右边45°,时间是1 s,同步脉冲T的周期是1 ms,所以电机运动一周的过程中,发了1 000个同步脉冲。θi=(0..N)的取值为N=1 000;在装订界面上设置好目标的角度后,可以根据这个角度计算同步脉冲的个数,在DSP中每过1 ms进入一次中断,读取电机的位置,也就是位于哪个同步脉冲,当读到的数据和计算得到的同步脉冲数相同的时候,就发送命令给FPGA控制延时脉冲的发送。处理机接收到回波脉冲后,计算回波脉冲位于多少个同步脉冲,与0.09°相乘就可以得到目标的角度位置[7]。
3.4 运动轨迹的实现
直线模式为Ri的变换为按照距离单元不断递增、然后递减。方位角度不变,目标幅度起伏按照图4(a)所示的直线规律变化。
目标的弧形运动模式中目标不断地从最左运动到最右,再从最右运动到最左。为了简便信号产生,目标到雷达的距离是不变或依次递减一个距离单元,规律如图4(a)所示。具体方法为:运动距离为Li=V*T+Li(Li初始为0),判断Li是否大于角度分辨距离θR,如果大于Li=Li-θR,并且当前目标方位θ=θ+θR,将θ和装订的存在目标的角度比较,如果相同则发送回波参数给和路信号。如果不同则继续比较[8]。
圆形运动轨迹模式如图4(b)所示,按照式(6)进行计算[9]:
3.5 目标起伏模型的模拟
雷达照射目标的RCS通常是起伏的,Swerling将目标RCS的变化总结为Swerling 0～Ⅳ五种模型。设目标RCS服从2个自由度的χ2分布,PDF如式(7):
按照如下方式产生起伏目标。对于Swerling Ⅰ型目标,由于其RCS按照自由度为2的χ2分布,可以用两个独立同分布的服从高斯分布的随机变量产生。产生步骤如下:
(1) 根据信噪比SNR和噪声功率2σ2求出起伏信号的平均功率Psig;
(2)设第j次扫描信号幅度Aj计算公式如式(8):
式中nAj,nBj～N(0,1),且相互独立。
(3) 设一次扫描共积累Naccu个脉冲,对于每一脉冲的回波信号,考虑噪声的回波信号如式(9)所示(第j次扫描的第i个脉冲回波):
式中φi,i=1,2,…,Naccu为脉冲与脉冲间目标回波附加的随机相位,服从[0,2π]的均匀分布, Swerling Ⅰ型起伏目标一次扫描中目标幅度不起伏,所以信号的幅度A不变。nIi,nQi均为独立同分布的高斯变量,服从N(0,σ2)分布。nIi,nQi在脉冲与脉冲间都要随机产生。设雷达接收端采用包络检波,起伏模型为Swerling Ⅰ的回波信号幅度在一次扫描中计算公式如式(10)所示:
(4) 对于多个天线扫描周期,对应多个脉冲回波积累(扫描)周期。对于多个扫描周期的回波,重新按照公式(8)产生信号幅度Aj,使得目标RCS按照Swerling Ⅰ型起伏模型在扫描与扫描之间不同,然后重复步骤(3)得到多个扫描周期的回波。
4 结 论
该种方法和思路实现的非相参信号源具有较为真实的模拟雷达外场工作时回波的能力,能够方便雷达和处理机系统级软件的调试过程。节约雷达调试的时间和经费,提高了社会生产力。
参考文献
[1]汤辉.基于DDS+PLL的X-Band信号源设计[J].现代电子技术,2011,34(16):93-95.
[2]任季中,冯小平.高性能DDS芯片AD9959及其应用[J].电子元器件应用,2007,9(6):1-2.
[3]马科,陈伯孝,赵海军.基于FPGA的末制导雷达伺服系统设计[J].制导与引信,2008,29(1):11-15.
[4]张明友,汪学刚.雷达系统[M].北京:电子工业出版社,2006.
[5]叶昊儒.相参雷达与非相参雷达的差异分析[J].现代电子技术,2010,33(3):17-19.
[6]赵云娣,杨小献.基于AD9958的双通道直接频率合成器的设计[J].无线电工程,2006(3):45-46.
[7]胡仕兵.超宽带雷达脉冲压缩信号数字产生方法研究[D].成都:电子科技大学,2008.
[8]王志明,高梅国,商蓉蓉.一种基于DDS技术的新型宽带雷达信号源的设计[J].通信设备,2006,22(9):58-60.
[9]谢剑锋.综合基带全数字测试信号源[J].电子科技大学学报,2004,33(5):539-542.
光信号环境模拟系统设计 篇7
随着各种光电设备的广泛应用,光信号环境已成为电磁环境的重要组成部分,光信号环境模拟系统应运而生,它作为一种新型的光模拟手段可为各种试验生成预案,根据预案控制和管理设备运行,实时采集、记录、显示设备处理信息和训练图像信息.进行综合效能评估与适应性检验而发挥积极的作用.
1 光信号环境模拟系统构建方法
模拟光信号环境的方法有多种,包括全实物光信号环境模拟;半实物光信号环境模拟;信号注入式光信号环境模拟和全数字化计算机光信号环境模拟.以下部分探讨了全实物光信号环境模拟方法.其特点是逼真,是进行设备试验和评估校验最有效的方法.全实物仿真的环境通常在外场进行,根据设备的应用环境,确定光信号模拟环境类型.
模拟系统由环境模拟设备、光电系统设备、控制与数据处理中心以及数据通信网络组成.并要确定精确的定位系统、数据采集与传输系统和试验的评估系统,用以评估光信号环境中设备的效能.
在全实物模拟光信号环境中,整个系统的控制由控制中心通过数传通信网络进行.整个模拟系统必须建立统一的时间标准.参试平台的数据,可以实时记录在媒体上,然后送数据处理中心进行处理;也可以通过数传系统实时传输.
2 光信号环境模拟系统硬件组成
根据光信号环境的特点,光信号环境模拟系统主要由光信号环境模拟设备、监测记录设备、控制设备和时统定位设备等组成,系统硬件框图如图1所示.其中光信号环境模拟设备包括光学探测设备和光学背景模拟设备.
(1)光学探测设备
模拟各光波段、各种工作体制的光学设备工作.
(2)光学背景模拟设备
模拟各种主要背景光辐射、传输特性.
(3)监测记录设备
监测记录设备作为光信号环境模拟系统的监测手段,具有在多种气象条件下的监测和记录的能力.
(4)控制设备
控制设备是光信号环境模拟系统的控制、显示及信息处理中心.制定光信号环境模拟预案,控制、管理和协调系统所属设备的运行,完成对试验数据/场景等的综合采集与纪录.可实现对试验图像/数据等的综合处理和分析.
(5)时统定位设备
时统定位设备对系统进行时统和位置测量.
3 光信号环境模拟系统软件功能、构成与控制
3.1 系统软件功能与构成
光信号环境模拟系统的软件运行于控制设备,它根据试验计划,形成光信号环境模拟预案,并控制、管理与协调整个系统的运行,完成对试验数据图像等的综合采集与纪录,综合处理与分析.
光信号环境模拟系统软件功能如下:
(1)生成预案:根据计划,拟定光信号环境模拟系统的模拟预案;
(2)数据处理;对收到的其他设备的数据/图像信息进行采集、处理、分析;
(3)设备监控:对各设备工作状态进行实时状态监控;
(4)形成控制命令:根据预案及数据处理结果,形成对设备的控制命令,控制和管理各设备的协调运行,以完成计划;
(5)人机接口:设置系统工作方式,设置各设备参数;输入有关命令,调看有关情报信息等;
(6)信息显示:对部署、态势、目标监测信息进行图像显示;对设备的各种信息、数据处理信息等进行数据显示.
光信号环境模拟系统软件构成如图2所示.
3.2 系统软件控制
根据软件需求分析,系统软件要有形成模拟预案,控制、管理与协调系统所属设备的运行的能力,完成对数据/场景等的综合采集与记录.可实现对图像/数据等的综合处理、分析等功能.在软件设计时,采用模块化设计,每个模块实现其特定功能,确保软件的可靠性,可维护性、扩展性和可操作性.
系统软件主要控制流程如图3所示。
系统软件根据计划生成模拟预案,模拟光信号环境特征,控制光信号模拟设备,并对模拟过程中的各种图像/数据信息进行实时采集、显示和记录,通过视频回放或实时显示.
4 结 束 语
通过研究光信号环境模拟系统的设计方法,构建全实物光信号环境模拟系统,将从根本上解决各种条件下对光信号环境的需求问题,从而使设备经历电磁环境的磨砺,提高其适应电磁环境的能力.同时也为多层次的试验建立完整的一体化电磁环境框架体系奠定基础.
参考文献
[1]王汝群.战场电磁环境[M].北京:解放军出版社,135-137.
模拟信号合成电路的改良设计 篇8
根据本系统的设计思想, 如下图, 系统产生多个不同频率的正弦信号, 并将这些信号再合成为近似方波或三角波信号。
系统用单片机产生方波, 再经滤波电路, 生成正弦波。为了保证波形不失真, 选用的放大器需要有足够的带宽, 因此选择TL072P制作信号合成电路, 将产生的10k Hz和30k Hz正弦波信号, 作为基波和3次谐波, 合成一个幅度为5V的近似方波。两种不同幅值不同比例的正弦波信号合成的结果有较大概率不是幅值为5V的近似方波信号, 再之经过滤波和移相电路的信号, 幅值有可能改变。要符合上述要求, 需要在系统中加入调幅电路。
一、滤波电路
1.1理论计算
四阶巴特沃斯滤波器是两个二阶滤波器串联的结果, 以此可以仅分析二阶滤波器, 二阶巴特沃斯低通滤波器传递函数:
Q是等效品质因数, 不同的品质因数会导致幅频响应不同, 因此, 在滤波电路中滤出基波时, 选取恰当的Q值减小高次谐波对基波的影响, 经过计算, Q值在1.5附近, 系统性能最佳。
wc它是特征角频率, 会决定上限截止频率。
1.2滤波设计方案
本设计放大器部分均选TL072, 这是一种JFET作为输入级的低失调、高输入阻抗拥有3MHZ带宽的运放, 适合在此次电子设计中使用。有源四阶巴特沃斯滤波器以集成运算放大器为主要部分, 电路拥有输出阻抗较低、输入阻抗较高的特点。
其滤波效果在Multisim仿真中滤波效果和二阶情况相同, 实际调试过程中使用二阶滤波电路最终合成波形出现较为明显的畸变, 说明方波经过滤波后仍存在很多高次谐波。由下表一可知, 选择四阶巴特沃斯滤波器虽需投入更多时间成本, 但能换来滤波性能上的显著提升。
在实际调试过程中, 电阻阻值R与电容容值C, 需满足两点条件:其一, 必须符合频率计算公式。其二, 电容容值C必须足够的小, 经过多次试验调试, 最终确定容值C应在100pf一下。选取较小的容值C可以避免波形出现锯齿, 最终合成的波形更加接近理论仿真结果。
二、移相电路
移相电路电路主要运用了电容的电流超前电压90度这一特性。但其不是单纯的无源电路而是结合了集成运放的有源电路, 其体积小、性能稳定, 输入阻抗高, 输出阻抗低, 由它组成的移相电路具有电路简单、工作可靠、成本低、波形好、适应性强, 而且可以提供180度的相移。还兼有放大和缓冲的作用, 故选此方案。
三、调幅电路
方波信号经过波形变换和移相后, 其输出幅度将有不同程度的衰减, 合成前需要将各成分的信号幅度调整到规定比例, 才能合成为新的合成信号。
本设计方案选用反相放大电路, 反相放大器的优点在于输入阻抗等于输入电阻, 且其输入与输出的相位相反。在反相放大器中, 仅有差模信号, 两个输入端的电位始终近似为零, 因而抗干扰能力较强;同相放大器两个输入端不仅有差模信号, 还有较大的共模电压, 而较高的共模抑制比就可以达到抑制共模电压的目的。因此如果要求输入阻抗不高、不考虑相位时, 首选反相放大, 因为反相放大只存在差模信号。
四、加法电路
由于信号经过前面调幅电路得到了放大, 调幅电路采用的是反相放大电路, 信号会反相, 因此, 采用反相加法运算电路实现信号合成。
因为要合成后的波形类同于方波和三角波, 则三个频率分量要满足傅立叶
变换系数的要求, 这里就需要系数矫正电路, 即比例运算电路, 通过比例
调节后加到一个加法器组成的叠加电路中, 实现所要达到的相应的波形。
方波的傅里叶级数表示:
在这些谐波中, 它们初相位一致, 各个谐波的系数比例为, 合成一个幅值5V的近似方波, 10k Hz正弦波的峰峰值为6V, 30k Hz正弦波的峰峰值为2V, 50k Hz正弦波的峰峰值应为1.2V, 所以在合成电路过程中还需要对正弦波实现放大。
五、结束语
信号合成电路在实际生活中应用非常广泛, 将不同信号按一定比例进行合成, 可以得到各种需要的波形, 诸如三角波等, 通过信号合成电路可解决实验室已有仪器输出波形类型单一的问题。笔者对本设计方案进行了调试, 调试结果证明此方案设计出的电路性能稳定, 能输出理想的合成波形。总而言之, 本设计在理论仿真的基础上, 经过大量实践, 分析已有数据, 总结改进了信号合成电路的设计, 进一步优化了输出波形。
参考文献
[1]王凤波, 陈学雷, 王进旗.合成电路在信号传输系统中应用[J].电子测量技术, 2004, 03:31+39.
[2]李琨, 张汉富, 张树丹, 于宗光.一种基于DDS的改进信号合成电路设计[J].半导体技术, 2007, 01:52-54.
[3]贺东鹏, 武发思, 徐瑞红, 刘左军, 汪万福.探地雷达在莫高窟窟区树木根系探测方面的应用[J].干旱区资源与环境, 2015, 02:86-91.
[4]周思同, 王永斌, 李亮.磁性天线数字化全向图合成方案设计[J].舰船电子工程, 2014, 11:109-111+142.
[5]张妍, 陈涛, 石蕊, 梁晔.基于DDS技术的数字移相信号发生器的设计及FPGA的实现[J].信息通信, 2014, 11:59.
卫星信号模拟器的应用研究 篇9
1 GP S卫星信号模拟器
GPS卫星信号模拟器的设计思路:根据物体的运动, 分析其运动的规律, 用GPS接收其发出的信号, 对接收机的定位功能进行测试。该模拟器可以在某个时间, 同时接收多个卫星发出的信号, 并根据对这些信号的判断, 判断卫星所在的位置与坐标, 以及与接收机之间的距离。而随着卫星位置与距离的改变, 预判的卫星到达时间也会随之改变。所以, 模拟器的很多工作模式都是, 模拟器接收处于不同位置及动态卫星发出的信号, 通过信号的时延、衰减等, 调整控制模块, 改变信号。当模拟器的仰角只有5°时, 它可以接收到12颗卫星发出的信号, 通道数目最多为12个。它有以下功能:可验证接收机可以追踪卫星的发出的信号, 不管卫星在哪一地区, 或是不同的速度与加速度, 并且, 它还可以根据卫星运行轨迹的变化, 精准定位。另外, 因为信号传输会产生不同的信号比, 该模拟器可以在不同的情况下, 捕捉到信号, 对信号进行跟踪。
GPS卫星信号模拟器主要分为两部分, 分为软件和硬件。软件中, 仿真控制是保证其运行的核心, 会记录卫星的星历, 改变用户的状态等, 控制硬件的运行, 而硬件则会读取软件内的信息, 并根据这些信息处理信道中的内容, 做扩频调制处理, 把接收到信号变成一个中频信号波形, 从而确定卫星的位置。
2 卫星导航信号模拟器
以GPS卫星信号模拟器技术为基础, 研发出来的卫星导航信号模拟器技术, 可以让研究人员对芯片与终端进行测试, 测试其是否具有可行性。这一模拟器可以对一个系统进行检测, 同时也可以多个系统进行检测, 它模仿出卫星运动轨道的同时, 也可以建立一个与之对应的终端的运行轨道, 模仿它的运动状态。除此之外, 它还可以根据卫星运动的特点, 预先设定轨道, 让其变成一个卫星导航模拟信号, 或是接收计算机做出的模拟信号, 根据现有的载体, 以及影响卫星运动的多种因素, 模拟出卫星运动的不同场景, 把模拟的影像放在三维立体空间内, 制作出卫星运动的形态及动画, 给出模拟信号。信号模拟源给出的信号有明显的特征, 从中可以发现信号传播后产生的反应。
从以上内容可以分析出, 卫星导航模拟信号可以根据不同载体的特点, 模拟出其发出的信号, 并运用这一信号完成测试, 具有很强的信号仿真能力, 以及可操作性。其优势是包括以下几点:
首先, 可控性与可重复性, 可控性是指检测人员可以根据实际情况调整各项误差, 或者是在检测途中关闭某颗卫星的发出的信号。而可重复性是说能够多次以同一种环境和条件对终端进行测试。
其次, 广泛性与信号可用性。广泛性是指其可以在不同的动态中, 模拟卫星运动的动态, 完成终端测试。信号可用性主要针对空间导航系统来说, 它可以接收在建或是已经建成导航系统的信号, 加以应用。
最后, 节约成本是说用模拟器完成测试, 可以减少人力、物力的消耗, 减少使用的成本, 提高工作效率。
3 多通道卫星信号模拟器
多通道卫星信号模拟器的工作原理:该模块工作时, 会通过三个模块完成工作, 分别是导航电文的生成、C/A码发生器以及载波生成。首先, 系统会通过第一个模块, 生成导航电文, 把确定的动态距离变成动态测距码, 改变载波。接着, 把生成的这些数据用不同的内容用相乘的方式变成信号, 最后把信号输出。其主要采用的软件是VC++6.0, 硬件则是EPGA技术, 这两种技术的结合, 可以让模拟器与计算机建立连接, 通过计算机的操作控制模拟器的各项操作, 有稳定的性能, 并且, 它还可以测试卫星信号在多普勒效应下的变化, 可以推出一种高动态的信号源。
4 结语
综上所述, 卫星信号模拟器的应用分为很多方面, 比如GPS卫星信号模拟器、卫星导航信号模拟器、多通道卫星信号模拟器等, 这三种模拟有各自的工作原理与优势, 可以体现出卫星信号模拟器应用的广泛性, 以及应用行业的特殊性, 都表面了它具有的优势, 推进航空科研工作的进行, 加快航空事业的建设, 促进其发展。
参考文献
[1]刘丽丽, 王可东.卫星信号模拟器研究现状及发展趋势[J].全球定位系统, 2012, 03:58-62.
[2]任鹏飞.浅谈卫星导航信号模拟器的应用[J].卫星与网络, 2012, 09:58-59.