一种自动导航系统接口适配器研制

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摘要：介绍了自动导航系统中多卜勒号航信号适配器和极坐标指示器导航信号适配器的设计，并给出了具体的硬件电路和相关软件流程。实现了导航计算机与多卜勒雷达、自动驾驶仪、真空速表和极坐标指示器的交连，解决了ARINC429总线信号、ARINC407同步器信号、脉冲信号与模拟信号的相互转换等技术难题。

    关键词：雷达 极坐标指示器 ARINC429总线 适配器

直升机自动导航系统与机上设备的交连关系如图1所示。它主要由多卜勒雷达、导航计算机、自动驾驶仪、真空速度计算机、极坐标指示器导航信号适配器和多卜勒导般信号适配器以及各种仪表、指示器构成。本文主要介绍多卜勒导航信号适配器和极坐标指示器导航信号适配器的设计。
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1 接口适配器的研制

1.1 多卜勒导航信号适配器

1.1.1 接口信号分析

多卜勒转达输出模拟和数字两种制式的导航信息。模拟信号相对于水平面，它包括雷达输出的速度信息（以直流电压形式提供给速度指示器、400Hz交流电压形式提供给自动驾驶仪）、导航信息（纵向和横向速度的交流模拟电压）；数字信号是相对于机体坐标的纵向和横向速度的数字信号。由于数字信号的脉冲宽度和信号灵敏度不符合导航计算机的要求，又因为多卜勒雷达给出的模拟信号质量优于数字信号，因此，将多卜勒雷达输出的模拟信号进行交换，实现与导航计算机的脉冲数字接口相匹配。

1.1.2 适配器完成以下功能：

·将多卜勒雷达输出的以灵敏度为30mV/Kt的400Hz交流信号表示的飞机纵向（Vy）、横向（Vx）速度信号转换为以脉冲频率数表示的导航计算机的输入信号；
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    ·将雷达输出的表示速度方向的离散信号转换为满足导航计算机需要的离散信号；

·将直升级真空速表输出的以交流模拟电压表示的真空速信号转换为以直流模拟电压表示的真空速信号送给导航计算机；

·将导航计算机输出的侧向控制信号和有效信号以及自动驾驶仪输出的巡航功能控制信号转换为自动导航的控制信号，实现自动驾驶仪的自动导航。

1.1.3 适配器设计

适配器主要由A/D转换电路、AD/DC转换电路、离散信号转换电路、状态控制电路和电源电路等组成。

A/D转换电路由低通滤波器、缓冲隔离、梯度控制、A/D转换、钳位隔离等部分组成，如图2（a）所示。该电路的输入信号为雷达输出的模拟信号，制式为400Hz交流，灵敏度为30mV/Kt；输出为0.8V的脉冲信号，频率灵敏度为35.7Hz/Kt（可调）。

AC/DC转换电路由低通滤波、缓冲隔离、AC/DC转换、梯度控制电路构成，如图2（b）所示。该电路的输入信号为真空速表的输出，信号制式为400Hz交流、灵敏度为90mV/Kt；输出为直流电压、灵敏度为75mV/Kt（可调）。
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    离散信号转换电路由整形钳位、电平转换、反向器、缓冲器离电路组成，如图2（c）所示。该电路的输入信号为多卜勒雷达输出的代表速度方向（相对机体）的离散量，其输入高电平为+3.5V、低电平为+0.8V，输出高电平为+8V，低电平为+2V。

自动导航信号处理及控制电路包括信号控制电路和状态控制电路。信号控制电路由低通滤波、梯度控制、缓冲隔离电路等组成；而状态控制电路由电平钳位、逻辑控制、缓冲隔离及控制继电器等组成，如图2（d）所示。

上述所有功能电路，均经反复调试，优化设计，最后固化成模块。整个电路由六个模块组成，分别安装在两个印刷电路板上，如图3（a）和3（b）所示。
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    图中RGX-1A、RGX-1B为多卜勒雷达纵向速度信号和横向速度信号的预处理电路，包括低通滤波、缓冲隔离和梯度控制；RGX-IC为真空速信号的AC/DC变换；RGX-2为多卜勒雷达速度信号的A/D转换模块；RGX-3为离散信号的处理模块。

1.2 极坐标指示器导航信号适配器

1.2.1 适配器功能

该适配器完成导航计算机输出的地速串行数据（12.5±0.1kbit/s）中的目标方位、偏流角和待飞距离信号计算，并将目标方位和偏流角信号调整为极坐标指示器能够接收的符合ARINC407标准的同步器信号，将等飞距离信号调整为四位LED显示器的显示信号。

1.2.2 硬件设计

以8031单片机为信心，结合相应的外围电路设计，构成一个ARINC429总线信号的求解和信号匹配系统。硬件设计框图如图4所示。

图中，8031作为核心芯片，它与27256程序存储器和61256数据存储器组成单片机最小应用系统，完成对导航计算机输出的ARINC429总线信号进行采集、转换、计算和信号匹配等操作并进行控制。

3282板以HS-3228、8255等芯片构成处理电路，现将导航计算机的32位ARINC429串行数据转换为符合8031单片机8位数据总线要求的并行数据，由单片机最小系统控制，实现数据的转换和采集。

SZZ板以高精度数字/轴角转换模块和8155等芯片为核心，构成目标方位角和偏流角的数字/轴角转换电路，实现将3282板采集来的目标方位角和偏流角的数字量转换为符合ARINC407标准的同步器信号，送给极坐标指示器，使其指示相应的参数。

8279板以8279芯片为核心，构成键盘和显示器驱动电路，实现待飞距离的显示数据的处理和四位LED显示器的功率驱动。
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    1.2.3 软件设计

为了便于程序的调试和修改，软件设计采用模块化设计方法。程序模块主要包括主程序模块、中断服务（数据采集）子程序模块、数据转换子程序模块、信号匹配子程序模块、数码显示子程序模块等。其中数据采集子程序和数据转换子程序流程图如图5（a）、(b)所示。

2 系统调试

两种适配器的主要元器件均采用军品，并经筛选，电路参数经反复计算和调整，保证了输出信号的精度。系统连机后，通过地面开车实验，长时间工作性能稳定。雷达输出的30mV/Kt、400Hz交流模拟电压信号为例，经多卜勒导航信号适配器转换为数字脉冲信号输出，其模/数转换精度如表1所示，满足了工作精度要求。

表1 多卜勒导航信号适配器模/数转换精度

通道名称	模拟信号	数字信号
Vy通道 Vx通道	30mV/Kt 30mV/Kt	36脉冲/Kt±1脉冲/Kt 18脉冲/Kt±1脉冲/Kt

极坐标指示器导航信号适配器将导航计算机输出的ARINC429总线信号的应飞航向、偏流角、待飞距离信号转换成模拟信号供极坐标指示器使用。其转换精度和响应时间如表2所示，完全满足指示器指示精度和灵敏度的要求。到目前为止，研制的自动导航系统已经过鉴定并装机飞行4000多小时，性能优良。

表2 极坐标指示器导航信号适配器数/模转换精度和响应时间

性能指标   参量名称	精  度	响应时间
应飞航向 偏流角 待飞距离	±0.9度 ±0.9度 ±0.1海里	10ms 10ms 1ms