某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真研究

1、某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真研究論文導(dǎo)讀：系統(tǒng)仿真技術(shù)是近30年才發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)。在“某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)研究”科研課題中。所以建模時(shí)在保證系統(tǒng)功能的條件下模型應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。關(guān)鍵詞：系統(tǒng)仿真，建模，浮標(biāo)定位1 引言系統(tǒng)仿真技術(shù)是近30年才發(fā)展起來(lái)的新興技術(shù)，它是指在計(jì)算機(jī)上通過(guò)系統(tǒng)模型的仿真實(shí)驗(yàn)去研究或驗(yàn)證一個(gè)已經(jīng)存在的或者正在設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的過(guò)程。系統(tǒng)仿真并不是對(duì)原形的簡(jiǎn)單再現(xiàn)，而是按照研究的側(cè)重點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行提煉，以利于抓住問(wèn)題的本質(zhì)。在“某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)研究”科研課題中，經(jīng)過(guò)多方論證與研究，最終設(shè)計(jì)出了在充分利用原機(jī)載設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)原機(jī)載設(shè)備進(jìn)行適當(dāng)改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)投放的無(wú)線電聲納浮

2、標(biāo)進(jìn)行快速、遠(yuǎn)距離的極坐標(biāo)定位方案。本文試圖通過(guò)對(duì)該方案建立合理的數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行系統(tǒng)仿真，以達(dá)到驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的正確性的目的?？萍颊撐?。2浮標(biāo)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案“某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)”的組成包括機(jī)上某型搜瞄雷達(dá)、某型無(wú)線電聲納浮標(biāo)、某型聲納浮標(biāo)信息接收處理機(jī)、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航態(tài)勢(shì)顯示器及新設(shè)計(jì)加裝的浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)和信號(hào)處理分機(jī)等，如圖1所示。某型搜瞄雷達(dá)的作用是：利用其連測(cè)通道產(chǎn)生測(cè)距詢問(wèn)脈沖信號(hào)發(fā)往浮標(biāo)，同時(shí)將與發(fā)射脈沖同步的信號(hào)提供給戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航態(tài)勢(shì)顯示器和信號(hào)處理分機(jī)。測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)為在浮標(biāo)上的加裝電路，它的作用是接收雷達(dá)連測(cè)通道發(fā)來(lái)的詢問(wèn)脈沖，經(jīng)識(shí)別后產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)答脈沖，再經(jīng)振幅調(diào)制后發(fā)往機(jī)

3、載某型聲納浮標(biāo)信息接收處理機(jī)。某型浮標(biāo)信息接收處理機(jī)的作用是：接收浮標(biāo)發(fā)回的信號(hào)，將該信號(hào)經(jīng)幅度檢波后，送往信號(hào)處理分機(jī)進(jìn)行處理。信號(hào)處理分機(jī)為機(jī)載部分的加裝電路，它的作用是對(duì)某型浮標(biāo)信息接收處理機(jī)送來(lái)的幅度檢波信號(hào)進(jìn)行濾波、識(shí)別后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，并將其送往某型搜瞄雷達(dá)和戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航態(tài)勢(shì)顯示器，以計(jì)算出浮標(biāo)與反潛機(jī)的距離及顯示。戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)航態(tài)勢(shì)顯示器的作用是：將浮標(biāo)相對(duì)于飛機(jī)的方位和距離以一次信息的形式顯示在熒光屏上。由于“某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)”研究項(xiàng)目是一個(gè)較大的系統(tǒng)工程，涉及的設(shè)備很多，而且多數(shù)為機(jī)上原有設(shè)備，因此這里只對(duì)新研制的浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)和信息處理分機(jī)進(jìn)行仿真?？萍颊撐?。3浮標(biāo)定位系統(tǒng)的仿

4、真對(duì)某型機(jī)浮標(biāo)定位系統(tǒng)進(jìn)行仿真，就是要根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的浮標(biāo)定位系統(tǒng)方案，將定位系統(tǒng)中各組成部分依照其作用原理建立數(shù)學(xué)模型，并按仿真平臺(tái)的要求生成所需仿真模塊，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算以觀察其輸出結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。對(duì)于仿真平臺(tái)的選取，我們采用的是自行開發(fā)的專用于航空電子裝備仿真的“航空電子裝備仿真系統(tǒng)”軟件。由于對(duì)浮標(biāo)定位系統(tǒng)的仿真是一種驗(yàn)證性仿真，其目的在于驗(yàn)證所設(shè)計(jì)方案的正確與否，所以建模時(shí)在保證系統(tǒng)功能的條件下模型應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。3.1仿真模型的建立3.1.1 浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)的仿真模型浮標(biāo)部分電路組成框圖如圖2所示。為實(shí)現(xiàn)對(duì)浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電路的計(jì)算機(jī)仿真，應(yīng)首先建立該電路的數(shù)學(xué)模型

5、。（1）視頻放大器視頻放大器主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)視頻詢問(wèn)脈沖信號(hào)放大，在理想狀態(tài)下應(yīng)不產(chǎn)生波形失真，為簡(jiǎn)化模型，可用一個(gè)放大倍數(shù)為K的理想放大器代替。（2）脈沖間隔解碼器脈沖間隔解碼器是浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電路的核心，其作用是對(duì)放大后的視頻脈沖進(jìn)行脈沖間隔的檢測(cè)，并根據(jù)其脈沖間隔大小判斷是否為雷達(dá)連測(cè)通道發(fā)來(lái)的詢問(wèn)脈沖，是則輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，否則不予理睬。脈沖間隔解碼器采用比較法，即將雙脈沖信號(hào)一路直接送到比較器的輸入端，另一路則經(jīng)延遲T（T等于測(cè)距詢問(wèn)雙脈沖間的時(shí)間間隔）后送到比較器的另一輸入端。比較器對(duì)輸入的兩路脈沖信號(hào)進(jìn)行比較，若脈沖重合則產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)脈沖。如圖3所示。（3）延遲電路延遲電

6、路的作用是對(duì)脈沖間隔解碼器產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖給與適當(dāng)?shù)臅r(shí)間延遲，以保證應(yīng)答信號(hào)不會(huì)落到雷達(dá)的探測(cè)盲區(qū)范圍內(nèi)。為了簡(jiǎn)化模型，這里采用了理想的延遲線。（4）應(yīng)答脈沖產(chǎn)生電路為便于機(jī)載接收機(jī)對(duì)應(yīng)答脈沖的識(shí)別，應(yīng)答脈沖也采用雙脈沖形式，但其雙脈沖間的時(shí)間間隔必須與詢問(wèn)脈沖區(qū)別開。應(yīng)答脈沖產(chǎn)生電路一般采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)，為了使產(chǎn)生的應(yīng)答脈沖為雙脈沖形式且雙脈沖間的時(shí)間間隔滿足要求，還應(yīng)在單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器之后加一延遲線和或門，如圖4所示。3.1.2 信息處理分機(jī)的仿真模型信息處理分機(jī)負(fù)責(zé)接收處理浮標(biāo)發(fā)回的測(cè)距應(yīng)答脈沖，根據(jù)其電路功能，建立每個(gè)功能電路的數(shù)學(xué)模型如下：（1）射頻放大器射頻放大器主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)來(lái)

7、自某型浮標(biāo)信息接收處理機(jī)信號(hào)分配器的射頻信號(hào)進(jìn)行放大，它是一個(gè)寬帶放大器，在理想狀態(tài)下應(yīng)不產(chǎn)生波形失真，為簡(jiǎn)化模型，可用一個(gè)放大倍數(shù)為K的理想放大器代替。（2）包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器用于對(duì)放大后的射頻信號(hào)進(jìn)行幅度檢波，以取出視頻應(yīng)答脈沖信號(hào)。一般此類檢波器大多利用二極管或三極管的非線性實(shí)現(xiàn)，此處的包絡(luò)檢波器可直接采用二極管檢波器。（3）視頻放大器這里的視頻放大器主要實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)檢波后的視頻應(yīng)答脈沖信號(hào)放大，在理想狀態(tài)下應(yīng)不產(chǎn)生波形失真，為簡(jiǎn)化模型，可用一個(gè)放大倍數(shù)為K的理想放大器代替。（4）脈沖間隔解碼器這里的脈沖間隔解碼器同浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電路的一樣，其作用是對(duì)放大后的視頻脈沖進(jìn)行脈沖間

8、隔的檢測(cè)，并根據(jù)其脈沖間隔大小判斷是否為浮標(biāo)發(fā)來(lái)的測(cè)距應(yīng)答脈沖，是則輸出一個(gè)觸發(fā)脈沖，否則不予理睬。數(shù)學(xué)模型同2.2.1的（2），只是延遲參數(shù)不同。3.2仿真結(jié)果按以上建立的模型對(duì)浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)和信息處理分機(jī)的各功能電路建模后，還要用算法語(yǔ)言對(duì)各模塊進(jìn)行編程，并按“航空電子裝備仿真系統(tǒng)”軟件的要求生成所需的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件。完成后，就可以在“航空電子裝備仿真系統(tǒng)”軟件平臺(tái)上進(jìn)行浮標(biāo)定位系統(tǒng)的仿真測(cè)試了。3.2.1 浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)的仿真為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電路的功能，需要模擬該電路的輸入信號(hào)，即雷達(dá)連測(cè)通道測(cè)距詢問(wèn)脈沖，以觀察仿真對(duì)象的輸出情況。由于浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電

9、路的輸入信號(hào)已經(jīng)過(guò)檢波，因此這里模擬的測(cè)距詢問(wèn)脈沖為視頻脈沖。通常雷達(dá)發(fā)射機(jī)的探測(cè)脈沖都采用鐘形脈沖形式。根據(jù)某型搜瞄系統(tǒng)雷達(dá)的實(shí)際工作情況，在這里我們模擬該雷達(dá)在量程為8、16、32檔，“連測(cè)”開關(guān)接通狀態(tài)下的發(fā)射機(jī)脈沖信號(hào)波形。此時(shí)，雷達(dá)主天線在一個(gè)雷達(dá)周期內(nèi)發(fā)射三個(gè)脈沖，其中第一個(gè)脈沖作為雷達(dá)的探測(cè)脈沖，后兩個(gè)作為連測(cè)通道的詢問(wèn)脈沖。為了逼真模擬輸入信號(hào)的實(shí)際情況，在模擬的雷達(dá)連測(cè)通道測(cè)距詢問(wèn)脈沖中還要加入噪聲。模擬雷達(dá)脈沖信號(hào)如圖5所示。雷達(dá)脈沖信號(hào)經(jīng)視頻放大器放大后的波形如圖6所示。圖5 模擬的雷達(dá)脈沖信號(hào)圖6 視頻放大后的雷達(dá)脈沖信號(hào)脈沖間隔解碼前、后的波形對(duì)比如圖7所示。解碼前

10、解碼后圖7 脈沖間隔解碼前、后的波形對(duì)比觸發(fā)脈沖和應(yīng)答脈沖波形如圖8所示。觸發(fā)脈沖 應(yīng)答脈沖圖8 觸發(fā)脈沖和應(yīng)答脈沖的波形可見，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，設(shè)計(jì)的浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)電路在某型搜瞄系統(tǒng)雷達(dá)發(fā)出的探測(cè)和詢問(wèn)脈沖照射下，能夠正確地產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)答信號(hào)。3.2.2 信息處理分機(jī)的仿真信息處理分機(jī)的輸入信號(hào)來(lái)自某型浮標(biāo)信息接收處理機(jī)的信號(hào)分配器，這是一個(gè)包絡(luò)含有應(yīng)答雙脈沖的射頻信號(hào)，經(jīng)射頻放大器放大后送入包絡(luò)檢波器檢波。包絡(luò)檢波器檢波前、后的波形對(duì)比如圖9所示。圖9 包絡(luò)檢波器檢波前、后的波形檢波后的視頻雙脈沖信號(hào)經(jīng)放大后送入脈沖間隔解碼器進(jìn)行解碼，解碼前、后的波形對(duì)比如圖10所示。解碼前解碼后圖10 解碼前、后的波形對(duì)比由此可見，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真，設(shè)計(jì)的信息處理分機(jī)在收到浮標(biāo)發(fā)出的信號(hào)后，能夠從中正確地檢出測(cè)距應(yīng)答脈沖加以識(shí)別并輸出觸發(fā)信號(hào)?？萍颊撐?。4浮標(biāo)定位系統(tǒng)仿真的結(jié)論通過(guò)以上的仿真結(jié)果可以看到，按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的浮標(biāo)定位系統(tǒng)方案，新設(shè)計(jì)的浮標(biāo)測(cè)距接收與應(yīng)答機(jī)和信息處理分機(jī)均能較好地實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)功能，配合浮標(biāo)定位系統(tǒng)的其它設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)某型機(jī)對(duì)投放的某型無(wú)線電聲納浮標(biāo)進(jìn)行遠(yuǎn)距離快速定位。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)的浮標(biāo)定位系統(tǒng)電