电子控制系统的应用和发展前景自20世纪90年代初以来,移动通信领域一场新的技术革命悄然兴起!这就是以软件无线电为特征的新一代通信系统研究与开发"软件无线电[SWR]技术是第三代移动通信系统和军用电台的发展趋势"文章主要介绍了软件无线电的概念、软件无线电的关键技术、软件无线电的应用和软件无线电的发展趋势。
一、软件无线电的概念软件无线电的基本概念是把硬件作为无线通信的基本平台,而把尽可能多的无线通信及个人通信功能用软件实现。
软件无线电技术是近年来提出的一种实现无线通信的新的体系结构,他具有很强的灵活性与开放性的特点,由于软件无线电具有现有无线通信体制所不具备的许多优点,因此他有着广泛的应用前景在军用方面。
软件无线电技术可实现各种军用电台的互连互通,软件无线电系统可接入各种军用移动通信网"在民用方面,多频段多模式移动电话通用手机’多频段多模式移动电话通用基站’无线局域网及通用网关等都是软件无线电的应用领域&软件无线电的各种通信功能用软件来实现,这样无线通信新系统’新产品的开发将逐步转到软件上来,而无线通信的产品价值将越来越多地体现在软件上,这是无线通信领域从固定到移动’从模拟到数字之后的第三次革命,必将形成和计算机及程控交换相当的巨大产业。
(一)软件无线电的关键思想软件无线电的关键思想在于:构造一个标准化、模块化的通用硬件平台将各功能用软件来实现,并使宽带.A/D和D/A转化器尽可能地靠近天线。
这种由A/D DSP和D/A”硬件平台和各种功能软件模块组成的无线通信系统,通过软件改变硬件配置结构方式实现不同的通信功能,所以具有高度的灵活性’开放性的特点。
三、软件无线电电子控制系统的应用无线电电子控制系统在工业自动化领域有着非常广泛的应用,比如控制远端电机的启动和停止、远端指示灯的开关和控制一些电器设备的运行与终止等等,这类应用实际上都是利用信道来传输开关量信号。
无线电电子控制系统就是利用无线电传送控制信号,对物体或各种过程进行远距离的控制。
如通过无线电传送控制信号,操纵模型飞机作出各种动作,控制导弹飞向目标,控制人造飞船进行轨道等。
通常也以为核心,传感器辅助实现发射接收。
一个运用计算机、传感、信息、通信、导航、人工智能及自动控制等技术来实现环境感知、它在军事、民用和科学研究等方面已获得了应用。
随着科学技术的发展,无线电新技术,新业务,新设备广泛地应用于民用航空的各个领域,在保障民航飞行安全加速空中流量改善航空服务,促进航空发展中发挥着越来越重要的基础保障和技术支撑作用.航空运输是一种快速但同时对安全性要求最高的交通运输方式,也是一个复杂的系统工程.每一架班机从起飞到降落.都需要飞行机组与管制人员的协调配合需要无线电通信导航监视和气象设备的安全保障.需要地面航空服务,机场,航油等各部门的协同保障服务.当前.无线电技术广泛应用于民航飞行的全过程,特别是航空无线电通信,无线电导航,无线电监视,航空气象,航空无线电电子系统等,对飞行安全和正常运行发挥着至关重要的作用.航空无线电通信.包括航空固定通信(平面业务)和航空移动通信(地空通信).目前民航建立了C 波段(4GHz~6GHz)和Ku 波段(12GHz--14GHz) 两个卫星通信网,组成了一个广域覆盖的民航固定专用通信网络,用于交换空管,航空公司和机场等之间的各类数据.民航在机场以及航路上建立了数百个甚高频,高频段的地空话音和数据通信收发台站,用于空中交通管理航空公司航务管理,是管制员与飞行员,航空公司运行指挥中心与飞行机组之间话音和数据通信的主要手段,是民航无线电关键业务之一.民航还在部分大中型机场建设有集群通信,用于机场地面运行的指挥调度以及满足各类航空用户的通信需求.航空无线电导航.以各种地面和机载无线电导航设备,向飞机提供准确可靠的方位,距离和位置信息.目前民航在机场和航路上共建设了近千套各类无线电导航设备.主要包括仪表着陆系统(ILS),全向信标台(VOR)测距台(DME),中国无线电2009 年第9 期21协会之家FamiIyofRadioAssociations 中波导航台(NDB)等陆基导航设施.这些设施引导飞机从起飞沿着航路飞行直至安全降落到目的地机场,是民航保障飞行安全的关键设备.航空无线电监视.通过在机场和航路设置航空一次雷达,二次雷达,使地面管制员实时监视并弓l 导航空器沿着航线正确地飞行为飞机与飞机之间,飞机与障碍物之间提供安全的纵向和横向间隔,从而为安全飞行保驾护航.目前民航在东部和中西部地区已经建设了近百套二次雷达已实现了对东部地区和中西部主要航路上飞行的国内外航空器的雷达监视.航空气象领域的无线电技术应用.主要包括用于气象探测和气象预报的机场气象雷达(C,S 波段),卫星云图传真广播系统.以及为飞行机组服务的机场气象通播系统《VHFHF 频段).飞行机组通过收听机场气象广播.直接获取飞行气象文件以及所关心的最新气象信息.通过卫星直接接收世界区域预报中心发布的全球航空气象产品.目前民航还建有气象数据库系统,其他机场气象探测设施,卫星传真广播系统等.飞机机载无线电与电子系统.与飞机发动机动力系统一样,飞机机载无线电系统与电子系统是航空器安全飞行的关键系统.机载无线电电子系统,自动飞行控制系统等与地面通信导航监视系统相配合,引导飞机在空中安全飞行.除此之外.机载无线电探测与防撞系统,机载气象雷达等.为航空器避免空中相撞,探测并躲避雷雨等危险气象条件发挥着重要作用.在航空领域的发展方向为了适应民用航空发展的需要,航空无线电新技术的应用趋势和方向是:航空无线电通信.目前的航空固定通信(平面业务),航空移动通信(地空通信)将逐步发展成为天、空、地为一体的综合的航空电信网络.数据链又是新一代导航和监视技术应用的基础平台.今后我们将根据国际民航组织的技术标准,发展新一代地空数据链通信系统,为空中交通管理,航空公司运行指挥以及各类航空数据处理和交换提供技术平台,满足机场运行调度以及各类用户对实时通信的需求;发展网络通信技术,实现民航内部信息以及与国家其他部门各类信息的交换与处理;加强与通信,网络等运营商等的合作.满足航空用户网络订票,网络登机,移动通信终端用户登机等功能以及对各类航空信息的需求.为航空用户提供更加便捷的服务.航空无线电导航.我们将在国家无线电管理部门的领导下,加强与相关部门以及各省(区,市)的协调合作,进一步加强航空无线电电磁环境保护,加大力度解决航空无线电干扰问题,推进无线电新技术在民航领域的研究与应用.以促进我国航空事业又好又快地发展。
2、电子控制系统在导弹系统中的应用导弹电子控制系统的一般功用是测量导弹本身的坐标,接收和变换遥控制导指令,测量目标相对于导弹的坐标和运动参数,按一定的导引规律形成能够修正导弹飞行的控制指令,形成引爆导弹战斗部的单次引爆指令。
导弹无线电电子控制系还广泛用于导弹的测控、遥测、目标探测和数据传输等方面。
导弹电子系统主要包括:遥控指令制导用的无线电控制仪,自动寻的制导用的雷达导引头、红外导引头、激光导引头,地形匹配制导用的雷达地形相关器,景像匹配制导用的雷达区域相关器,引爆导弹战斗部用的无线电引信,测量导弹外弹道用的应答机,导弹遥测用的传感器和遥测发射机。
无线电控制仪也称无线电遥控应答机。
由收发天线、指令接收机、译码器、应答发射机等组成。
它接收地面(舰船、飞机)制导站发射的询问信号、连续和单次控制指令。
译码器完成信道译码、信源译码和询问信号的识别并形成指令电压,送给自动驾驶仪或引信,以控制导弹的飞行或进行引信末级解锁和引爆参数控制。
无线电控制仪识别出己方的询问信号后产生应答信号,不断地发回制导站。
雷达导引头:利用雷达技术实现导弹自动寻的制导的系统。
它利用目标反射或辐射的电磁波能量来探测目标,根据导引规律的需要形成控制指令,引导导弹去攻击和命中目标。
雷达导引头工作在厘米波和毫米波波段。
按照能量辐射源的位置,雷达导引头分为主动式、半主动式和被动式,又可由任意两种方式组成复合雷达导引头,以提高寻的制导系统的作用距离、精度和抗干扰性能。
雷达导引头能与红外导引头、激光导引头或电视导引头组成复合制导系统。
红外导引头:实现导弹自动寻的的光电制导系统。
它利用目标的红外热辐射自动探测和跟踪目标。
实用的工作波段有近红外(2~3微米)、中红外(3~5微米)和远红外(8 ~14微米)。
红外导引头通常由光电位标器、信息处理电路和伺服系统组成(见红外制导)。
红外导引头首先在空空导弹上得到应用。
由于探测灵敏度、抗背景干扰、信息处理、跟踪角速度等方面不断得到改进,应用范围已扩大到各种战术导弹。
红外导引头与雷达导引头相比,具有较强的抗干扰能力,而且结构简单、体积小、重量轻、精度和可靠性高,但在云雨天气作用受到限制。
电视导引头:用电视摄像机作为探测目标敏感元件的寻的制导设备。
电视导引头通常由光学系统(光学整流罩、望远镜头)、电视摄像机、电视跟踪器、伺服系统等组成。
它能测出目标视线对光轴的偏差,利用伺服原理自动对准目标并形成制导指令。
另一种电视导引头是把录取的目标电视图像信号经微波发射机转发给控制中心,形成制导指令再发回导弹,引导导弹去攻击目标。
这种应用称为电视指令制导(见电视制导)。
激光导引头:工作在可见光或红外波段的自动寻的的光电制导设备(见激光制导)。
激光导引头分为半主动式(激光器位于地面或飞机上)和主动式(激光器位于导弹内)两种。
雷达地形相关器,即地形匹配制导系统,是利用地面高低起伏特征进行相关运算以实现导弹定位和制导的系统,由高分辨率脉冲雷达高度表、弹载计算机、基准高程数字地图和软件系统组成(见图像匹配制导)。
利用地貌特征景像图作为实时数字地图和基准数字地图时,称为景像匹配制导系统。
导弹用主动式图像雷达或毫米波成像辐射计(或红外成像辐射计)录取地貌特征景像图,相应构成雷达区域相关器或成像辐射计相关器。
景像匹配制导可用于导弹的中制导,但更多地用于弹道导弹和巡航导弹的末制导。
无线电引信:也称无线电近炸引信或雷达引信,是导弹与目标交会时利用目标反射信号或辐射的电磁波引爆导弹战斗部的设备。
它由天线、发射机、接收机、信号分析器和安全执行机构组成。
按照辐射源的位置,无线电引信分为主动式、半主动式、被动式与复合式。
红外引信:利用目标的红外辐射来引爆战斗部的光电设备。
由光学系统、红外探测器、放大器、信号分析电路和安全保险执行机构等组成。
3、无线电电子控制系统在生活中的应用无线电电子控制系统在生活中已得到了广泛应用,常用于车辆防盗系统、家庭防盗系统和其他电器遥控装置上。
随着学生科技制作的展开,也成为机器人大赛等重要学生科技活动的必选组件之一。
在近几届高校的机器人大赛上,使用到无线遥控电路的队伍也已过八成,足见其重要性。