[发明专利]一种开放式无线电测向实验平台的设计方法

说明书

本发明公开了一种开放式无线电测向实验平台的设计方法，包括以下步骤：步骤S1、辩向信号的获取：ADF‑700通过环形天线和垂直天线接收地面NDB台发射的信号，实现自动定向。实验平台若像ADF一样接收NDB台信号，会存在两方面问题——(1)学生需要自制天线：经测试验证，自制频率范围符合要求的环形天线和垂直天线较为困难。本发明设计出的“开放式无线电测向实验平台”在实际教学中，可依据实验平台特点，结合课程教学大纲要求，灵活设计实验项目，教师可以根据自己的教学安排，为不同的教学班级设计不同的实验项目，甚至可以为班内不同层次水平的学生设计同一内容但不同难度要求的实验项目，这可以起到很好的“差异教学”的作用。

技术领域

本发明涉及高校电类实验技术领域，具体为一种开放式无线电测向实验平台的设计方法。

背景技术

ADF(Automatic Direction Finder：自动定向机)包含机载设备“ADF接收机”和地面设备“NDB(Non-Directional Beacon：无指向性无线电信标)台”两部分。ADF接收机接收地面NDB台的无线电波信号，解算出飞机机头方向与地面NDB台的相对方位角，进而计算出飞机航向。对民航飞机来说，ADF是一个重要的辅助定向设备。

ADF-700自动定向机是柯林斯(Collins)700型自动定向系统的接收机，采用组合式环形/垂直天线及数字处理技术，具有较高的精度和可靠性。整机包括调谐器A1、频率合成器A2、背板A3、输入/输出(I/O)接口A4、处理器A5、预处理器A6、内连电路A7和电源A8八个部分。工作频率190-1750千赫，频率间隔0.5千赫，定向精度优于0.9度，其自动定向原理框图如附图1所示，ADF-700自动定向机采用组合式环形/垂直天线，即由两个固定式环形天线和一个垂直天线接收信号。两个环形天线(正弦天线和余弦天线)正交放置，当接收来波信号时，两个天线上产生的感应电压幅度与天线和来波方向的夹角有关，并在相位上相差90度。设信号电压幅值为A，飞机与地面电台相对方位角为θ，接收的地面电台信号的载波角频率为ω_c，则正弦天线感应信号V₁＝Asinθcosω_ct，余弦天线感应信号V₂＝Acosθcosω_ct，这样，便把飞机与地面电台相对方位角θ转换为了正余弦天线信号的调制系数。此时，如果直接将正余弦天线信号叠加解算，可以解算出相对方位角θ，但由于正余弦天线的方向性图均为“8”字形，解算出的结果可能会产生180°的定向误差。所以，ADF-700中将两个天线信号分别送平衡调制器，受低频(ADF-700中，ω_m＝96Hz)正弦和余弦信号调制，然后两路信号合成，合成信号V₅＝Acosω_ctcos(ω_mt-θ)，这样，便把飞机与地面电台相对方位角θ转换成了合成信号的相位角。该信号与移相90°的垂直天线信号V₇＝Bcosω_ct叠加，再经相干检波、处理器解算及鉴相，便可得到音频信号和消除了180°定向误差的方位信号。音频输出送功率放大器接音响输出，鉴相器输出送处理器，计算出方位角θ＝tan^-1(V₁₂/V₁₁)，经ARINC429总线加到方位指示系统。

目前，高校电类基础实验教学中，往往存在如下问题：

(1)验证性实验多，设计性和综合性实验少。验证性实验目的在于规范学生实验操作，加深对实验原理的理解；设计性实验要求学生利用所学，完成功能电路设计，提高知识应用能力；综合性实验综合多个知识点，考查学生综合利用专业所学解决实际问题的能力。目前多数高校电类基础实验教学中，都存在验证性实验多，设计性和综合性实验少的问题。以民航大学教材《电路分析基础实验》为例，共20学时，七个实验项目，其中有一个设计性实验，其余全是验证性实验。模拟电路、数字电路、高频电子线路课程的实验项目设置与此大同小异。与设计性和综合性实验相比，验证性实验需要学生动脑思考的内容要少得多，甚至在应试思想影响下，相当一部分学生可以做到不懂实验原理，依然能得到正确的实验结果，导致实验教学目标无法达成。