论文导读：系统仿真技术是近30年才发展起来的新兴技术。在“某型机浮标定位系统研究”科研课题中。所以建模时在保证系统功能的条件下模型应尽量简化。
关键词：系统仿真，建模，浮标定位
1 引言系统仿真技术是近30年才发展起来的新兴技术，它是指在计算机上通过系统模型的仿真实验去研究或验证一个已经存在的或者正在设计的系统的过程。系统仿真并不是对原形的简单再现，而是按照研究的侧重点对系统进行提炼，以利于抓住问题的本质。
在“某型机浮标定位系统研究”科研课题中，经过多方论证与研究，最终设计出了在充分利用原机载设备功能的基础上，通过对原机载设备进行适当改进，实现对投放的无线电声纳浮标进行快速、远距离的极坐标定位方案。
本文试图通过对该方案建立合理的数学模型并进行系统仿真，以达到验证所设计方案的正确性的目的。科技论文。
2浮标定位系统的设计方案“某型机浮标定位系统”的组成包括机上某型搜瞄雷达、某型无线电声纳浮标、某型声纳浮标信息接收处理机、战术导航态势显示器及新设计加装的浮标测距接收与应答机和信号处理分机等，如图1所示。
某型搜瞄雷达的作用是：利用其连测通道产生测距询问脉冲信号发往浮标，同时将与发射脉冲同步的信号提供给战术导航态势显示器和信号处理分机。
测距接收与应答机为在浮标上的加装电路，它的作用是接收雷达连测通道发来的询问脉冲，经识别后产生相应的应答脉冲，再经振幅调制后发往机载某型声纳浮标信息接收处理机。
某型浮标信息接收处理机的作用是：接收浮标发回的信号，将该信号经幅度检波后，送往信号处理分机进行处理。
信号处理分机为机载部分的加装电路，它的作用是对某型浮标信息接收处理机送来的幅度检波信号进行滤波、识别后产生触发脉冲，并将其送往某型搜瞄雷达和战术导航态势显示器，以计算出浮标与反潜机的距离及显示。
战术导航态势显示器的作用是：将浮标相对于飞机的方位和距离以一次信息的形式显示在荧光屏上。
由于“某型机浮标定位系统”研究项目是一个较大的系统工程，涉及的设备很多，而且多数为机上原有设备，因此这里只对新研制的浮标测距接收与应答机和信息处理分机进行仿真。科技论文。
3浮标定位系统的仿真对某型机浮标定位系统进行仿真，就是要根据预先设计好的浮标定位系统方案，将定位系统中各组成部分依照其作用原理建立数学模型，并按仿真平台的要求生成所需仿真模块，再利用计算机进行运算以观察其输出结果是否符合设计要求。对于仿真平台的选取，我们采用的是自行开发的专用于航空电子装备仿真的“航空电子装备仿真系统”软件。由于对浮标定位系统的仿真是一种验证性仿真，其目的在于验证所设计方案的正确与否，所以建模时在保证系统功能的条件下模型应尽量简化。
3.1仿真模型的建立3.1.1 浮标测距接收与应答机的仿真模型浮标部分电路组成框图如图2所示。为实现对浮标测距接收与应答机电路的计算机仿真，应首先建立该电路的数学模型。
 
（1）视频放大器
视频放大器主要实现的功能是对视频询问脉冲信号放大，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（2）脉冲间隔解码器
脉冲间隔解码器是浮标测距接收与应答机电路的核心，其作用是对放大后的视频脉冲进行脉冲间隔的检测，并根据其脉冲间隔大小判断是否为雷达连测通道发来的询问脉冲，是则输出一个触发脉冲，否则不予理睬。脉冲间隔解码器采用比较法，即将双脉冲信号一路直接送到比较器的输入端，另一路则经延迟T（T等于测距询问双脉冲间的时间间隔）后送到比较器的另一输入端。比较器对输入的两路脉冲信号进行比较，若脉冲重合则产生一个触发脉冲。如图3所示。
   
（3）延迟电路
延迟电路的作用是对脉冲间隔解码器产生的触发脉冲给与适当的时间延迟，以保证应答信号不会落到雷达的探测盲区范围内。为了简化模型，这里采用了理想的延迟线。
（4）应答脉冲产生电路
为便于机载接收机对应答脉冲的识别，应答脉冲也采用双脉冲形式，但其双脉冲间的时间间隔必须与询问脉冲区别开。应答脉冲产生电路一般采用单稳态触发器实现，为了使产生的应答脉冲为双脉冲形式且双脉冲间的时间间隔满足要求，还应在单稳态触发器之后加一延迟线和或门，如图4所示。
3.1.2 信息处理分机的仿真模型信息处理分机负责接收处理浮标发回的测距应答脉冲，根据其电路功能，建立每个功能电路的数学模型如下：
（1）射频放大器
射频放大器主要实现的功能是对来自某型浮标信息接收处理机信号分配器的射频信号进行放大，它是一个宽带放大器，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（2）包络检波器
包络检波器用于对放大后的射频信号进行幅度检波，以取出视频应答脉冲信号。一般此类检波器大多利用二极管或三极管的非线性实现，此处的包络检波器可直接采用二极管检波器。
（3）视频放大器
这里的视频放大器主要实现的功能是对检波后的视频应答脉冲信号放大，在理想状态下应不产生波形失真，为简化模型，可用一个放大倍数为K的理想放大器代替。
（4）脉冲间隔解码器
这里的脉冲间隔解码器同浮标测距接收与应答机电路的一样，其作用是对放大后的视频脉冲进行脉冲间隔的检测，并根据其脉冲间隔大小判断是否为浮标发来的测距应答脉冲，是则输出一个触发脉冲，否则不予理睬。数学模型同2.2.1的（2），只是延迟参数不同。
3.2仿真结果按以上建立的模型对浮标测距接收与应答机和信息处理分机的各功能电路建模后，还要用算法语言对各模块进行编程，并按“航空电子装备仿真系统”软件的要求生成所需的动态链接库文件。完成后，就可以在“航空电子装备仿真系统”软件平台上进行浮标定位系统的仿真测试了。
3.2.1 浮标测距接收与应答机的仿真为了验证设计的浮标测距接收与应答机电路的功能，需要模拟该电路的输入信号，即雷达连测通道测距询问脉冲，以观察仿真对象的输出情况。由于浮标测距接收与应答机电路的输入信号已经过检波，因此这里模拟的测距询问脉冲为视频脉冲。
通常雷达发射机的探测脉冲都采用钟形脉冲形式。根据某型搜瞄系统雷达的实际工作情况，在这里我们模拟该雷达在量程为М8、М16、М32档，“连测”开关接通状态下的发射机脉冲信号波形。此时，雷达主天线在一个雷达周期内发射三个脉冲，其中第一个脉冲作为雷达的探测脉冲，后两个作为连测通道的询问脉冲。为了逼真模拟输入信号的实际情况，在模拟的雷达连测通道测距询问脉冲中还要加入噪声。模拟雷达脉冲信号如图5所示。雷达脉冲信号经视频放大器放大后的波形如图6所示。
 
图5 模拟的雷达脉冲信号图6 视频放大后的雷达脉冲信号
脉冲间隔解码前、后的波形对比如图7所示。
解码前 解码后
图7 脉冲间隔解码前、后的波形对比
触发脉冲和应答脉冲波形如图8所示。
触发脉冲 应答脉冲
图8 触发脉冲和应答脉冲的波形
可见，通过计算机仿真，设计的浮标测距接收与应答机电路在某型搜瞄系统雷达发出的探测和询问脉冲照射下，能够正确地产生相应的应答信号。
3.2.2 信息处理分机的仿真信息处理分机的输入信号来自某型浮标信息接收处理机的信号分配器，这是一个包络含有应答双脉冲的射频信号，经射频放大器放大后送入包络检波器检波。包络检波器检波前、后的波形对比如图9所示。
图9 包络检波器检波前、后的波形
检波后的视频双脉冲信号经放大后送入脉冲间隔解码器进行解码，解码前、后的波形对比如图10所示。
解码前解码后
图10 解码前、后的波形对比
由此可见，通过计算机仿真，设计的信息处理分机在收到浮标发出的信号后，能够从中正确地检出测距应答脉冲加以识别并输出触发信号。科技论文。
4浮标定位系统仿真的结论通过以上的仿真结果可以看到，按照预先设计好的浮标定位系统方案，新设计的浮标测距接收与应答机和信息处理分机均能较好地实现其设计功能，配合浮标定位系统的其它设备，可实现某型机对投放的某型无线电声纳浮标进行远距离快速定位。
通过对设计的浮标定位系统电路进行计算机仿真，验证了系统设计的正确性和可行性。
参考文献：
[1] 吴明敏. 信号处理机与测距测速机的一体化设计[J]. 现代雷达, 2005.5，27（5）
[2] 刘爱霞，赵国庆. 一种新的雷达信号识别方法[J]. 航天电子对抗,2003（1）
[3] 张欣,杨日杰,赵梨丰. 基于斜距测量的浮标位置计算方法研究[J]. 航空电子技术, 2003.6 34(2)
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