測控系統仿真與測控設備軟件化技術(shù)
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2．測控設備軟件化技術(shù)基礎
測控設備軟件化的技術(shù)理論是軟件無(wú)線(xiàn)電。軟件無(wú)線(xiàn)電技術(shù)突破了傳統的無(wú)線(xiàn)電設備以功能單一、可擴展性差的硬件為核心的設計局限性，強調以開(kāi)放性的最簡(jiǎn)硬件為通用平臺，盡可能地用可編程、可升級、可重配置的應用軟件來(lái)實(shí)現各種無(wú)線(xiàn)電功能的設計新思路。用戶(hù)可通過(guò)選用不同的應用軟件，在通用的、可擴展的硬件平臺上，滿(mǎn)足不同時(shí)期、不同使用環(huán)境的不同功能的需要，并可適應不斷發(fā)展的技術(shù)進(jìn)步，節省大量的硬件投資，大大縮短新產(chǎn)品的研制開(kāi)發(fā)周期，適時(shí)地適應市場(chǎng)變化。
測控設備軟件化的基礎是數字化，其核心是數字器件、芯片的超高速時(shí)間響應及超大規模的高度集成。當前，微電子技術(shù)發(fā)展迅速，單塊集成芯片上的晶體管數目每隔18個(gè)月就增加1倍，2001年已有10億個(gè)晶體管的集成芯片面世，未來(lái)20年中，將出現1萬(wàn)億個(gè)晶體管的集成芯片。數字電路的高度集成化，為測控設備軟件化技術(shù)發(fā)展提供了有力保證。
3．測控設備軟件化技術(shù)的特點(diǎn)
測控設備軟件化是利用可編程技術(shù)，通過(guò)加載不同的軟件，實(shí)現一機多用，一站多用，從而完成多種功能、多種技術(shù)狀態(tài)的測控任務(wù)。測控設備軟件化的技術(shù)特點(diǎn)主要有：
?。?）軟件化具有很強的靈活性，通過(guò)增加軟件模塊，可以很容易增加新的功能，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)加載改變軟件模塊或更新軟件，并可根據所需功能的強弱，取舍選用的軟件模塊；
?。?）軟件化具有較強的開(kāi)放性，它采用模塊化、標準化的結構，硬件可以隨著(zhù)器件和技術(shù)的發(fā)展而更新或擴展，軟件也可以隨需要而不斷升級；
?。?）軟件化可以方便地應用豐富的軟件算法進(jìn)行數據的平滑處理、系統誤差的修正、建模預測分 析、線(xiàn)性或非線(xiàn)性補償及特定條件下的模糊控制，從而有效地提高測控精度；
?。?）軟件化可以大量減少設備硬件種類(lèi)和數量，提高設備小型化水平和系統可靠性，同時(shí)大大降低測控系統的研制費用和成本；
（5）軟件化便于測控設備模塊化、標準化。
4．測控設備軟件化技術(shù)的內容
測控設備軟件化技術(shù)主要包括：
?。?）測控視頻數據處理軟件技術(shù)，包括數據處理模塊、可重組監控軟件模塊、事后數據處理模塊等；
?。?）信道的模塊化與可重組技術(shù)及由中頻到射頻的軟件化延伸；
?。?）終端設備的可編程、可重組、模塊化、標準化技術(shù)；
（4）天線(xiàn)的指向編程控制技術(shù)。
5．軟件化技術(shù)的發(fā)展方向
測控設備軟件化技術(shù)以軟件為主導，它的所有工作過(guò)程和參數處理都可以由軟件來(lái)定義和控制，其發(fā)展方向可從以下幾方面進(jìn)行闡述：
?。?）射頻前端采樣數字化技術(shù)。軟件無(wú)線(xiàn)電的宗旨是盡可能簡(jiǎn)化射頻模擬前端，使A／D轉換盡可能地靠近天線(xiàn)去完成模擬信號的數字化，而且數字化后的信號要盡可能地用軟件來(lái)處理，實(shí)現各種功能和指標。隨著(zhù)數字芯片及器件的頻響速率的迅速提高，幾千兆赫茲的速率已達到工程應用階段，可以構想，在不久的時(shí)間內，射頻直接帶通采樣數字化將有重大突破；
?。?）基帶空間傳輸。在無(wú)線(xiàn)傳輸中，具有嚴格規律特性的正弦波一直是載波信號的主要形式，基帶空間傳輸就是要擯棄正弦波載波調制，以數字化形式直接實(shí)現空間傳輸。它的傳播媒介為非常窄的時(shí)域脈沖，脈寬一般小于1 ns。它的信號能量分布在從直流（DC）到幾千兆赫茲范圍，可以用超寬帶天線(xiàn)低失真地輻射和接收；
?。?）軟件測試鑒定技術(shù)。由于軟件在軟件化的測控設備中起主導作用，那么對軟件的正確性、可靠性測試與鑒定將成為一項專(zhuān)門(mén)技術(shù)。
四、測控系統仿真與測控設備軟件化技術(shù)應用綜合
目前，比較流行的幾種通信仿真設計平臺如COSSAP、SPW、SystemView等都能滿(mǎn)足從數字信號處理、濾波器設計，到復雜的通信系統等不同層次的設計、仿真要求。在這些系統中，可以在DSP、通信和控制系統中構造出復雜的模擬、數字、混合和多速率系統。系統具有大量可選擇的庫，允許用戶(hù)有選擇地增加通信、邏輯、DSP和射頻／模擬功能模塊，可進(jìn)行各種系統時(shí)域／頻域分析，能夠對射頻／模擬及其混合系統進(jìn)行理論分析和失真分析。當然，通用通信系統的仿真平臺在很大程度上還不能滿(mǎn)足測控通信系統的應用仿真需求，測控系統仿真在通用平臺上（仿真平臺可自主開(kāi)發(fā)）著(zhù)重解決測控領(lǐng)域的特殊問(wèn)題，不僅有系統原理上的定性仿真分析，而且更重要地是需要對分系統和部件設計指標考慮實(shí)際部件的性能進(jìn)行定量仿真分析，指導系統、分系統的實(shí)際設計，甚至直接產(chǎn)生DSP、FPGA或VHDL的實(shí)用代碼。
測控系統仿真著(zhù)重建立一個(gè)開(kāi)放的、可以適應技術(shù)和需求不斷發(fā)展的仿真體系結構，支持以組合的方式來(lái)構造仿真系統。仿真系統由功能定義良好的模塊化組件和組件間標準化的接口組成，同時(shí)仿真系統由通用的仿真支撐結構和獨立的仿真應用模型構成。測控系統中各分系統是由眾多的功能部件互連而成，如編碼器、調制器、側音產(chǎn)生器、上變頻器、解調器、譯碼器、距離提取器、下變頻器、頻率綜合器、低噪聲放大器、放大器、鎖相環(huán)等硬件設備和數據錄取、打包、顯示、存儲、打印等軟件單元，其功能部件的特性往往隨被測量和控制的飛行器參數及技術(shù)要求不同而略有差異。因此，可以把它們設計成標準模塊，用戶(hù)可根據任務(wù)需要進(jìn)行適當選用。從部件、分系統到系統級聯(lián)合仿真運行時(shí)，在結果符合任務(wù)要求和預期指標的前提下，由功能模塊的算法生成硬件描述語(yǔ)言（VHDL）或DSP的C或匯編代碼，然后進(jìn)行邏輯綜合生成門(mén)級網(wǎng)表，最后形成目標系統的FPGA、ASIC、DSP等板級電路產(chǎn)品，實(shí)現測控設備功能的軟件化。
由于軟件化以數字化為基礎，在現有器件技術(shù)發(fā)展水平上，目前的測控設備軟件化主要體現在測控系統終端（即70 MHz中頻以下的基帶設備）設備的軟件化上。終端設備的軟件化，方便地實(shí)現了終端設備的可重組。這種可重組終端對數字運算的要求主要是實(shí)時(shí)性、準確性，包括運算速度、運算能力、數據存儲容量、數據吞吐率等。實(shí)現終端設備軟件化可以有2種途徑。一是采用DSP實(shí)現。隨著(zhù)新的DSP器件的出現，DSP能夠提供的運算量大大提高，許多由ASIC實(shí)現的算法可能會(huì )逐步轉移到用DSP實(shí)現，以達到更高的靈活性。但在目前的技術(shù)水平下，這種方案存在著(zhù)功耗大和處理速度慢的缺點(diǎn)。二是采用DSP和FPGA實(shí)現。在過(guò)去，FPGA是作為ASIC設計的一個(gè)快速原型設計方法，是一個(gè)中間過(guò)程?，F在將FPGA直接用于系統設計，可以減少需要的ASIC芯片的個(gè)數，提高了靈活性，同時(shí)也使研制時(shí)間也顯著(zhù)地縮短。它帶來(lái)的好處是：一個(gè)單一的或者相對少的芯片個(gè)數可以支持更多標準的組合。
因此，測控系統中部件、分系統及系統總體方案可以通過(guò)仿真運行與分析來(lái)評估，由于仿真模塊在功能上形成了模塊化、標準化，總體方案中的終端模塊可通過(guò)專(zhuān)用接口實(shí)現測控設備的軟件化，將系統仿真與軟件化技術(shù)緊密結合起來(lái)，形成未來(lái)測控系統研制的新模式。
五、結束語(yǔ)
目前，在測控系統設備研制中，采用仿真技術(shù)的只有一些零零星星的專(zhuān)題研究的例子，距一體化、綜合化仿真應用距離還較大。相對來(lái)講，測控設備軟件化技術(shù)較為成熟一些，但實(shí)際工程應用中效率還不高，需要我們好好總結。測控系統仿真技術(shù)與設備軟件化技術(shù)的有機結合，將是我們今后相當長(cháng)的一段時(shí)間內需要重點(diǎn)開(kāi)展實(shí)用研究的重要方向。
［2］ 孫兆偉，等．小衛星設計、分析與仿真驗證一體化系統［J］．系統仿真學(xué)報，2001（5）．
［3］ 朱志勤．運載測控軟件化技術(shù)的現狀與發(fā)展［J］．導彈與航天運載技術(shù)，2002，（2）．
［4］ 伍一，等．通信系統軟件仿真技術(shù)［J］．通信與計算機，1999．（6）．
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