測控系統(tǒng)仿真與測控設(shè)備軟件化技術(shù)
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2．測控設(shè)備軟件化技術(shù)基礎(chǔ)
測控設(shè)備軟件化的技術(shù)理論是軟件無線電。軟件無線電技術(shù)突破了傳統(tǒng)的無線電設(shè)備以功能單一、可擴展性差的硬件為核心的設(shè)計局限性，強調(diào)以開放性的最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可編程、可升級、可重配置的應(yīng)用軟件來實現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計新思路。用戶可通過選用不同的應(yīng)用軟件，在通用的、可擴展的硬件平臺上，滿足不同時期、不同使用環(huán)境的不同功能的需要，并可適應(yīng)不斷發(fā)展的技術(shù)進步，節(jié)省大量的硬件投資，大大縮短新產(chǎn)品的研制開發(fā)周期，適時地適應(yīng)市場變化。
測控設(shè)備軟件化的基礎(chǔ)是數(shù)字化，其核心是數(shù)字器件、芯片的超高速時間響應(yīng)及超大規(guī)模的高度集成。當(dāng)前，微電子技術(shù)發(fā)展迅速，單塊集成芯片上的晶體管數(shù)目每隔18個月就增加1倍，2001年已有10億個晶體管的集成芯片面世，未來20年中，將出現(xiàn)1萬億個晶體管的集成芯片。數(shù)字電路的高度集成化，為測控設(shè)備軟件化技術(shù)發(fā)展提供了有力保證。
3．測控設(shè)備軟件化技術(shù)的特點
測控設(shè)備軟件化是利用可編程技術(shù)，通過加載不同的軟件，實現(xiàn)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(shè)備軟件化的技術(shù)特點主要有：
（1）軟件化具有很強的靈活性，通過增加軟件模塊，可以很容易增加新的功能，可以通過無線加載改變軟件模塊或更新軟件，并可根據(jù)所需功能的強弱，取舍選用的軟件模塊；
（2）軟件化具有較強的開放性，它采用模塊化、標準化的結(jié)構(gòu)，硬件可以隨著器件和技術(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(yīng)用豐富的軟件算法進行數(shù)據(jù)的平滑處理、系統(tǒng)誤差的修正、建模預(yù)測分 析、線性或非線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(shè)備硬件種類和數(shù)量，提高設(shè)備小型化水平和系統(tǒng)可靠性，同時大大降低測控系統(tǒng)的研制費用和成本；
（5）軟件化便于測控設(shè)備模塊化、標準化。
4．測控設(shè)備軟件化技術(shù)的內(nèi)容
測控設(shè)備軟件化技術(shù)主要包括：
?。?）測控視頻數(shù)據(jù)處理軟件技術(shù)，包括數(shù)據(jù)處理模塊、可重組監(jiān)控軟件模塊、事后數(shù)據(jù)處理模塊等；
（2）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；
（3）終端設(shè)備的可編程、可重組、模塊化、標準化技術(shù)；
（4）天線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(shè)備軟件化技術(shù)以軟件為主導(dǎo)，它的所有工作過程和參數(shù)處理都可以由軟件來定義和控制，其發(fā)展方向可從以下幾方面進行闡述：
?。?）射頻前端采樣數(shù)字化技術(shù)。軟件無線電的宗旨是盡可能簡化射頻模擬前端，使A／D轉(zhuǎn)換盡可能地靠近天線去完成模擬信號的數(shù)字化，而且數(shù)字化后的信號要盡可能地用軟件來處理，實現(xiàn)各種功能和指標。隨著數(shù)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(yīng)用階段，可以構(gòu)想，在不久的時間內(nèi)，射頻直接帶通采樣數(shù)字化將有重大突破；
?。?）基帶空間傳輸。在無線傳輸中，具有嚴格規(guī)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(diào)制，以數(shù)字化形式直接實現(xiàn)空間傳輸。它的傳播媒介為非常窄的時域脈沖，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，可以用超寬帶天線低失真地輻射和接收；
（3）軟件測試鑒定技術(shù)。由于軟件在軟件化的測控設(shè)備中起主導(dǎo)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門技術(shù)。
四、測控系統(tǒng)仿真與測控設(shè)備軟件化技術(shù)應(yīng)用綜合
目前，比較流行的幾種通信仿真設(shè)計平臺如COSSAP、SPW、SystemView等都能滿足從數(shù)字信號處理、濾波器設(shè)計，到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計、仿真要求。在這些系統(tǒng)中，可以在DSP、通信和控制系統(tǒng)中構(gòu)造出復(fù)雜的模擬、數(shù)字、混合和多速率系統(tǒng)。系統(tǒng)具有大量可選擇的庫，允許用戶有選擇地增加通信、邏輯、DSP和射頻／模擬功能模塊，可進行各種系統(tǒng)時域／頻域分析，能夠?qū)ι漕l／模擬及其混合系統(tǒng)進行理論分析和失真分析。當(dāng)然，通用通信系統(tǒng)的仿真平臺在很大程度上還不能滿足測控通信系統(tǒng)的應(yīng)用仿真需求，測控系統(tǒng)仿真在通用平臺上（仿真平臺可自主開發(fā)）著重解決測控領(lǐng)域的特殊問題，不僅有系統(tǒng)原理上的定性仿真分析，而且更重要地是需要對分系統(tǒng)和部件設(shè)計指標考慮實際部件的性能進行定量仿真分析，指導(dǎo)系統(tǒng)、分系統(tǒng)的實際設(shè)計，甚至直接產(chǎn)生DSP、FPGA或VHDL的實用代碼。
測控系統(tǒng)仿真著重建立一個開放的、可以適應(yīng)技術(shù)和需求不斷發(fā)展的仿真體系結(jié)構(gòu)，支持以組合的方式來構(gòu)造仿真系統(tǒng)。仿真系統(tǒng)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，同時仿真系統(tǒng)由通用的仿真支撐結(jié)構(gòu)和獨立的仿真應(yīng)用模型構(gòu)成。測控系統(tǒng)中各分系統(tǒng)是由眾多的功能部件互連而成，如編碼器、調(diào)制器、側(cè)音產(chǎn)生器、上變頻器、解調(diào)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(shè)備和數(shù)據(jù)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(shù)及技術(shù)要求不同而略有差異。因此，可以把它們設(shè)計成標準模塊，用戶可根據(jù)任務(wù)需要進行適當(dāng)選用。從部件、分系統(tǒng)到系統(tǒng)級聯(lián)合仿真運行時，在結(jié)果符合任務(wù)要求和預(yù)期指標的前提下，由功能模塊的算法生成硬件描述語言（VHDL）或DSP的C或匯編代碼，然后進行邏輯綜合生成門級網(wǎng)表，最后形成目標系統(tǒng)的FPGA、ASIC、DSP等板級電路產(chǎn)品，實現(xiàn)測控設(shè)備功能的軟件化。
由于軟件化以數(shù)字化為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有器件技術(shù)發(fā)展水平上，目前的測控設(shè)備軟件化主要體現(xiàn)在測控系統(tǒng)終端（即70 MHz中頻以下的基帶設(shè)備）設(shè)備的軟件化上。終端設(shè)備的軟件化，方便地實現(xiàn)了終端設(shè)備的可重組。這種可重組終端對數(shù)字運算的要求主要是實時性、準確性，包括運算速度、運算能力、數(shù)據(jù)存儲容量、數(shù)據(jù)吞吐率等。實現(xiàn)終端設(shè)備軟件化可以有2種途徑。一是采用DSP實現(xiàn)。隨著新的DSP器件的出現(xiàn)，DSP能夠提供的運算量大大提高，許多由ASIC實現(xiàn)的算法可能會逐步轉(zhuǎn)移到用DSP實現(xiàn)，以達到更高的靈活性。但在目前的技術(shù)水平下，這種方案存在著功耗大和處理速度慢的缺點。二是采用DSP和FPGA實現(xiàn)。在過去，F(xiàn)PGA是作為ASIC設(shè)計的一個快速原型設(shè)計方法，是一個中間過程?，F(xiàn)在將FPGA直接用于系統(tǒng)設(shè)計，可以減少需要的ASIC芯片的個數(shù)，提高了靈活性，同時也使研制時間也顯著地縮短。它帶來的好處是：一個單一的或者相對少的芯片個數(shù)可以支持更多標準的組合。
因此，測控系統(tǒng)中部件、分系統(tǒng)及系統(tǒng)總體方案可以通過仿真運行與分析來評估，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專用接口實現(xiàn)測控設(shè)備的軟件化，將系統(tǒng)仿真與軟件化技術(shù)緊密結(jié)合起來，形成未來測控系統(tǒng)研制的新模式。
五、結(jié)束語
目前，在測控系統(tǒng)設(shè)備研制中，采用仿真技術(shù)的只有一些零零星星的專題研究的例子，距一體化、綜合化仿真應(yīng)用距離還較大。相對來講，測控設(shè)備軟件化技術(shù)較為成熟一些，但實際工程應(yīng)用中效率還不高，需要我們好好總結(jié)。測控系統(tǒng)仿真技術(shù)與設(shè)備軟件化技術(shù)的有機結(jié)合，將是我們今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)需要重點開展實用研究的重要方向。
［2］ 孫兆偉，等．小衛(wèi)星設(shè)計、分析與仿真驗證一體化系統(tǒng)［J］．系統(tǒng)仿真學(xué)報，2001（5）．
［3］ 朱志勤．運載測控軟件化技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］．導(dǎo)彈與航天運載技術(shù)，2002，（2）．
［4］ 伍一，等．通信系統(tǒng)軟件仿真技術(shù)［J］．通信與計算機，1999．（6）．
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