VHF通信系统数字化仿真平台构想

摘 要：文章分别阐述了数字化仿真平台的优点及实现方式，介绍了建模的过程以及常用的数字化仿真平台为该构想的实现提供较为可信的依据。

关键词：VHF通信系统；仿真模型；仿真平台

引言

文章主要提出一种构想：基于电路仿真的方法，将通信中涉及到的电台及传输设备等组件，通过建模搭建数字化的仿真模型，模拟通信过程；为员工的业务培训提供更接近真实的学习方法。

1 目前培训

乌鲁木齐飞行情报区新疆境内面积为156万平方公里， 境内面积为28万平方公里，总面积约184万平方公里，是国内最大的飞行情报区。技术保障中心负担着整个新疆23台站和乌鲁木齐机场台站的通信、导航、监视设备的运行维护，为新疆空管保驾护航。为了提高员工的业务水平，每年业务培养都是新疆空管局的重要工作内容，培训是给员工传授其完成工作所必需的思维认知、知识技能的过程。业务培训自然是提高维护质量的根本办法。而现有的培训方式主要分为以下几类：

1.1 培训方式

单位内部培训，国内行业交流，国外厂家培训。这几种方法存在一些缺点，例如培训内容有限、费用昂贵等。

1.2 工作经验传统获得方式

（1）师徒传承。

（2）现实长期工作中排故积累经验。

（3）利用备件搭建平台，模拟现实应用。

优点：所学内容有效积累。

缺点：周期长，成本高，人均利用率低。

在日常的工作生活中，人们会慢慢发现自己的“知识贫乏”，已有的知识正变得支离破碎，学习的速度慢、要学的知识多。由于空管这个特殊行业，对安全性要求较高，很多情况下对于工作中提出的新观点、新理论、新方法，不能方便地着手进行试验、尝试，因为这会对现有运行的设备、系统造成安全隐患。尤其在故障排除过程中，更不能模拟故障，论证假设。所以空管通信系统急需一套数字化的仿真平台能够如同电路仿真一般，是一套半物理化的仿真系统，能够通过搭建系统模型，论证理论、学习系统知识。

2 仿真模型的实现

搭建构想来源于手机APP仿真电路，该软件使用感受：方便、直观、形象。电路形式自己按需使用电阻、电容、电感、电压源、电流源、二极管、三极管等进行搭建，就好像儿童搭积木一样简单。电路搭建完成后，电路各个支路电压大小电流大小及流向均形象展出。

构想的数字化平台，以WINDOWS为基础整个操作界面就像一个电子实验工作台，所需的组件和测试仪器均可直接拖放到屏幕上，所有组件的控制面板和操作方式都和实物相似，轻点鼠标可用导线将它们连接起来。正确搭建完毕后，平台将会显示信号流向、大小。电台及传输设备等组件具体参数改变，会影响最终发射、接收数据，平台实时显示具体变化。软件仪器的控制面板和操作方式都和实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器看到的。组件之间连线错误，平台给出错误指示甚至模拟真实故障情况比如：短路火花；RF线虚接、断路引起VSWR告警，参数设置不合理导致的发射或接收效果不好等实际问题。

2.1 数字化仿真的优势

（1）便捷、利用率高。不受时间地点限制，任何员工都可以使用此应用。

（2）为实际工作提供便捷有趣的学习方式，练习过程中仿真运用，实际培训效果将大大提高。

（3）培训成本降低，可避免培训实操期间误操作损坏设备，比如不同设备之间电压匹配不当就会损坏器件，还可节约搭建实际平台费用。

2.2 数字化仿真模型的实现

计算机模拟平台是把通信系统的全过程结构组成和大部分规定事先编入计算机程序，然后用计算机语言描述通信过程，并用计算机进行处理的一种模拟方法。通过数字化模拟平台，可以无需使用任何真实组件即可完成一个新系统搭建的可行性验证。

仿真的基本过程，要进行如下9步：

（1）制定意义：熟练、论证通信系统组成。

（2）制定目标：尽可能的模拟真实VHF通信系统。

（3）建立模型、针对系统中每一个部件，建立其物理模型，进而构建系统。描述系统并对所有假设列表。

（4）罗列出所有可能。

（5）收集数据和信息：制作搭建仿真平台所需各种设备模型例如具体电台型号、传输设备、比选设备、内话设备、遥控盒。各种设备的输入输出接口定义，兼容特性。

（6）建立计算机模型：收集无线电各种公式，公式如何嵌入平台，相关参数设置改变后，如何直观显示对应结果。一般建模过程是呈阶段性的，在进行下一阶段建模之前，验证本阶段的模型工作正常，在建模过程中运行和调试每一阶段的模型。

（7）检验和确认模型：验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能相符合。模型是否同我们想构建的模型相吻合。确认模型是否能够正确反映现实系统，评估模型仿真结果的可信度有多大等。

（8）运行模型：运行仿真时，通过输入多组仿真输入参数值，来验证仿真结果是否合理也是一种很好的方法。

（9）分析输出：模型确认建立模型的可信度。

3 数字化仿真平台

通信系统是一个强耦合、多变量、时变性的复杂系统，在仿真建模时尤其需要一个合适的开发环境，为其提供良好的平台。MATLAB是为大型数学计算、复杂的建模研究、过程动态仿真、系统设计、调试、优化，代码生成等，基于微机环境的开发与运行支撑的平台。软件采用了动态代码生成技术、分布式实时数据库技术和面向对象的图形化建模方法，在仿真领域处于领先水平。它的应用面很广，可以用于国防军事、能源、化工、航空航天、电力、经济等领域研究，更可以适用于实际工程项目。

MATLAB/Simulink使用动态内存机器码生成技术，结合分布式实时数据库，为微机环境下分布式计算和复杂系统实时仿真，提供了高效的底层支撑平台；采用图形化面向对象的建模方法，可以为不同领域的仿真，提供通用的开发环境。可以实现多个模型的分布式计算、动态数据显示与在线数据修改，可以满足大型实时仿真系统的开发和运行的需要，尤其适用于民航通信这种复杂多变量的仿真需求。

MATLAB/Simulink提供了基于复杂模型建模仿真的环境，平台内部嵌入了多个经过验证的数学模型函数库，在构建基于通信系统的模拟仿真时，既可以对已有的数学模型稍加修改，又可以针对不同需求建立模型，所以本设想完全可以基于该平台进行设计优化。

4 结束语

上述构想仅做抛砖引玉之用，希望此构想能实现，成为空管通信人培训学习的利器。