CN117253407A - 一种基于音频的dme演示教学仪器实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，属于教学演示领域，基于询问器和应答器实现，利用音频信号代替无线电信号，模拟DME测距机的原理进行测距功能，步骤如下：询问器发射询问信号，应答器接收询问信号并进行应答抑制，应答器发射应答信号，询问器接收应答信号，询问器进行距离计算并显示。根据本发明公开的设计方法，可以设计一种模拟飞机DME测距原理的教学仪器，用于教学实验研究。该教学设备采用模块化设计，便于携带演示，适用于仿真实验和教学应用。

Description

一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法

技术领域

本发明涉及教学演示领域，尤其涉及一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法。根据本发明公开的设计方法，可以设计一种模拟飞机DME测距原理的教学仪器，用于教学实验研究。

背景技术

现有技术中，涉及到测距教学演示的常见测距方法一般有超声波测距、雷达测距、激光测距等。在以往测距教学方法中没有涉及到利用音频信号来模拟飞机DME测距原理的发明。专利号为201620106974.2的“一种超声波测距教学模块”的专利申请，为一种超声波测距装置，用来进行教学演示，其特点为利用超声波进行测距，模块简洁轻便，生产成本低，其解决了学生在学习超声波传感器时不能更深层次理解的问题，存在的不足是只能了解到超声波测距，而且不能使学生直观的感受到测距过程，不能更好的学习理解机载DME测距原理。

机载应答式测距机（DME），是指一种测定飞机和地面应答台之间斜距的无线电导航设备。它由机载询问机和地面应答台组成。利用测定电波从飞机到地面测距信标台之间往返所需时间来决定两者之间距离的方法。DME的原理并不复杂，但是在以往的教学过程中，都是通过口述讲授、PPT、网络上的视频演示、以及一些简单的仿真、教学实验，通过这样的方式进行演示讲解，讲解内容单一、枯燥无味，学生没有兴趣，以至于效果不好且局限性较大；又因为人不能直接听到或看到无线电波信号，不能让学习者很直观的感受到DME测距过程，这使得初学者在刚刚接触飞机定位***时不能很直观地去感受并理解其定位原理。

另外，我国民航运输规模迅速增长，在产业结构转型升级中，民航业的牵引作用日益凸显。民航业和民航专业院校正在迅速发展，迫切需要加快培养民航类专业人才。从业人数和相关专业学生人数都在迅速增加。所设计的方法对于专业型人才的培养具有重要意义，应用范围广泛，前景十分广阔。相较于传统的教学演示方法，该设备更直观清晰。学习者在实物演示后还可以自己操作体验，进而更加直观地感受机载DME测距过程，印象深刻，以更好地理解测距原理。

发明内容

鉴于现有技术中，还没有涉及到利用音频信号测距，也没有针对DME无线电测距机原理的教学设备的问题。本发明公开一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，以更直观、更高效、更新颖、更低成本的达到教学演示的目的。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，基于询问器和应答器实现，利用音频信号代替无线电信号，模拟DME测距机的原理进行测距功能，步骤如下：所述询问器发射询问信号，所述应答器接收询问信号并进行应答抑制，所述应答器发射应答信号，所述询问器接收应答信号，询问器进行距离计算并显示。

询问器发射询问信号的方法为：在发出询问信号之前询问器处于自动等待状态，即接收部分正常工作，发射部分不工作；当询问器逐渐靠近应答器，接收到的信号强度也会越来越强，在接收信号过程中设置一个临界值，如果接收到的脉冲信号数量没有超过这个临界值，询问器仍然处于等待状态；如果接收到的脉冲信号数量超过这个临界值，说明询问器进入到测距范围，触发询问器发射询问信号；脉冲信号触发FPGA芯片I的询问模块，通过数控分频器产生所需频率的时钟信号，作为驱动信号，控制音频发射电路I发出询问音频信号。

应答器接收询问信号并进行抑制应答的方法为：应答器的音频收集电路II接收询问器音频发射电路I发出的询问音频信号，将音频信号传递给放大电路II进行放大，再将放大之后的音频信号传递给滤波电路II，对音频信号的噪音、杂音进行滤除，滤波结束将音频信号再传递给比较器电路II，将正弦波信号转换成方波信号；方波信号进入FPGA芯片II之后，接收模块II接收询问信号，在声音脉冲的中间位置将接收标志位置高，表示开始接收信号，并且开始应答器计时，一段时间之后，询问音频信号接收结束，再等待一段时间，等待期间抑制应答，之后通过音频发射电路II开始发出应答音频信号；所述的接收模块II接收询问信号时，设置一个固定宽度的高电平检测门实现抗干扰功能，检测是否有询问音频信号频率的高电平出现，如果有开始计时，高电平出现的时间超过检测门时间的25%，则认为接收到了询问音频信号脉冲，否则认为是噪声，没有接收到真正的询问音频信号脉冲。

应答器发射应答信号的方法为：应答器确认接收到的为询问音频信号且等待一段固有时间，在FPGA芯片II中通过数控分频器产生所需频率的时钟信号，作为驱动信号，控制音频发射电路II发射应答音频信号。

询问器接收应答信号方法为：询问器的音频收集电路I收集应答器音频发射电路II发射的应答音频信号，传递给放大电路I，经过放大之后，传递给滤波器电路I，将放大之后的音频信号中的噪音过滤掉，将过滤完成的正弦波音频信号传递给比较器电路I，转换成方波信号，再传输给FPGA芯片I，再进入到内部的接收模块I，进行软件内部的接收；接收模块I设置一个固定宽度的高电平检测门实现抗干扰功能，检测是否有应答音频信号频率的高电平出现，如果有开始计时，高电平出现的时间超过检测门时间的25%，则认为接收到了应答音频信号脉冲，否则认为是噪声，没有接收到真正的应答音频信号脉冲。

询问器进行距离计算并显示方法为：FPGA芯片I接收应答音频信号后，开始进行距离计算，测量时间减去固有延时后，剩下的时间就是声音信号在空气中传播所需的时间，这一时间是声音信号往返一次所用的时间，计算距离时，需要的是单程时间，DME测距采用应答式双程脉冲测距原理，DME发射询问脉冲，地面信标台用做应答器，地面信标台收到询问后延迟一段时间再发射回答脉冲，机载设备测量询问脉冲与收到回答脉冲的时间间隔，并把此差值转变成距离读数，根据DME测距原理以及测量的斜距公式：R=((T-T0))/2C，其中R为距离，T=t1+t2，t1为应答器接收询问信号的时间，t2为询问器接收到应答信号的时间，T0为***的固有延时，C为光速，得到测量的距离。

本发明的优点及有益效果在于：本设计方法用音频信号代替无线电信号，对机载应答式测距机（DME）的测距原理进行了模拟。所设计的教学仪器具备运用灵活、低成本、小体积以及便于演示等优势。相较于传统的教学演示方法，该设备更直观清晰。学习者在实物演示后还可以自己操作体验，进而更加直观地感受机载DME测距过程，印象深刻，以更好地理解测距原理。通过演示操作，增加学生的兴趣，从而促进学习并便于教学。该类型教学设备采用模块化设计，便于携带演示，适用于仿真实验和教学应用。

附图说明

为了更清楚的表明本发明实施方式的设计方法，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅出示了本发明的某些实施例，因此不能被看作对范围的限定。

图1为本发明整体方案的***框架图；

图2为本发明询问器的电路框图；

图3为本发明应答器的电路框图；

图4为本发明FPGA芯片I内部的软件结构框图；

图5为本发明FPGA芯片II内部的软件结构框图；

图6为本发明询问器的软件控制流程图；

图7为本发明应答器的软件控制流程图；

图8为本发明接收模块控制流程图；

图9为本发明测距原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1示出本发明整体方案的***框架图，一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，包括：询问器和应答器。***工作时由FPGA芯片I产生询问音频信号，音频发射电路I发射，应答器音频收集电路II接收到询问音频信号后，经过一段固有延时后，FPGA芯片II产生应答音频信号，音频发射电路II发射，询问器音频收集电路I接收到后，计算询问和应答之间的时间，在这个时间的基础上减去固有延时，由FPGA芯片I计算出二者之间的距离，并将距离显示。

图2示出询问器的电路框图，询问器部分包括电源I、电源线I、FPGA芯片I、音频发射电路I、音频收集电路I、放大电路I、滤波电路I、比较器电路I、分压电路I、排针电路I、分压电路I；询问器电路结构为，FPGA芯片I分别与插件电路I、分压电路I、音频发射电路I、音频收集电路I和比较器电路I连接，音频收集电路I依次通过放大电路I、滤波电路I和比较器电路I连接，放大电路I、滤波电路I和比较器电路I分别与排针电路I连接，电源I通过电源线I分别与FPGA芯片I、插件电路I、分压电路I、音频发射电路I、音频收集电路I、放大电路I、滤波电路I和比较器电路I连接；音频发射电路I用于发射FPGA芯片I产生的询问音频信号；FPGA芯片I用于产生所需频率的询问音频信号，接收方波信号，进行距离信息的计算并显示；音频收集电路I用于收集应答器发射的音频信号；放大电路I用于接收音频收集电路I收集的音频信号并进行放大；滤波电路I用于接收来自放大电路I放大之后的音频信号，并对音频信号中的噪音进行滤除并处理成正弦波音频信号；比较器电路I用于接收来自滤波电路I处理的正弦波音频信号并对正弦波音频信号进行处理为方波信号；排针电路I用于连接放大电路I、滤波电路I、比较器电路I的输出端，进行后期调整测试；插件电路I用于连接FPGA芯片I和音频发射电路I，传输音频信号；分压电路I用于分压，为FPGA芯片I提供0-5V的单电源供电。

本实施例的目的为了用于教学演示，让学习者有直观的视听感受，要选择人可以听到，不至于让人感到刺耳并且要避免人声对测量的干扰的一个频率，所以选择5000Hz作为声音信号的频率。音频发射电路I用于将FPGA芯片I产生的询问音频信号发射出去，本实施例中使用无源蜂鸣器作为声音发射的元器件；所用的FPGA芯片I的型号为EP4CE6E22C8N；音频收集电路I采用驻极体电容式麦克风作为声音采集的元器件；放大电路I使用LM833运算放大器，设计反向比例放大，每级放大10倍，级联两级构成放大倍数为100倍的放大器；滤波电路I对噪音进行滤除，减小误差，本实施例中选用无限增益多路反馈带通滤波器构成带通滤波器电路；比较器电路I将滤波之后的正弦波转变为方波，本实施例中使用的是迟滞比较器构成比较器电路。

图3示出应答器的电路框图，应答器包括电源II、电源线II、FPGA芯片II、音频发射电路II、音频收集电路II、放大电路II、滤波电路II、比较器电路II、分压电路II、插件电路II、排针电路II；应答器电路结构为，FPGA芯片II分别与插件电路II、分压电路II、音频信号发射电路II、音频收集电路II和比较器电路II连接，音频收集电路II依次通过放大器电路II、滤波电路II和比较器电路II连接，放大器电路II、滤波电路II和比较器电路II分别与排针电路连接，电源II通过电源线II分别与FPGA芯片II、插件电路II、分压电路II、音频发射电路II、音频收集电路II、放大电路II、滤波器电路II和比较器电路II连接；音频收集电路II用于收集音频发射电路I发射的音频信号；放大电路II用于接收音频收集电路II收集的音频信号并进行放大；滤波电路II用于接收来自放大电路II放大之后的音频信号并对音频信号中的噪音进行滤除并处理成正弦波音频信号；比较器电路II用于接收来自滤波电路II处理的正弦波音频信号并处理为方波信号；FPGA芯片II用于接收方波信号，产生所需频率的应答音频信号；音频发射电路II用于发射FPGA芯片II产生的应答音频信号；插件电路II用于连接FPGA芯片II和音频发射电路II，传输音频信号；排针电路II用于连接放大电路I、滤波电路I、比较器电路I的输出端，进行后期调整测试；分压电路II用于分压，为FPGA芯片II提供0-5V的单电源供电。

音频发射电路II中使用无源蜂鸣器作为声音发射的元器件；所用的FPGA芯片II的型号EP4CE6E22C8N；音频收集电路II采用驻极体电容式麦克风作为声音采集的元器件；放大电路II使用LM833运算放大器，设计反向比例放大，每级放大10倍，级联两级构成放大倍数为100倍的放大器；滤波电路II对噪音进行滤除，减小误差，本实施例中选用无限增益多路反馈带通滤波器构成带通滤波器电路；比较器电路II将滤波之后的正弦波转变为方波，本实施例中使用的是迟滞比较器构成比较器电路。

如图4所示，在FPGA芯片I中设置软件编程，FPGA芯片I内部软件结构包括，数控分频器I、询问模块、蜂鸣器模块I、接收模块I和距离计算模块；FPGA芯片I通过数控分频器I产生所需要的时钟信号，时钟信号经过询问模块产生使蜂鸣器模块I使能的询问音频信号，由音频发射电路I发射；当接收到应答器音频发射电路II发射的应答信号之后，经过放大器电路I处理之后产生的方波信号，进入FPGA芯片I，接收模块I接收应答音频信号，并进行一个抗干扰操作，当确认应答信号接收完成后，传入距离计算模块进行计算。

如图5所示，在FPGA芯片II中设置软件编程，FPGA芯片II内部软件结构包括，接收模块II、计数器、数控分频器II、应答模块和蜂鸣器模块II；FPGA芯片II接收来自放大电路II处理完之后的询问方波信号，接收模块II接收询问音频信号，并进行一个抗干扰操作，接收完成后触发计数器计数，等待一段时间后进入FPGA芯片II，控制数控分频器II产生所需的时钟信号，由应答模块产生一个应答音频信号，控制蜂鸣器模块II进行使能操作，由音频发射电路II发射。

图6示出询问器软件控制流程图，音频测距仪开始工作，初始化，首先询问器的FPGA芯片I进行一个蜂鸣器使能操作，使询问器的音频发射电路I发出询问信号，判断是否发出询问信号，若没有发出询问信号，则重新进行蜂鸣器使能操作，控制音频发射电路I发出询问信号；发出询问信号之后，应答器的音频收集电路II进行收音，进行音频信号调制，调制完之后的信号再经过应答器接收模块的接收，并且进行抗干扰和抑制应答，判断是否接收完成，若接收出现错误，或者接收到的不是询问信号，则返回到音频收集电路II收音，等待信号的输入；若接收完成，进行一段时间的应答抑制，触发应答器的发射部分进行应答信号的发射，由询问器音频收集电路I接收，应答信号接收完成，询问器开始进行距离计算，计算完成之后，将计算结果显示。

图7示出应答器软件控制流程图，开始，应答器接收模块完成接收之后，FPGA进行蜂鸣器使能，控制音频发射电路II发出应答信号，若没有发出应答信号，则重新进行蜂鸣器使能；发出应答信号之后，音频收集电路I进行收音，下一步进行信号调制，调制之后的信号被询问器接收模块进行接收，接收过程中依然会进行一个抗干扰过程，判断接收到的是否是应答信号和是否完成接收，若果出现错误没有接收完成，则返回到音频收集电路I收音，等待信号的输入；若信号接收完成，则询问器开始进行距离计算。

FPGA的时钟是50MHz，不仅非常高，而且它不能在程序中随意修改分频以输出任意频率的时钟，因此需要设计数控分频器。可以输入任意分频系数，结合计数器来控制输出时钟的翻转，最终输出所需要的时钟频率。询问模块用来产生询问信号，确定询问间隔时间，这个模块对于时间精度的要求并不是很高，所以选择时钟周期为0.1ms的信号作为基础时钟。一次询问信号中，两个脉冲宽度0.4s，中间间隔0.4us，一共1.2s也就是1200ms。0~0.4s置高电平，使能蜂鸣器，0.4~0.8s置低电平，失能蜂鸣器，0.8~1.2s置高电平，使能蜂鸣器。询问间隔ask_gap_time设置两次询问的时间间隔。时钟周期0.1ms，计数寄存器cnt_1200ms，在计数达到4000、8000、12000时，也就是对应0.4s、0.8s、1.2s时，进行相应的蜂鸣器使能操作。使能蜂鸣器，输出分频系数为确定的10000，否则为0，这一分频系数传递给数控分频器，稳定输出5KHz的时钟信号，驱动蜂鸣器发出5KHz的声音信号。

图8示出软件接收模块控制流程图，接收模块的主要功能是要分析收音电路输出的信号，接收来自应答器的应答信号。在400us的时间内持续检测输入信号，若检测到一个5KHz脉冲，则开启计时器，进行1.2s的计时。在0~0.4s内记录声音脉冲1中的5KHz高电平时间，记录在cnt_P1变量中，在0.4~0.8s内首先判断cnt_P1的数量是否满足90%的脉冲数量。若不满足则终止接收，所有数据清零，回到等待状态；若满足则继续进行接收检测，记录在声音脉冲间隔时间内5KHz脉冲的数量，记录在cnt_PP变量中。在0.8~1.2s内首先判断cnt_PP是否小于20%的脉冲数量，若不满足则终止接收，所有数据清零，回到等待状态；若满足继续进行接收检测。在0.8~1.2s的时间内，记录5KHz脉冲个数，达到1000个时，将接收标志位置高，标志着一次接收成功结束。

另外，为了更好的实现抗干扰功能，在接收音频信号时可以进行一个抗干扰设计，具体如下：接收模块处于等待状态，等待一个宽度为400us的高电平检测门，并持续在该门内检测是否有5KHz信号的高电平出现。如果高电平时间超过0.1ms，即0.4ms内超过检测门时间的25%，则认为接收到了一个5KHz信号脉冲。发出的声音信号是一个脉冲对信号，第一个脉冲称为声音脉冲1，第二个脉冲称为声音脉冲2，两个脉冲之间的间隔称为声音脉冲间隔。

在接收到一个5KHz脉冲后，进入下一个状态。在声音脉冲1的时间内（0~0.4s），检测这段时间内5KHz信号的高电平时间。如果高电平时间超过0.18s，即5KHz信号超过理想情况下数量的90%，则认为接收到了一个持续0.4s的5KHz声音信号。接着进入声音脉冲间隔的检测（0.4~0.8s）。这段时间内记录接收到的5KHz信号的个数，如果超过间隔时间的20%，则排除该信号并回到等待状态。如果不到间隔时间的20%，则继续接收。经过声音脉冲1和声音脉冲间隔的检测后，可以确定接收到的信号是声音脉冲对。然后进入声音脉冲2的检测（0.8~1.2s）。在该时间段内，继续对5KHz信号数量进行计数，当计数达到1000个时，认为处在声音脉冲2的中间位置。这样可以消除由于开始接收时刻不确定带来的误差。

应答模块主要功能是在接收到询问信号后，发出一个应答信号。在接收模块接收到询问信号后，会在声音脉冲2的中间位置将接收标志位置高，此时，开启应答器计时。在等待0.2s后，询问信号结束。继续等待0.2s，期间抑制应答，之后开始发出声音脉冲对信号，产生方式与询问模块完全一致。

如图9示出本发明的测距原理图，根据DME测距原理，询问器发出询问信号，经过时间t1，应答器接收到询问信号，经过固有延时t0，应答器发出应答信号，经过时间t2，询问器接收到询问信号，距离计算模块根据测量的斜距公式：R=((T-T0))/2C（其中R为距离，T=t1+t2，t1为应答器接收询问信号的时间，t2为询问器接收到应答信号的时间，T0为***的固有延时，C为光速），进行距离计算求得测量的距离，并且显示在显示器上。

综合上述技术方案的实施例，本发明具体场景应用实施例如下：

在一个空旷且安静的教室里，使用皮尺在地面上标记出距离。将询问器放置在皮尺上标记为0mm的位置，将应答器放置在皮尺上标记为700mm的位置，并将它们分别连接到电源上。FPGA芯片I产生一个频率为5000Hz的音频信号，这个信号由询问器的音频发射电路I发射出去。应答器的音频收集电路II接收到信号后，再由FPGA芯片II产生一个频率为5000Hz的应答音频信号，由应答器的音频发射电路II发射出去。询问器的音频收集电路I接收完成后，进行距离计算，最后显示的测量距离为698mm。这个测量结果在误差可接受的范围内，且准确无误。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人们来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，基于询问器和应答器实现，利用音频信号代替无线电信号，模拟DME测距机的原理进行测距功能，步骤如下：所述询问器发射询问信号，所述应答器接收询问信号并进行应答抑制，所述应答器发射应答信号，所述询问器接收应答信号，询问器进行距离计算并显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，所述询问器电路结构为，FPGA芯片I分别与插件电路I、分压电路I、音频发射电路I、音频收集电路I和比较器电路I连接，所述音频收集电路I依次通过放大电路I、滤波电路I和比较器电路I连接，所述放大电路I、滤波电路I和比较器电路I分别与排针电路I连接，电源I分别与FPGA芯片I、插件电路I、分压电路I、音频发射电路I、音频收集电路I、放大电路I、滤波电路I和比较器电路I连接；所述音频发射电路I用于发射FPGA芯片I产生的询问音频信号；所述FPGA芯片I用于产生所需频率的询问音频信号，接收方波信号，进行距离信息的计算并显示；所述音频收集电路I用于收集应答器发射的音频信号；所述放大电路I用于接收音频收集电路I收集的音频信号并进行放大；所述滤波电路I用于接收来自放大电路I放大之后的音频信号，并对音频信号中的噪音进行滤除并处理成正弦波音频信号；所述比较器电路I用于接收来自滤波电路I处理的正弦波音频信号并对正弦波音频信号进行处理为方波信号；所述的排针电路I用于连接放大电路I、滤波电路I、比较器电路I的输出端，进行后期调整测试；所述插件电路I用于连接FPGA芯片I和音频发射电路I，传输音频信号；所述分压电路I用于分压，为FPGA芯片I提供0-5V的单电源供电。

3.根据权利要求2所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，所述应答器电路结构为，FPGA芯片II分别与插件电路II、分压电路II、音频信号发射电路II、音频收集电路II和比较器电路II连接，所述音频收集电路II依次通过放大器电路II、滤波电路II和比较器电路II连接，所述放大器电路II、滤波电路II和比较器电路II分别与排针电路连接，电源II分别与FPGA芯片II、插件电路II、分压电路II、音频发射电路II、音频收集电路II、放大电路II、滤波器电路II和比较器电路II连接；所述音频收集电路II用于收集音频发射电路I发射的音频信号；所述放大电路II用于接收音频收集电路II收集的音频信号并进行放大；所述滤波电路II用于接收来自放大电路II放大之后的音频信号并对音频信号中的噪音进行滤除并处理成正弦波音频信号；所述比较器电路II用于接收来自滤波电路II处理的正弦波音频信号并处理为方波信号；所述FPGA芯片II用于接收方波信号，产生所需频率的应答音频信号；所述音频发射电路II用于发射FPGA芯片II产生的应答音频信号；所述插件电路II用于连接FPGA芯片II和音频发射电路II，传输音频信号；所述的排针电路II，用于连接放大电路I、滤波电路I、比较器电路I的输出端，进行后期调整测试；所述分压电路II用于分压，为FPGA芯片II提供0-5V的单电源供电。

4.根据权利要求3所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，FPGA芯片I内部的软件结构包括，数控分频器I、询问模块、蜂鸣器模块I、接收模块I和距离计算模块；FPGA芯片I通过数控分频器I产生所需要的时钟信号，时钟信号经过询问模块产生使蜂鸣器模块I使能的询问音频信号，由音频发射电路I发射；当接收到应答器音频发射电路II发射的应答信号之后，经过放大器电路I处理之后产生的方波信号，进入FPGA芯片I，接收模块I接收应答音频信号，并进行一个抗干扰操作，当确认应答信号接收完成后，传入距离计算模块进行计算。

5.根据权利要求4所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，FPGA芯片II内部的软件结构包括，接收模块II、计数器、数控分频器II、应答模块和蜂鸣器模块II；FPGA芯片II接收来自放大电路II处理完之后的询问方波信号，接收模块II接收询问音频信号，并进行一个抗干扰操作，接收完成后触发计数器计数，等待一段时间后进入FPGA芯片II，控制数控分频器II产生所需的时钟信号，由应答模块产生一个应答音频信号，控制蜂鸣器模块II进行使能操作，由音频发射电路II发射。

6.根据权利要求5所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，询问器发射询问信号的方法为：在发出询问信号之前询问器处于自动等待状态，即接收部分正常工作，发射部分不工作；当询问器逐渐靠近应答器，接收到的信号强度也会越来越强，在接收信号过程中设置一个临界值，如果接收到的脉冲信号数量没有超过这个临界值，询问器仍然处于等待状态；如果接收到的脉冲信号数量超过这个临界值，说明询问器进入到测距范围，触发询问器发射询问信号；脉冲信号触发FPGA芯片I的询问模块，通过数控分频器产生所需频率的时钟信号，作为驱动信号，控制音频发射电路I发出询问音频信号。

7.根据权利要求6所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，应答器接收询问信号并进行抑制应答的方法为：应答器的音频收集电路II接收询问器音频发射电路I发出的询问音频信号，将音频信号传递给放大电路II进行放大，再将放大之后的音频信号传递给滤波电路II，对音频信号的噪音、杂音进行滤除，滤波结束将音频信号再传递给比较器电路II，将正弦波信号转换成方波信号；方波信号进入FPGA芯片II之后，接收模块II接收询问信号，在声音脉冲的中间位置将接收标志位置高，表示开始接收信号，并且开始应答器计时，一段时间之后，询问音频信号接收结束，再等待一段时间，等待期间抑制应答，之后通过音频发射电路II开始发出应答音频信号；所述的接收模块II接收询问信号时，设置一个固定宽度的高电平检测门实现抗干扰功能，检测是否有询问音频信号频率的高电平出现，如果有开始计时，高电平出现的时间超过检测门时间的25%，则认为接收到了询问音频信号脉冲，否则认为是噪声，没有接收到真正的询问音频信号脉冲。

8.根据权利要求7所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，应答器发射应答信号的方法为：应答器确认接收到的为询问音频信号且等待一段固有时间，在FPGA芯片II中通过数控分频器产生所需频率的时钟信号，作为驱动信号，控制音频发射电路II发射应答音频信号。

9.根据权利要求8所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，询问器接收应答信号方法为：询问器的音频收集电路I收集应答器音频发射电路II发射的应答音频信号，传递给放大电路I，经过放大之后，传递给滤波器电路I，将放大之后的音频信号中的噪音过滤掉，将过滤完成的正弦波音频信号传递给比较器电路I，转换成方波信号，再传输给FPGA芯片I，再进入到内部的接收模块I，进行软件内部的接收；接收模块I设置一个固定宽度的高电平检测门实现抗干扰功能，检测是否有应答音频信号频率的高电平出现，如果有开始计时，高电平出现的时间超过检测门时间的25%，则认为接收到了应答音频信号脉冲，否则认为是噪声，没有接收到真正的应答音频信号脉冲。

10.根据权利要求9所述的一种基于音频的DME演示教学仪器实现方法，其特征在于，询问器进行距离计算并显示方法为：FPGA芯片I接收应答音频信号后，开始进行距离计算，测量时间减去固有延时后，剩下的时间就是声音信号在空气中传播所需的时间，这一时间是声音信号往返一次所用的时间，计算距离时，需要的是单程时间，DME测距采用应答式双程脉冲测距原理，DME发射询问脉冲，地面信标台用做应答器，地面信标台收到询问后延迟一段时间再发射回答脉冲，机载设备测量询问脉冲与收到回答脉冲的时间间隔，并把此差值转变成距离读数，根据DME测距原理以及测量的斜距公式：R=((T-T0))/2C，其中R为距离，T=t1+t2，t1为应答器接收询问信号的时间，t2为询问器接收到应答信号的时间，T0为***的固有延时，C为光速，得到测量的距离。