一種tcas、s模式應(yīng)答機(jī)和ads-b綜合射頻系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和ADS-B綜合射頻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，TCAS基于二次監(jiān)視雷達(dá)詢問/應(yīng)答方式工作，作為保障飛行安全的關(guān)鍵設(shè)備在民用航空領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，通過監(jiān)視本機(jī)周圍空域中其他飛機(jī)的存在、位置以及運(yùn)動(dòng)狀況，以使飛行員根據(jù)本機(jī)鄰近空域中交通狀況的情況下，主動(dòng)采取回避措施，以避免飛機(jī)空中相撞事故的發(fā)生。本機(jī)發(fā)射詢問信號(hào)后，接收目標(biāo)機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，解析出目標(biāo)機(jī)高度、方位和距離等飛行參數(shù)，同時(shí)與本機(jī)的航跡數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和計(jì)算，得出目標(biāo)機(jī)的升降速率、距離變化率等信息，判斷出與目標(biāo)機(jī)相撞的可能性，給出交通咨詢(TA)和決策咨詢(RA)建議。
[0003]S模式應(yīng)答機(jī)配合機(jī)載TCAS設(shè)備以實(shí)現(xiàn)空/空協(xié)調(diào)避撞，同時(shí)也與地面二次雷達(dá)詢問機(jī)配合，以完成地面空中交通管制。S模式的上/下行數(shù)據(jù)鏈可以用于地空雙向數(shù)據(jù)和本機(jī)與目標(biāo)機(jī)之間協(xié)調(diào)避撞信息的交換。S模式應(yīng)答機(jī)通過天線接收地面詢問機(jī)或機(jī)載TCAS設(shè)備發(fā)出的1030MHz詢問信號(hào)，根據(jù)解碼結(jié)果，進(jìn)行相應(yīng)模式的應(yīng)答編碼，送調(diào)制器形成1090MHz調(diào)制脈沖，再經(jīng)發(fā)射機(jī)和濾波后經(jīng)天線輻射到空中。
[0004]1090ES ADS-B是航空器或者是在飛行區(qū)域內(nèi)運(yùn)行的車輛定期發(fā)送其狀態(tài)向量和其他信息，機(jī)載電子設(shè)備自動(dòng)廣播飛行的呼號(hào)、位置、高度、速度和其他一些參數(shù)，通常每500ms廣播一次位置信息。在支線客機(jī)或干線機(jī)上，1090ES ADS-BOUT機(jī)載設(shè)備通常由S模式應(yīng)答機(jī)實(shí)現(xiàn)，S模式應(yīng)答機(jī)通過GNSS衛(wèi)星獲得飛機(jī)實(shí)時(shí)位置信息和三維速度信息，從大氣數(shù)據(jù)系統(tǒng)得到飛機(jī)的氣壓高度信息，通過將上述信息及其附加信息如飛機(jī)標(biāo)識(shí)、飛機(jī)類型等向空中廣播。1090ES ADS-B IN機(jī)載設(shè)備通?？捎蒚CAS交通計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)，處理后的結(jié)果可通過機(jī)載⑶TI顯示，飛行員可通過⑶TI查看附近空域交通狀況。
[0005]在空中交通管制機(jī)載設(shè)備領(lǐng)域，當(dāng)前業(yè)界廣泛使用的是由TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)等模塊構(gòu)成的綜合監(jiān)視系統(tǒng)和獨(dú)立的TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B設(shè)備，TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B三個(gè)功能綜合為一體的新型監(jiān)視系統(tǒng)僅在部分新型的干線飛機(jī)上使用，通常1090ES ADS-B IN僅實(shí)現(xiàn)上天線或下天線的分時(shí)接收，覆蓋不全，存在部分盲區(qū)。由于硬件環(huán)境和信道設(shè)計(jì)的差異，傳統(tǒng)的分立式TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B設(shè)備資源獨(dú)立，復(fù)用性低，設(shè)備之間交聯(lián)關(guān)系復(fù)雜。鑒于目前技術(shù)條件，本發(fā)明參考已有的綜合監(jiān)視系統(tǒng)硬件電路，通過改進(jìn)射頻信道電路結(jié)構(gòu)，升級(jí)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理軟件即可實(shí)現(xiàn)上述功能，具有便于實(shí)現(xiàn)、擴(kuò)展性強(qiáng)、技術(shù)新穎等特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和ADS-B綜合射頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用天線復(fù)用和射頻信道優(yōu)化設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B三個(gè)功能合為一體的機(jī)載監(jiān)視設(shè)備。
[0007]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和ADS-B綜合射頻系統(tǒng)，包括上/下天線，其用于接收1030MHz/1090MHz和發(fā)射1030MHz/1090MHz信號(hào)；接收模塊，其與上/下天線連接，用于將所述上/下天線接收到的1030MHz和1090MHz信號(hào)進(jìn)行預(yù)選濾波、限幅、放大和射頻信號(hào)處理；信號(hào)處理模塊，其與接收模塊連接，用于對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別、信息解碼，并將解碼后的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊，其與信號(hào)處理模塊連接，用于對(duì)解碼后的信息進(jìn)行處理送往外部設(shè)備，或?qū)⑿枰l(fā)射的信息發(fā)送至信號(hào)處理模塊，并實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交聯(lián)和接口通信；發(fā)射模塊，其輸入端與信號(hào)處理模塊連接，輸出端與接收模塊連接，用于對(duì)信號(hào)處理模塊編碼后的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大、衰減，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)送入接收模塊；頻率源模塊，用于產(chǎn)生接收模塊混頻所需的本振信號(hào)和發(fā)射模塊調(diào)制所需的載波信號(hào)。
[0008]進(jìn)一步的，所述上/下天線分別包含四個(gè)天線振子和與之匹配的波束形成網(wǎng)絡(luò)。
[0009]進(jìn)一步的，所述接收模塊包括:與對(duì)應(yīng)的天線振子相連接的低通濾波器，與對(duì)應(yīng)的低通濾波器相連接的電壓偏置單元，與對(duì)應(yīng)的電壓偏置單元相連接的收/發(fā)開關(guān)，與對(duì)應(yīng)的收/發(fā)開關(guān)相連接的預(yù)選濾波器，與對(duì)應(yīng)的預(yù)選濾波器相連接的限幅器，與對(duì)應(yīng)的限幅器相連接的低噪聲放大器，與對(duì)應(yīng)的低噪聲放大器相連接的射頻信號(hào)處理單元。
[0010]進(jìn)一步的，所述發(fā)射模塊包括與頻率源模塊連接的調(diào)制器，與調(diào)制器連接的發(fā)射機(jī)，與發(fā)射機(jī)連接的數(shù)控衰減器，與數(shù)控衰減器連接的天線選擇開關(guān)，以及與天線選擇開關(guān)連接的4選I開關(guān)。
[0011]進(jìn)一步的，所述頻率源模塊包括高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償晶振，與高穩(wěn)定度溫度補(bǔ)償晶振連接的鎖相環(huán)，與鎖相環(huán)連接的壓控振蕩器，分別與壓控振蕩器連接的放大器和濾波器，分別與放大器和濾波器連接的功分器。
[0012]進(jìn)一步的，所述射頻信號(hào)處理單元包括功分器，分別與功分器連接的S模式應(yīng)答機(jī)射頻信號(hào)處理子單元和TCAS/1090ES ADS-B射頻信號(hào)處理子單元；
[0013]其中，所述S模式應(yīng)答機(jī)射頻信號(hào)處理子單元包括與功分器連接的1030MHz濾波器，與1030MHz濾波器連接的第一低噪聲放大器LNA，與第一低噪聲放大器LNA連接的1030MHz射頻信號(hào)A/D變換器；
[0014]所述TCAS/1090ES ADS-B射頻信號(hào)處理子單元包括與功分器連接的1090MHz濾波器，與1090MHz濾波器連接的第二低噪聲放大器LNA，與第二低噪聲放大器LNA連接的1090MHz射頻信號(hào)A/D變換器。
[0015]進(jìn)一步的，所述射頻信號(hào)處理單元包括鏡頻抑制濾波器，與所述鏡頻抑制濾波器相連接的混頻器，與所述混頻器相連接的功分器，分別與所述功分器相連接的S模式應(yīng)答機(jī)射頻信號(hào)處理子單元和TCAS/1090ES ADS-B射頻信號(hào)處理子單元；
[0016]其中，所述S模式應(yīng)答機(jī)射頻處理子單元包括與功分器連接的第一中頻濾波器，與所述第一中頻濾波器連接的第一中頻放大器IFA，與所述第一中頻放大器IFA連接的第二中頻濾波器，與所述第二中頻濾波器連接的第一 A/D變換器；
[0017]所述TCAS/1090ES ADS-B射頻信號(hào)處理子單元包括與所述功分器連接的第三中頻濾波器，與所述第三中頻濾波器連接的第二中頻放大器IFA、與第二中頻放大器IFA連接的第四中頻濾波器，與第四中頻濾波器連接的第二 A/D變換器。
[0018]進(jìn)一步的，所述射頻信號(hào)處理單元包括功分器，分別與功分器連接的S模式應(yīng)答機(jī)射頻信號(hào)處理子單元和TCAS/1090ES ADS-B射頻信號(hào)處理子單元；
[0019]其中，所述S模式應(yīng)答機(jī)射頻處理子單元包括與功分器連接的1030MHz鏡頻抑制濾波器，與1030MHz鏡頻抑制濾波器連接的第一混頻器，與第一混頻器連接的第一中頻濾波器，與第一中頻濾波器連接的第一中頻放大器IFA，與第一中頻放大器IFA連接的第二中頻濾波器，與第二中頻濾波器連接的第一 A/D變換器；
[0020]所述TCAS/1090ES ADS-B射頻處理子單元包括與功分器連接的1090MHz鏡頻抑制濾波器，與1090MHz鏡頻抑制濾波器連接的第二混頻器，與第二混頻器連接的第三中頻濾波器，與第三中頻濾波器連接的第二中頻放大器IFA，與第二中頻放大器IFA連接的第四中頻濾波器，與第四中頻濾波器連接的第二 A/D變換器。
[0021]本發(fā)明的有益效果:
[0022]一、本發(fā)明將TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B三個(gè)功能集成為一體，一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)三個(gè)功能，結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高。在射頻收發(fā)通道上參考綜合監(jiān)視系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)思路，利用8個(gè)接收信道接收TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ESADS-B信號(hào)。相比已有綜合監(jiān)視系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了上、下天線1090ES ADS-B信號(hào)的同時(shí)接收處理，避免了 1090ES ADS-B信號(hào)接收的遺漏，增加了覆蓋；TCAS射頻信號(hào)上、下天線同時(shí)接收，信號(hào)處理可根據(jù)需要靈活選取上、下天線的信號(hào)進(jìn)行處理，而已有綜合監(jiān)視系統(tǒng)通過開關(guān)選擇來實(shí)現(xiàn)上、下天線信號(hào)的分時(shí)接收。
[0023]二、本發(fā)明接收模塊的射頻信號(hào)處理單元可采用高速A/D進(jìn)行直接射頻帶通采樣，并在信號(hào)處理模塊的FPGA芯片中構(gòu)建數(shù)字下變頻器，由于無需使用模擬下變頻器及其外圍相關(guān)器件，射頻電路簡(jiǎn)單，數(shù)字化程度高，設(shè)備體積、重量也大為降低，而可靠性進(jìn)一步得到提高。
[0024]三、本發(fā)明可根據(jù)應(yīng)用平臺(tái)的不同需求，進(jìn)行天線數(shù)量和收發(fā)鏈路結(jié)構(gòu)裁剪，以滿足支線客機(jī)、通用飛機(jī)、地面管制站等不同應(yīng)用平臺(tái)的實(shí)際要求。
【附圖說明】
[0025]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)整體功能方框圖。
[0026]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中射頻信號(hào)處理單元的實(shí)施例一方框圖。
[0027]圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中射頻信號(hào)處理單元的實(shí)施例二方框圖。
[0028]圖4是本發(fā)明系統(tǒng)中射頻信號(hào)處理單元的實(shí)施例三方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]圖1所示，涉及一種基于TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B綜合的射頻系統(tǒng)，其具有傳統(tǒng)分立監(jiān)視設(shè)備所不具備的射頻綜合功能，利用天線復(fù)用技術(shù)和八個(gè)射頻信道收發(fā)TCAS、S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES ADS-B射頻信號(hào)；該系統(tǒng)具體包括上/下天線，其用于接收1030MHz/1090MHz和發(fā)射1030MHz/1090MHz信號(hào)；接收模塊，其與上/下天線連接，用于將所述上/下天線接收到的1030MHz和1090MHz信號(hào)進(jìn)行預(yù)選濾波、限幅、放大和射頻信號(hào)處理；信號(hào)處理模塊，其與接收模塊連接，用于對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行模式識(shí)別、信息解碼，并將解碼后的信息發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；數(shù)據(jù)處理模塊，其與信號(hào)處理模塊連接，用于對(duì)解碼后的信息進(jìn)行處理送往外部設(shè)備，或?qū)⑿枰l(fā)射的信息發(fā)送至信號(hào)處理模塊，并實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備的數(shù)據(jù)交聯(lián)和接口通信；發(fā)射模塊，其輸入端與信號(hào)處理模塊連接，輸出端與接收模塊連接，用于對(duì)信號(hào)處理模塊編碼后的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制、放大、衰減，通過開關(guān)網(wǎng)絡(luò)送入接收模塊；頻率源模塊，用于產(chǎn)生接收模塊混頻所需的本振信號(hào)和發(fā)射模塊調(diào)制所需的載波信號(hào)。
[0030]另外，所述上/下天線分別包含四個(gè)天線振子和與之匹配的波束形成網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)偏置電壓加載與否，可實(shí)現(xiàn)空間全向或定向波束的輻射。
[0031]其中的接收模塊包括:與對(duì)應(yīng)的天線振子相連接的低通濾波器，與對(duì)應(yīng)的低通