一種比幅測(cè)向體制的s模式應(yīng)答系統(tǒng)及信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及空中交通管理和空中交通安全監(jiān)視領(lǐng)域，具體涉及一種比幅測(cè)向體制 的S模式應(yīng)答系統(tǒng)及信號(hào)處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002] S模式應(yīng)答機(jī)配合機(jī)載TCAS設(shè)備構(gòu)成TCAS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)空空協(xié)調(diào)避撞，同時(shí)與地面二 次雷達(dá)配合完成空中交通管制，通常兼容原有空中交通管制雷達(dá)信標(biāo)系統(tǒng)(ATCRBS)A/C模 式應(yīng)答機(jī)功能(通常簡(jiǎn)稱(chēng)ATC應(yīng)答機(jī)），同時(shí)也具備離散尋址信標(biāo)系統(tǒng)(DABS，簡(jiǎn)稱(chēng)S模式)S模 式應(yīng)答機(jī)功能。
[0003] 傳統(tǒng)S模式應(yīng)答機(jī)全向接收1030MHz詢(xún)問(wèn)信號(hào)，全向發(fā)射1090MHz應(yīng)答信號(hào)。由于硬 件環(huán)境和信道設(shè)計(jì)的差異，傳統(tǒng)的S模式應(yīng)答機(jī)使用安裝在飛機(jī)頂部與底部的兩部全向天 線完成與地面二次雷達(dá)站或者空中飛機(jī)之間的詢(xún)問(wèn)和應(yīng)答操作，因?yàn)闊o(wú)法判斷詢(xún)問(wèn)信號(hào)的 方位，使得詢(xún)問(wèn)設(shè)備必須保持較高的重復(fù)詢(xún)問(wèn)頻率和較大的發(fā)射功率，以維持與機(jī)載應(yīng)答 機(jī)之間的通信，從而導(dǎo)致了飛行空域中存在大量的射頻信號(hào)干擾，對(duì)于日益繁忙的空中交 通管制造成了嚴(yán)重的影響，同時(shí)傳統(tǒng)S模式應(yīng)答機(jī)作為獨(dú)立的個(gè)體也無(wú)法和TCAS設(shè)備共用 硬件資源和天線信道，造成了硬件資源的浪費(fèi)，不便于地面維護(hù)和管理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種比幅測(cè)向體制的S模式應(yīng)答系統(tǒng)及信號(hào)處理方法，解 決傳統(tǒng)S模式應(yīng)答機(jī)無(wú)法判斷詢(xún)問(wèn)信號(hào)的方位，使得詢(xún)問(wèn)設(shè)備必須保持較高的重復(fù)詢(xún)問(wèn)頻 率和較大的發(fā)射功率，以維持與機(jī)載應(yīng)答機(jī)之間的通信，從而導(dǎo)致飛行空域中存在大量的 射頻信號(hào)干擾，對(duì)于日益繁忙的空中交通管制造成嚴(yán)重的影響，而且傳統(tǒng)S模式應(yīng)答機(jī)作為 獨(dú)立的個(gè)體，無(wú)法和TCAS設(shè)備共用硬件資源和天線信道，造成硬件資源的浪費(fèi)，不便于地面 維護(hù)和管理的問(wèn)題。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種比幅測(cè)向體制的S模式應(yīng)答 系統(tǒng)，包括數(shù)字正交變換單元、數(shù)字正交信號(hào)預(yù)處理單元、A/C/S模式詢(xún)問(wèn)信號(hào)解碼單元、S 模式應(yīng)答PPM/PCM編碼單元、DA芯片數(shù)據(jù)配置單元、數(shù)據(jù)處理單元、應(yīng)答信號(hào)方位角控制單 元以及全向/定向天線控制單元；
[0006] 數(shù)字正交變換單元用于接收測(cè)向信號(hào)，并對(duì)測(cè)向信號(hào)進(jìn)行濾波；
[0007] 數(shù)字正交信號(hào)預(yù)處理單元用于對(duì)數(shù)字正交變換單元輸出的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)特征提 取、詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算以及ASK包絡(luò)解調(diào)；
[0008] A/C/S模式詢(xún)問(wèn)信號(hào)解碼單元用于對(duì)數(shù)字正交信號(hào)預(yù)處理單元輸出的詢(xún)問(wèn)信號(hào)包 絡(luò)波形進(jìn)行解碼，并將解碼后的信號(hào)輸出至數(shù)據(jù)處理單元；
[0009] S模式應(yīng)答PPM/PCM編碼單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元給出的應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行編碼;DA芯片 數(shù)據(jù)配置單元根據(jù)S模式應(yīng)答PPM/PCM編碼單元的編碼信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行配置;數(shù)據(jù)處理單 元用于產(chǎn)生本機(jī)應(yīng)答信號(hào)數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)分別輸出值S模式應(yīng)答PPM/PCM編碼單元 和外部設(shè)備；
[0010]應(yīng)答信號(hào)方位角控制單元用于產(chǎn)生方位角控制信號(hào)；
[0011]全向/定向天線控制單元根據(jù)應(yīng)答信號(hào)方位角控制單元發(fā)出的方位角控制信號(hào)， 控制天線在全向和定向兩種模式切換。
[0012] 進(jìn)一步地，作為優(yōu)選方案，所述數(shù)字正交變換單元包括數(shù)字信號(hào)帶通濾波器模塊 和數(shù)字正交變換器模塊，數(shù)字信號(hào)帶通濾波器模塊接收測(cè)向信號(hào)并完成信號(hào)濾波，濾波后 的信號(hào)經(jīng)數(shù)字正交變換器組模塊進(jìn)行數(shù)字正交變換處理。
[0013] 進(jìn)一步地，作為優(yōu)選方案，所述數(shù)字正交信號(hào)預(yù)處理單元包括信號(hào)特征提取模塊、 詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算模塊以及ASK包絡(luò)解調(diào)模塊，所述信號(hào)特征提取模塊對(duì)數(shù)字正交變換 后的信號(hào)進(jìn)行特征提取，得到信號(hào)幅度、相位、頻率;詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算模塊根據(jù)提取到 的特征，產(chǎn)生詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位信息并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元;ASK包絡(luò)解調(diào)模塊根據(jù)信號(hào)特征提 取模塊提取到的特征，得到詢(xún)問(wèn)信號(hào)包絡(luò)波形，并將該詢(xún)問(wèn)信號(hào)包絡(luò)波形輸出至A/C/S模式 詢(xún)問(wèn)信號(hào)解碼單元。
[0014] 一種基于上述比幅測(cè)向體制的S模式應(yīng)答機(jī)的信號(hào)處理方法，包括以下處理步驟：
[0015] (a)數(shù)字正交變換單元接收待處理的測(cè)向信號(hào)，并對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波、數(shù)字 正交變換處理；
[0016] (b)經(jīng)數(shù)字正交變換處理后的信號(hào)進(jìn)入數(shù)字正交預(yù)處理單元，信號(hào)在數(shù)字正交預(yù) 處理單元完成信號(hào)特征提取，提取后的信號(hào)分別進(jìn)行詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算、ASK包絡(luò)解調(diào)；
[0017] (c)-方面，提取后的信號(hào)經(jīng)詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算得到詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位信息，將該詢(xún) 問(wèn)信號(hào)方位信息輸入數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元輸出相應(yīng)的應(yīng)答信息；另一方面，提取后 的信號(hào)經(jīng)ASK包絡(luò)解調(diào)得到詢(xún)問(wèn)信號(hào)包絡(luò)波形，將該詢(xún)問(wèn)信號(hào)包絡(luò)波形輸入A/C/S模式詢(xún)問(wèn) 信號(hào)解碼單元完成解碼工作；
[0018] (d)S模式應(yīng)答PPM/PCM編碼單元對(duì)A/C/S模式詢(xún)問(wèn)信號(hào)解碼單元解碼后的信號(hào)進(jìn) 行編碼，并將編碼后的信號(hào)輸入DA芯片數(shù)據(jù)配置單元；
[0019] (e)應(yīng)答信號(hào)方位角控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元給出的方位角，產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)方 位信息和天線控制信息；
[0020] (f)全向/定向天線控制單元根據(jù)步驟(e)給出的天線控制信息，控制天線實(shí)現(xiàn)全 向和定向兩種模式的切換。
[0021] 進(jìn)一步地，作為優(yōu)選方案，所述步驟(c)中詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算的具體過(guò)程為：
[0022] (cl)通過(guò)四個(gè)天線陣子接收提取后的信號(hào)，并將每個(gè)天線陣子接收到的信號(hào)送入 各自對(duì)應(yīng)的信道；
[0023] (c2)每個(gè)信道輸出的信號(hào)都分別送到兩個(gè)減法器；
[0024] (c3)在減法器內(nèi)，每個(gè)天線陣子的輸出信號(hào)與左右相鄰天線陣子的輸出信號(hào)進(jìn)行 比幅運(yùn)算，得到方位碼，并將方位碼傳輸給數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行后續(xù)處理。
[0025] 進(jìn)一步地，作為優(yōu)選方案，所述步驟(c2)的具體過(guò)程為：
[0026] (c21)將四個(gè)天線陣子輸出的信號(hào)分別送入四個(gè)信道，四個(gè)信道分別輸出信號(hào)A、 B、C、D，每個(gè)信道輸出兩路信號(hào)；
[0027] ((^22)信號(hào)4和8加到減法器11，信號(hào)8和(：加到減法器12，信號(hào)(：和0加到減法器了3， 信號(hào)D和A加到減法器J4。
[0028] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0029] (1)本發(fā)明在射頻收發(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，配合專(zhuān)用 TCAS天線實(shí)現(xiàn)射頻信號(hào)定向收發(fā)的功能，大幅減少地面二次雷達(dá)站詢(xún)問(wèn)所帶來(lái)的異步串?dāng)_ 問(wèn)題;并利用定向天線收發(fā)增益，增長(zhǎng)探測(cè)距離和降低發(fā)射機(jī)功率;詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位解算和應(yīng) 答信號(hào)方位角控制的軟件邏輯算法全部集成在FPGA中，處理時(shí)間短，時(shí)效性強(qiáng)，數(shù)字化程度 尚。
[0030] (2)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;并可根據(jù)收發(fā)天線的設(shè)計(jì) 特性，完成應(yīng)答信號(hào)方位角控制軟件算法的自適應(yīng)匹配。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為詢(xún)問(wèn)信號(hào)方位角計(jì)算過(guò)程示意圖；
[0033]圖3為定向天線四陣子方向圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。 [0035] 實(shí)施