一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，包含信號(hào)采集模塊、二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時(shí)分多址控制模塊，通過(guò)合理的資源調(diào)度，采用時(shí)分流水的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)AC模式詢問(wèn)應(yīng)答、S模詢問(wèn)應(yīng)答以及1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out的所有功能。同時(shí)能夠獨(dú)立的模擬裝備了S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)二次雷達(dá)信號(hào)和裝備了1090ES系統(tǒng)的飛機(jī)二次雷達(dá)信號(hào)；通過(guò)模擬多架運(yùn)動(dòng)或靜止的可靠飛機(jī)模型，構(gòu)架復(fù)雜空域環(huán)境加速空管產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
【專利說(shuō)明】一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種AC模式應(yīng)答、S模式應(yīng)答與1090-ES類空管信號(hào)的模擬機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]S模式應(yīng)答機(jī)主要功能是接收地面空管控制中心和安裝了 ACAS系統(tǒng)的飛機(jī)發(fā)送的1030MHz詢問(wèn)信號(hào)，通過(guò)一定的信號(hào)處理、信息處理按要求向詢問(wèn)飛機(jī)或地面空管控制中心發(fā)送1090MHz的應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)S模式應(yīng)答機(jī)還必須每秒通過(guò)squitter報(bào)文向周圍空域廣播本機(jī)信息。
[0003]1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out主要功能是使用國(guó)際空管空中交通管制鏈路，采用二次雷達(dá)技術(shù)的擴(kuò)展報(bào)文格式，向周圍空域每秒廣播本機(jī)信息，包括本機(jī)經(jīng)緯度、空中識(shí)別碼、空速、地速等信息。
[0004]目前，二次雷達(dá)相關(guān)的空管類產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程中，缺乏一種有效的、可靠的構(gòu)架復(fù)雜空域環(huán)境的手段，迫切需要一種能夠同時(shí)獨(dú)立的模擬多架次、多模式空管信號(hào)的仿真機(jī)，同時(shí)能滿足減輕系統(tǒng)重量、體積、功耗、成本的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，利用通用應(yīng)答機(jī)平臺(tái)的復(fù)用，通過(guò)合理的資源調(diào)度，采用時(shí)分流水的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)AC模式詢問(wèn)應(yīng)答、S模詢問(wèn)應(yīng)答以及1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out的所有功能。同時(shí)能夠獨(dú)立的模擬裝備了 S模式應(yīng)答機(jī)的飛機(jī)二次雷達(dá)信號(hào)和裝備了 1090ES系統(tǒng)的飛機(jī)二次雷達(dá)信號(hào)；通過(guò)模擬多架運(yùn)動(dòng)或靜止的可靠飛機(jī)模型，構(gòu)架復(fù)雜空域環(huán)境加速空管產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，包含信號(hào)采集模塊、二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時(shí)分多址控制模塊。
[0008]所述信號(hào)采集模塊用于接收包含模擬入侵飛機(jī)的高度、距離、經(jīng)緯度的模擬信號(hào)，接收包含真實(shí)的飛機(jī)高度和經(jīng)緯度信息的真實(shí)信號(hào)，所述模擬信號(hào)和真實(shí)信號(hào)的選擇由上位機(jī)配置信息決定；
[0009]所述二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊根據(jù)采集的模擬信號(hào)與真實(shí)信號(hào)完成AC模式、S模式和ADS-B out模式的配置，二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊根據(jù)上位機(jī)的控制，選擇當(dāng)前時(shí)刻需要發(fā)射的模式，根據(jù)不同的發(fā)射模式選擇不同的信息量進(jìn)行編碼發(fā)射工作；
[0010]所述時(shí)分多址控制模塊用于為各信號(hào)的發(fā)射提供時(shí)分多址的時(shí)間分配；
[0011]所述射頻發(fā)射控制模塊用于根據(jù)所述時(shí)分多址控制模塊和二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊的信號(hào)完成射頻發(fā)射與接收的切換、上下天線的切換、以及各個(gè)模式的發(fā)射信號(hào)的優(yōu)先級(jí)發(fā)射問(wèn)題。
[0012]依據(jù)上述特征，所述二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊包含數(shù)據(jù)緩存區(qū)、AC模式處理模塊、S模式處理模塊、ADS-B out處理模塊；
[0013]所述數(shù)據(jù)緩存區(qū)用于存儲(chǔ)采集到的模擬信號(hào)和真實(shí)信號(hào)的最新更新值；
[0014]所述AC模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息完成被測(cè)設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號(hào)源1090MHz應(yīng)答完成AC模式的應(yīng)答信號(hào)配置；
[0015]S模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息通過(guò)上位機(jī)的控制完成S模式的應(yīng)答信號(hào)的配置、S模式的廣播信號(hào)Squitter的配置，完成空域S模式飛機(jī)構(gòu)建；
[0016]所述ADS-B out處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息，生成空速ES幀、飛機(jī)空中標(biāo)示ES幀以及飛機(jī)空中位置ES幀的，模擬ADS-B out模式的廣播信號(hào)的配置。
[0017]依據(jù)上述特征，所述射頻發(fā)射控制模塊在判斷當(dāng)前發(fā)射信號(hào)的優(yōu)先級(jí)時(shí)，AC模式、S模式的應(yīng)答信號(hào)高于S模式、ADS-B out模式的廣播信號(hào)，一旦有應(yīng)答信號(hào)需要發(fā)射，廣播信號(hào)會(huì)處于延遲發(fā)送的狀態(tài)。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:提供的一種基于S模式應(yīng)答機(jī)與1090-ES多模式信號(hào)激勵(lì)技術(shù)可以利用一套基本的硬件平臺(tái)完成S模式應(yīng)答機(jī)和1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out系統(tǒng)的所用功能。可以模擬多架次、多模式類型的飛機(jī)空管信號(hào)，能夠?yàn)榭展墚a(chǎn)品的開發(fā)構(gòu)建復(fù)雜空域環(huán)境，提供模擬信號(hào)激勵(lì)源，加速新產(chǎn)品的開發(fā)流程。同時(shí)，設(shè)備硬件與1090應(yīng)答機(jī)硬件結(jié)構(gòu)一致，軟件成本綜合考慮了 S模式應(yīng)答邏輯。具備設(shè)備兼容性強(qiáng)、改裝成本低的特點(diǎn)，具有顯著的市場(chǎng)前景和經(jīng)濟(jì)效益。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的邏輯處理示意圖；
[0021]圖3為本發(fā)明的時(shí)間分配管理示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
[0023]本發(fā)明主要基于FPGA+PowerPC的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)模擬多架次、多模式類型的空管信號(hào)的效果。如圖1所示為本發(fā)明的基本硬件架構(gòu)圖。
[0024]接口部分:本發(fā)明支持3種波特率的RS232信號(hào)接口用于模擬入侵飛機(jī)的高度、距離、經(jīng)緯度等基本的飛機(jī)屬性。同時(shí)支持兩路真實(shí)429信號(hào)用于接收GNSS和ADC的真實(shí)的飛機(jī)高度和經(jīng)緯度信息。模擬信號(hào)與真實(shí)信號(hào)的選擇由上位機(jī)配置信息決定。
[0025]FPGA處理部分:該部分完成本發(fā)明的二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊，包括AC模式處理模塊和S模式處理模塊；ADS-B out處理模塊；射頻發(fā)射控制模塊；時(shí)分多址控制模塊等。
[0026]PowerPC處理部分:該部分完成基本的二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模塊的協(xié)議解析部分，如詢問(wèn)解析、應(yīng)答控制等。同時(shí)，該部分還將完成ADS-B out處理部分的數(shù)據(jù)編碼功能，如經(jīng)緯度CPR編碼模塊等。
[0027]RFM模塊:射頻模塊根據(jù)基帶射頻控制信息完成數(shù)字信號(hào)向模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)化過(guò)程。
[0028]如圖2所示為多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)的邏輯處理過(guò)程，具體實(shí)施步驟為:
[0029]1、由信號(hào)采集模塊從外部上位機(jī)或者真實(shí)相關(guān)設(shè)備獲取需要應(yīng)用于模擬入侵飛機(jī)的各類模擬信號(hào)和真實(shí)信號(hào)，主要包括入侵機(jī)高度、入侵機(jī)相對(duì)本機(jī)的距離、入侵機(jī)地址、入侵機(jī)經(jīng)緯度、航姿、速度以及入侵機(jī)ATC碼等必要信息。
[0030]2、由二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊完成AC模式詢問(wèn)應(yīng)答過(guò)程，S模式詢問(wèn)應(yīng)答過(guò)程，以及S模式數(shù)據(jù)配置功能，根據(jù)上位機(jī)控制軟件的控制，配置S模式廣播squitter信號(hào)數(shù)據(jù)，同時(shí)配置接收解碼地址，完成解碼實(shí)現(xiàn)多機(jī)模式測(cè)試信號(hào)生成。根據(jù)發(fā)射控制邏輯中的狀態(tài)機(jī)，選擇當(dāng)前時(shí)刻需要發(fā)射的模式；根據(jù)不同的發(fā)射模式選擇不同的信息量進(jìn)行編碼發(fā)射工作。二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊主要包括數(shù)據(jù)緩存區(qū)、AC模式處理模塊、S模式處理模塊、ADS-B out處理模塊。
[0031]數(shù)據(jù)緩存區(qū):
[0032]由于入侵機(jī)各類信號(hào)量更新周期不一致，需要在FPGA端做數(shù)據(jù)緩存，將各信息量得最新更新值放置在數(shù)據(jù)緩存區(qū)的中。
[0033]AC模式處理模塊:
[0034]當(dāng)系統(tǒng)用于AC模式應(yīng)答時(shí)，由于AC模式應(yīng)答機(jī)不主動(dòng)廣播本機(jī)信息；因此AC模式應(yīng)答信號(hào)的模擬不采用受控模式。被測(cè)設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號(hào)源1090MHz應(yīng)答完成完整的AC模式數(shù)據(jù)鏈的交互。
[0035]S模式處理模塊:
[0036]當(dāng)系統(tǒng)用于S模式應(yīng)答時(shí)，模擬信號(hào)源通過(guò)上位機(jī)的控制完成S模式Squitter數(shù)據(jù)模式的配置，當(dāng)系統(tǒng)用于S模式廣播信道發(fā)送數(shù)據(jù)，完成空域S模式飛機(jī)構(gòu)建。飛機(jī)配置的架次和飛機(jī)飛行信息全部受上位機(jī)控制。
[0037]ADS-B out 處理模塊:
[0038]ADS-B out處理模塊主要完成ADS-B out模擬信號(hào)發(fā)生過(guò)程。主要完成空速ES幀、飛機(jī)空中標(biāo)示ES幀以及飛機(jī)空中位置ES幀的生成。
[0039]當(dāng)系統(tǒng)用于1090ES擴(kuò)展模式應(yīng)答時(shí)，模擬信號(hào)源通過(guò)上位機(jī)軟件配置飛機(jī)飛行的高度、經(jīng)緯度、航向等信息。模擬信號(hào)源接收到數(shù)據(jù)以后，通過(guò)1090ES的特殊格式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(如CRP編碼等)，最后采用S模式長(zhǎng)碼的模式發(fā)送，完成空域1090ES飛機(jī)的構(gòu)建。
[0040]3、時(shí)分多址控制模塊為各信號(hào)的發(fā)射提供時(shí)間分配。
[0041]如圖3所示，為多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)時(shí)間分配示意圖。圖中主要包含Squitter信號(hào)廣播、ADS-B out信號(hào)、以及不定期發(fā)生的應(yīng)答信號(hào)。其中，squitter信號(hào)每秒鐘更新一次，本發(fā)明支持5架次S模式地址飛機(jī)的squitter廣播信息；本發(fā)明要求每架次飛機(jī)的ADS-B在50ms內(nèi)完成發(fā)射，500ms更新一次；同時(shí)，不定期的AC模式或者S模式應(yīng)答信號(hào)的發(fā)射。
[0042]具體地，時(shí)分多址控制模塊將在一詢問(wèn)周期內(nèi)(Is)每隔0.25s產(chǎn)生一個(gè)帶地址碼的入侵飛機(jī)squitter報(bào)文信號(hào)向周圍廣播，這樣可以實(shí)現(xiàn)Is內(nèi)模擬發(fā)射5架次入侵飛機(jī)。同時(shí)將Is劃分為兩個(gè)500ms的間隙,在500ms間隙中以每50ms的周期向外廣播帶不同地址碼的ADS-B out信號(hào)，500ms重復(fù)發(fā)送一次。這樣就能實(shí)現(xiàn)同一秒鐘內(nèi)具備發(fā)送10架次帶ADS-B功能的入侵飛機(jī)。
[0043]4、射頻發(fā)射控制模塊完成射頻發(fā)射與接收的切換、上下天線的切換、以及各個(gè)模式的發(fā)射信號(hào)的優(yōu)先級(jí)發(fā)射問(wèn)題。射頻發(fā)射控制模塊需要判斷當(dāng)前狀態(tài)是否處于接收狀態(tài)，接收狀態(tài)和發(fā)射狀態(tài)互抑制。信號(hào)發(fā)射優(yōu)先級(jí)依次為AC模式應(yīng)答、S模式應(yīng)答、squitter、ADS-B out,如果存在發(fā)射沖突時(shí)根據(jù)以上發(fā)射優(yōu)先級(jí)選擇優(yōu)先級(jí)高的先發(fā)射，優(yōu)先級(jí)低的延遲發(fā)射。
[0044]最后，由于AC模式、S模式、1090ES模式的飛機(jī)信號(hào)采用了時(shí)分復(fù)用的處理過(guò)程，使得每一架飛機(jī)在同一時(shí)段都是唯一的。因此，可以采用時(shí)間輪訓(xùn)的辦法構(gòu)建多架次、多模式的飛機(jī)類型，最終實(shí)現(xiàn)構(gòu)建復(fù)雜空域環(huán)境模擬信號(hào)的目的，加速研發(fā)流程。
【權(quán)利要求】
1.一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，包含信號(hào)采集模塊、二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時(shí)分多址控制模塊，其特征在于: 所述信號(hào)采集模塊用于接收包含模擬入侵飛機(jī)的高度、距離、經(jīng)緯度的模擬信號(hào)，接收包含真實(shí)的飛機(jī)高度和經(jīng)緯度信息的真實(shí)信號(hào)，所述模擬信號(hào)和真實(shí)信號(hào)的選擇由上位機(jī)配置信息決定； 所述二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊根據(jù)采集的模擬信號(hào)與真實(shí)信號(hào)完成AC模式、S模式和ADS-B out模式的配置，二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊根據(jù)上位機(jī)的控制，選擇當(dāng)前時(shí)刻需要發(fā)射的模式，根據(jù)不同的發(fā)射模式選擇不同的信息量進(jìn)行編碼發(fā)射工作； 所述時(shí)分多址控制模塊用于為各信號(hào)的發(fā)射提供時(shí)分多址的時(shí)間分配； 所述射頻發(fā)射控制模塊用于根據(jù)所述時(shí)分多址控制模塊和二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模塊模擬的信號(hào)完成射頻發(fā)射與接收的切換、上下天線的切換、以及各個(gè)模式的發(fā)射信號(hào)的優(yōu)先級(jí)發(fā)射問(wèn)題。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，其特征在于所述二次雷達(dá)詢問(wèn)應(yīng)答模擬模塊包含數(shù)據(jù)緩存區(qū)、AC模式處理模塊、S模式處理模塊、ADS-B out處理模塊； 所述數(shù)據(jù)緩存區(qū)用于存儲(chǔ)采集到的模擬信號(hào)和真實(shí)信號(hào)的最新更新值； 所述AC模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息完成被測(cè)設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號(hào)源1090MHz應(yīng)答完成AC模式的應(yīng)答信號(hào)的配置； S模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息通過(guò)上位機(jī)的控制完成S模式的應(yīng)答信號(hào)的配置、S模式的廣播信號(hào)Squitter的配置，完成空域S模式飛機(jī)構(gòu)建； 所述ADS-B out處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息，生成空速ES幀、飛機(jī)空中標(biāo)示ES幀以及飛機(jī)空中位置ES幀的，模擬ADS-B out模式的廣播信號(hào)的配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式空管信號(hào)仿真激勵(lì)機(jī)，其特征在于所述射頻發(fā)射控制模塊在判斷當(dāng)前發(fā)射信號(hào)的優(yōu)先級(jí)時(shí)，AC模式、S模式的應(yīng)答信號(hào)高于S模式、ADS-Bout模式的廣播信號(hào)，一旦有應(yīng)答信號(hào)需要發(fā)射，廣播信號(hào)會(huì)處于延遲發(fā)送的狀態(tài)。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104316911SQ201410561738
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】張鋒烽, 趙強(qiáng), 郭鴻濱, 蔣豐亦 申請(qǐng)人:中國(guó)航空無(wú)線電電子研究所