一種多模式空管信號仿真激勵的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多模式空管信號仿真激勵機，包含信號采集模塊、二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時分多址控制模塊，通過合理的資源調(diào)度，采用時分流水的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)AC模式詢問應(yīng)答、S模詢問應(yīng)答以及1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out的所有功能。同時能夠獨立的模擬裝備了S模式應(yīng)答機的飛機二次雷達信號和裝備了1090ES系統(tǒng)的飛機二次雷達信號；通過模擬多架運動或靜止的可靠飛機模型，構(gòu)架復(fù)雜空域環(huán)境加速空管產(chǎn)品的開發(fā)過程，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
【專利說明】一種多模式空管信號仿真激勵機

【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類空管信號的模擬機。

【背景技術(shù)】
[0002]S模式應(yīng)答機主要功能是接收地面空管控制中心和安裝了 ACAS系統(tǒng)的飛機發(fā)送的1030MHz詢問信號，通過一定的信號處理、信息處理按要求向詢問飛機或地面空管控制中心發(fā)送1090MHz的應(yīng)答信號，同時S模式應(yīng)答機還必須每秒通過squitter報文向周圍空域廣播本機信息。
[0003]1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out主要功能是使用國際空管空中交通管制鏈路，采用二次雷達技術(shù)的擴展報文格式，向周圍空域每秒廣播本機信息，包括本機經(jīng)緯度、空中識別碼、空速、地速等信息。
[0004]目前，二次雷達相關(guān)的空管類產(chǎn)品的開發(fā)過程中，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獨立的模擬多架次、多模式空管信號的仿真機，同時能滿足減輕系統(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仿真激勵機，利用通用應(yīng)答機平臺的復(fù)用，通過合理的資源調(diào)度，采用時分流水的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)AC模式詢問應(yīng)答、S模詢問應(yīng)答以及1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out的所有功能。同時能夠獨立的模擬裝備了 S模式應(yīng)答機的飛機二次雷達信號和裝備了 1090ES系統(tǒng)的飛機二次雷達信號；通過模擬多架運動或靜止的可靠飛機模型，構(gòu)架復(fù)雜空域環(huán)境加速空管產(chǎn)品的開發(fā)過程，縮短研發(fā)周期，降低研發(fā)成本。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種多模式空管信號仿真激勵機，包含信號采集模塊、二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時分多址控制模塊。
[0008]所述信號采集模塊用于接收包含模擬入侵飛機的高度、距離、經(jīng)緯度的模擬信號，接收包含真實的飛機高度和經(jīng)緯度信息的真實信號，所述模擬信號和真實信號的選擇由上位機配置信息決定；
[0009]所述二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊根據(jù)采集的模擬信號與真實信號完成AC模式、S模式和ADS-B out模式的配置，二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊根據(jù)上位機的控制，選擇當(dāng)前時刻需要發(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行編碼發(fā)射工作；
[0010]所述時分多址控制模塊用于為各信號的發(fā)射提供時分多址的時間分配；
[0011]所述射頻發(fā)射控制模塊用于根據(jù)所述時分多址控制模塊和二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊的信號完成射頻發(fā)射與接收的切換、上下天線的切換、以及各個模式的發(fā)射信號的優(yōu)先級發(fā)射問題。
[0012]依據(jù)上述特征，所述二次雷達詢問應(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)用于存儲采集到的模擬信號和真實信號的最新更新值；
[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設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號源1090MHz應(yīng)答完成AC模式的應(yīng)答信號配置；
[0015]S模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息通過上位機的控制完成S模式的應(yīng)答信號的配置、S模式的廣播信號Squitter的配置，完成空域S模式飛機構(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、飛機空中標(biāo)示ES幀以及飛機空中位置ES幀的，模擬ADS-B out模式的廣播信號的配置。
[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)射信號的優(yōu)先級時，AC模式、S模式的應(yīng)答信號高于S模式、ADS-B out模式的廣播信號，一旦有應(yīng)答信號需要發(fā)射，廣播信號會處于延遲發(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)答機與1090-ES多模式信號激勵技術(shù)可以利用一套基本的硬件平臺完成S模式應(yīng)答機和1090ES數(shù)據(jù)鏈ADS-B out系統(tǒng)的所用功能?？梢阅M多架次、多模式類型的飛機空管信號，能夠為空管產(chǎn)品的開發(fā)構(gòu)建復(fù)雜空域環(huán)境，提供模擬信號激勵源，加速新產(chǎn)品的開發(fā)流程。同時，設(shè)備硬件與1090應(yīng)答機硬件結(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、改裝成本低的特點，具有顯著的市場前景和經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[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)明的時間分配管理示意圖。

【具體實施方式】
[0022]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本發(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)實現(xiàn)模擬多架次、多模式類型的空管信號的效果。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信號接口用于模擬入侵飛機的高度、距離、經(jīng)緯度等基本的飛機屬性。同時支持兩路真實429信號用于接收GNSS和ADC的真實的飛機高度和經(jīng)緯度信息。模擬信號與真實信號的選擇由上位機配置信息決定。
[0025]FPGA處理部分:該部分完成本發(fā)明的二次雷達詢問應(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詢問應(yīng)答模塊的協(xié)議解析部分，如詢問解析、應(yīng)答控制等。同時，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)字信號向模擬信號的轉(zhuǎn)化過程。
[0028]如圖2所示為多模式空管信號仿真激勵機的邏輯處理過程，具體實施步驟為:
[0029]1、由信號采集模塊從外部上位機或者真實相關(guān)設(shè)備獲取需要應(yīng)用于模擬入侵飛機的各類模擬信號和真實信號，主要包括入侵機高度、入侵機相對本機的距離、入侵機地址、入侵機經(jīng)緯度、航姿、速度以及入侵機ATC碼等必要信息。
[0030]2、由二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊完成AC模式詢問應(yīng)答過程，S模式詢問應(yīng)答過程，以及S模式數(shù)據(jù)配置功能，根據(jù)上位機控制軟件的控制，配置S模式廣播squitter信號數(shù)據(jù)，同時配置接收解碼地址，完成解碼實現(xiàn)多機模式測試信號生成。根據(jù)發(fā)射控制邏輯中的狀態(tài)機，選擇當(dāng)前時刻需要發(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行編碼發(fā)射工作。二次雷達詢問應(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]由于入侵機各類信號量更新周期不一致，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，由于AC模式應(yīng)答機不主動廣播本機信息；因此AC模式應(yīng)答信號的模擬不采用受控模式。被測設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號源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，模擬信號源通過上位機的控制完成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模式飛機構(gòu)建。飛機配置的架次和飛機飛行信息全部受上位機控制。
[0037]ADS-B out 處理模塊:
[0038]ADS-B out處理模塊主要完成ADS-B out模擬信號發(fā)生過程。主要完成空速ES幀、飛機空中標(biāo)示ES幀以及飛機空中位置ES幀的生成。
[0039]當(dāng)系統(tǒng)用于1090ES擴展模式應(yīng)答時，模擬信號源通過上位機軟件配置飛機飛行的高度、經(jīng)緯度、航向等信息。模擬信號源接收到數(shù)據(jù)以后，通過1090ES的特殊格式對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理(如CRP編碼等)，最后采用S模式長碼的模式發(fā)送，完成空域1090ES飛機的構(gòu)建。
[0040]3、時分多址控制模塊為各信號的發(fā)射提供時間分配。
[0041]如圖3所示，為多模式空管信號仿真激勵機時間分配示意圖。圖中主要包含Squitter信號廣播、ADS-B out信號、以及不定期發(fā)生的應(yīng)答信號。其中，squitter信號每秒鐘更新一次，本發(fā)明支持5架次S模式地址飛機的squitter廣播信息；本發(fā)明要求每架次飛機的ADS-B在50ms內(nèi)完成發(fā)射，500ms更新一次；同時，不定期的AC模式或者S模式應(yīng)答信號的發(fā)射。
[0042]具體地，時分多址控制模塊將在一詢問周期內(nèi)(Is)每隔0.25s產(chǎn)生一個帶地址碼的入侵飛機squitter報文信號向周圍廣播，這樣可以實現(xiàn)Is內(nèi)模擬發(fā)射5架次入侵飛機。同時將Is劃分為兩個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，500ms重復(fù)發(fā)送一次。這樣就能實現(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。
[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、以及各個模式的發(fā)射信號的優(yōu)先級發(fā)射問題。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。信號發(fā)射優(yōu)先級依次為AC模式應(yīng)答、S模式應(yīng)答、squitter、ADS-B out,如果存在發(fā)射沖突時根據(jù)以上發(fā)射優(yōu)先級選擇優(yōu)先級高的先發(fā)射，優(yōu)先級低的延遲發(fā)射。
[0044]最后，由于AC模式、S模式、1090ES模式的飛機信號采用了時分復(fù)用的處理過程，使得每一架飛機在同一時段都是唯一的。因此，可以采用時間輪訓(xùn)的辦法構(gòu)建多架次、多模式的飛機類型，最終實現(xiàn)構(gòu)建復(fù)雜空域環(huán)境模擬信號的目的，加速研發(fā)流程。
【權(quán)利要求】
1.一種多模式空管信號仿真激勵機，包含信號采集模塊、二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊、射頻發(fā)射控制模塊和時分多址控制模塊，其特征在于: 所述信號采集模塊用于接收包含模擬入侵飛機的高度、距離、經(jīng)緯度的模擬信號，接收包含真實的飛機高度和經(jīng)緯度信息的真實信號，所述模擬信號和真實信號的選擇由上位機配置信息決定； 所述二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊根據(jù)采集的模擬信號與真實信號完成AC模式、S模式和ADS-B out模式的配置，二次雷達詢問應(yīng)答模擬模塊根據(jù)上位機的控制，選擇當(dāng)前時刻需要發(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行編碼發(fā)射工作； 所述時分多址控制模塊用于為各信號的發(fā)射提供時分多址的時間分配； 所述射頻發(fā)射控制模塊用于根據(jù)所述時分多址控制模塊和二次雷達詢問應(yīng)答模塊模擬的信號完成射頻發(fā)射與接收的切換、上下天線的切換、以及各個模式的發(fā)射信號的優(yōu)先級發(fā)射問題。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式空管信號仿真激勵機，其特征在于所述二次雷達詢問應(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)用于存儲采集到的模擬信號和真實信號的最新更新值； 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設(shè)備1030MHz呼叫——模擬信號源1090MHz應(yīng)答完成AC模式的應(yīng)答信號的配置； S模式處理模塊用于從數(shù)據(jù)緩存區(qū)中讀取信息通過上位機的控制完成S模式的應(yīng)答信號的配置、S模式的廣播信號Squitter的配置，完成空域S模式飛機構(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、飛機空中標(biāo)示ES幀以及飛機空中位置ES幀的，模擬ADS-B out模式的廣播信號的配置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多模式空管信號仿真激勵機，其特征在于所述射頻發(fā)射控制模塊在判斷當(dāng)前發(fā)射信號的優(yōu)先級時，AC模式、S模式的應(yīng)答信號高于S模式、ADS-Bout模式的廣播信號，一旦有應(yīng)答信號需要發(fā)射，廣播信號會處于延遲發(fā)送的狀態(tài)。
【文檔編號】G01S7/40GK104316911SQ201410561738
【公開日】2015年1月28日 申請日期: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, 郭鴻濱, 蔣豐亦 申請人:中國航空無線電電子研究所