專利名稱：一體化tcas在復(fù)雜環(huán)境下的信號提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及新一代機載TCAS系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的信號提取反復(fù)，屬于信號處理 技術(shù)和空中交通管理及安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛機上的防撞系統(tǒng)，美國航空體系稱為空中交通預(yù)警和防撞系統(tǒng)(以下簡稱 TCAS)，歐洲航空體系稱為機載防撞系統(tǒng)，兩者的含義、功能是一致的，而且組成也基本相 似，因此本發(fā)明申請說明書以TCAS為技術(shù)背景進行描述。經(jīng)過多年的發(fā)展，TCAS系統(tǒng)已發(fā)展出多種型號，如TCAS I、TCAS II、TCAS III、 TCAS IV。其中TCAS II目前應(yīng)用最為廣泛，它可以給飛機駕駛員提供以不同顏色和形狀顯 示臨近飛機的相對高度、距離、方位、上升/下降狀態(tài)等信息的交通提示(TA)和顯示俯仰通 道改變、姿態(tài)保持、高度保持等信息的解決方式(RA)。其他更高版本型號體系結(jié)構(gòu)以TCAS II為基礎(chǔ)，只是在功能上略有差別。在現(xiàn)有的TCAS系統(tǒng)中，接收信號經(jīng)過模擬濾波器濾波后，由視頻處理器將其轉(zhuǎn)換 為數(shù)字信號，再由譯碼移位寄存器進行譯碼。譯碼移位寄存器由多個非門、RS觸發(fā)器、JK觸 發(fā)器、并行存取移位寄存器等組成。譯碼移位寄存器在進行譯碼識別前同步脈沖時，必須要 有相應(yīng)的定時時鐘，而在現(xiàn)有TCAS系統(tǒng)中，該時鐘由獨立的晶體振蕩器提供。隨著千萬門 級FPGA芯片的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有TCAS系統(tǒng)的前同步脈沖初始檢測電路就相對的存在 體積大、電路復(fù)雜、穩(wěn)定性及抗干擾能力低等確定。而TCAS系統(tǒng)作為一種工作于復(fù)雜電子 環(huán)境且安裝于空間有限的飛機上的電子設(shè)備，它必須要竟可能的縮小自己的體積、提高自 己的穩(wěn)定性及抗干擾能力。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對TCAS信號提起的準(zhǔn)確性并縮小體積，本發(fā)明設(shè)計新的 譯碼電路及信號提起流程，通過對脈沖位置的初始檢測，前同步脈沖初始檢測，參考功率計 算，混疊干擾信號去除等方法來實現(xiàn)；本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是設(shè)計一體化TCAS系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境 下的信號提取流程，它包括(1)脈沖位置的初始檢測；事先設(shè)定了一個門限值，規(guī)定如果采樣信號值在門限 之上，則當(dāng)前采樣值是一個有效的脈沖位置，其它采樣點依此類推。那么，只有當(dāng)連續(xù)幾個 采樣點的值都在門限之上時，認定此位置是一個有效的脈沖位置；(2)前同步脈沖初始檢測；只有當(dāng)前同步脈包含有規(guī)定數(shù)目的脈沖時，才判定其 為一個有效報頭；a)對于譯碼所需的定時時鐘，本發(fā)明使用FPGA自帶的具有高穩(wěn)定度和抗干擾能 力的PLL(鎖相環(huán))來實現(xiàn)；PLL只需要一個晶體振蕩器提供的正弦信號，就能輸出一路或 多路倍頻或分頻的方波信號；
b)以基于FPGA的狀態(tài)機來替代原TCAS的非門、RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、并行存取 移位寄存器等來實現(xiàn)脈沖頭的識別。當(dāng)接收到的脈沖信號輸入后，通過按照各種信號格式 編寫的狀態(tài)機時，若其符合某種信號格式的狀態(tài)機邏輯，則在信號的有效數(shù)據(jù)段使能譯碼 電路輸出有效數(shù)據(jù)；若其不符合，則在發(fā)現(xiàn)不符合后，回到該狀態(tài)機的起始端等待識別解調(diào) 下一條脈沖信號；(3)參考功率計算；通過采信號取均值獲得；(4)混疊干擾信號的去除；通過針對兩個S模式應(yīng)答混疊的現(xiàn)象以及S模式應(yīng)答 與A-C模式詢問混疊現(xiàn)象的分析，對三種可能出現(xiàn)的情況分別進行處理去混疊；(5)再觸發(fā)測試；記當(dāng)前報頭的參考功率是Sref_power，與13 μ s后某參考功率為SMf power_new ；如果__Srefj)。WCT > 3dB，那么中止舊應(yīng)答的處理轉(zhuǎn)而處理新的應(yīng)答，這樣就 能保證正在處理的是一段時間內(nèi)最有可能的S模式報文；SrefJ)。WCT new-SMf P。WCT≤3dB,則不打 斷舊信號的處理過程，而丟棄新的報頭及它所帶的數(shù)據(jù)；(6)S模式數(shù)據(jù)處理；確認檢測到了 S模式應(yīng)答數(shù)據(jù)，可以對報頭后面的56位經(jīng) PPM調(diào)制的數(shù)據(jù)位進行處理和解碼。本發(fā)明的有益效果是，由于本發(fā)明設(shè)計了新的信號提取流程，使得信號提取速度 更快，數(shù)據(jù)更加有效。


附圖1是復(fù)雜環(huán)境信號提取程序流程圖附圖2是上升沿位置示意圖附圖3是下降沿位置示意圖
具體實施例方式在本實施例中，對于信號提取的過程，主要是各種信號的報頭檢測的過程，只有檢 測到了正確的報頭信號，才能對接下來的數(shù)據(jù)信息進行解碼。我們以提取S模式應(yīng)答信號 為例進行說明，如果采用20MHZ的采樣頻率，那么S模式應(yīng)答中的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，可以得到10個 采樣點。在融合了現(xiàn)有可用文獻上的檢測技術(shù)，設(shè)計中突出了信號功率在報頭檢測中的關(guān) 鍵作用，對于信號提取著重從脈沖沿提取、脈沖初始檢測、參考功率計算、再觸發(fā)測試、去混 疊干擾信號等幾個方面進行研究。信號提取的流程如圖1所示。由于模擬接收部分已經(jīng)對輸入的信號進行了對數(shù)放大，所以，中頻接收中的數(shù)字 信號已經(jīng)可以表征信號的功率。下面以S模式為例，逐步展開對幾個檢測模塊的討論1脈沖位置的初始檢測要檢測一個脈沖，需要對脈沖的位置、脈沖的上升沿、及下降沿幾個信息有充分的 了解。其測試如下事先設(shè)定了一個門限值Threshold，規(guī)定采樣信號值在門限之上，則當(dāng)前采樣值是 一個有效的脈沖位置，其它采樣點依此類推。那么，只有當(dāng)連續(xù)幾個采樣點的值(至少8個 以上，0.4秒)都在門限之上時，認定此位置是一個有效的脈沖位置。即在20MHz的采樣頻 率下，如果 Si ≥ Threshold,同時Sj≥ Threshold(j = i+1, i+2,…，i+7)，則認為 Si 是一個有效的脈沖位置。同樣，對上升沿和下降沿的檢測也采用相似的處理方法。對上升沿而言，當(dāng)短期內(nèi) 視頻信號的增長幅度超過門限值(Slope)，且該點不是一個過渡過性的點(圖中的ΒΑ)、 也不是一個尖脈沖(圖2中的E點)，那么，這個點可以認為是一個上升點(圖2中的A、C、 D)。在檢測下降沿時，短時間內(nèi)出現(xiàn)視頻信號的減小幅度超過沿變化的門限值 (Slope)，且該點不是一個過渡性的點(圖3的B點)、不是一個V型的凹陷點(圖3中的D 點)，那么，可以認為這個點是一個下降沿點(圖3中的A、C、E)。在上面已經(jīng)設(shè)定了采樣的頻率是20MHz，那么，上升沿和下降沿的算法可以表示 為(設(shè)相鄰三個采樣點的值分別是Sg，Si, Si+1，而At為兩個采樣點的間隔)。
權(quán)利要求
1.一種TCAS系統(tǒng)信號提取方法，其特征包括a.脈沖初始位置檢測；b.前同步脈沖初始檢測；c.參考功率計算；d.混疊干擾信號去除；e.再觸發(fā)測試。
2.—種TCAS系統(tǒng)信號提取方法，其特征包括根據(jù)事先設(shè)置的門限電平檢測脈沖初始 位置及上升下降沿。
3.—種TCAS系統(tǒng)信號提取方法，其特征包括以在FPGA內(nèi)編寫的針對各脈沖信號邏 輯的狀態(tài)機來實現(xiàn)接收信號的識別。
4.一種TCAS系統(tǒng)信號提取方法，其特征包括以S模式4個報頭脈沖中的8個采樣值 坐比較獲得次最大值和次最小值，然后平均獲得參考功率。
5.一種TCAS系統(tǒng)信號提取方法，其特征包括對兩個S模式信號相距1 μ s，3. 5 μ s及 4. 5 μ S三種情況分別進行混疊分析，然后再進行去混疊干擾處理。
全文摘要
本發(fā)明是一種一體化TCAS系統(tǒng)信號提取方法，它完成了對復(fù)雜環(huán)境下TCAS信號的提取及識別。針對原TCAS系統(tǒng)信號提取的體積大、過程復(fù)雜、抗干擾性差等問題，本發(fā)明設(shè)計了基于大型FPGA的信號提取電路及功率計算、去混疊方法；它主要由FPGA內(nèi)的狀態(tài)機、計數(shù)器實現(xiàn)，有效的簡化了提取過程，提高了抗干擾能力。在本發(fā)明中，將經(jīng)脈沖初始檢測后的接收信號通過按照各信號格式編寫的狀態(tài)機，若其符合某信號格式狀態(tài)機邏輯，則在信號的有效數(shù)據(jù)段使能譯碼電路輸出有效數(shù)據(jù)；若其不符合，則在發(fā)現(xiàn)不符合后，該狀態(tài)機返回到起始端等待識別解調(diào)下一條脈沖信號。然后，計算參考功率，去混疊輸出有效數(shù)據(jù)。
文檔編號H04L1/00GK102082623SQ20091021919
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月27日
發(fā)明者史忠科, 黃溢 申請人:西安費斯達自動化工程有限公司