具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的s模式应答的制造方法
【专利摘要】本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机包括天线，接收1030和1090MHz信号和发送1090MHz信号；接收模块，对信号进行限幅、去杂波和放大；射频采样模块，对信号进行采样；信号处理模块，对信号进行识别和解码，以识别出信号是1030MHz的A/C/S询问信号还是1090ESADS-BIN信号，并将解码后的信号发送至数据处理模块；数据处理模块，对该解码后的信号进行处理；信号处理模块，还对数据处理模块发送的应答信号进行编码和/或根据数据处理模块发送的数据并按照1090ESADS-BOUT时序主动生成1090ESADS-BOUT编码信号；发射模块，对信号进行发射。
【专利说明】具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机
【技术领域】
[0001]本发明涉及空中交通管理与空中交通安全监视领域，尤其涉及一种具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机。
【背景技术】
[0002]S模式应答机可以配合地面二次雷达或机载TCAS系统工作，通常兼容原有空中交通管制雷达信标系统(ATCRBS) A/C模式应答机功能(通常简称ATC应答机)，同时也具备离散寻址信标系统(DABS，简称S模式)S模式应答机功能，以及配合机载TCAS系统实现空空协调避撞。S模式应答机接收1030MHz询问信号，发射1090MHz应答信号，应答信号根据询问模式不同分别有A模式、C模式和S模式等。
[0003]1090ESADS-B是利用空-地、空-空、地-地数据通信完成交通监视和信息传递的一种新航行技术。当前世界各国主要采用的数据链有1090MHzS模式扩展电文数据链(1090ES)、通用访问电台数据链(UAT)和甚高频数据链模式4 (VDLMode4)等三种，其中1090ES是国际民航组织(ICA0)推荐使用的全球可互用的ADS-B地空数据链。机载设备工作时实时接收飞行意图和导航系统输出的位置等信息，使用1090MHz发射频率将本机静态信息(如识别码、呼号、通信能力等)和动态信息(如空中位置、场面位置、高度、飞行趋势等)编码成DF17或DF18报文周期广播出去，告知临近飞机和地面监视设备；同时，本机也可通过1090ESADS-BIN功能接收空域中或地面上其它平台广播1090ESADS-B0UT数据，这样飞机和地面站均可看到地面和空中的飞机，获取空中和地面交通态势及其与飞行安全相关的信息。ICAO已将ADS-B确定为未来监视技术发展的主要方向，正在积极推进该项技术，一些国家已投入实用S模式应答机和ADS-B监视设备，一方面作为机载空中态势感知的重要传感设备，另一方面也是地面监视系统重要的态势感知信息源。
[0004]当前业界使用较为广泛的采样技术为基带视频采样和中频带通采样，在射频前端加入了模拟混频电路，将射频信号变为带宽适中的中频信号，再通过对数放大处理，检波出视频信号或直接中频采样处理，该方案减轻了 A/D芯片的工作负担，在设计上也有成熟的案例可供参考。射频直接采样结构十分接近软件无线电理想标准，采样频率更高，性能也较好，在详细分析本发明信号接收模块与射频采样模块功能及组成的基础上，结合当前器件水平，使用全数字化接收机模型对最高频率为2GHz的L波段射频信号直接采样是可以实现的。目前已有部分S模式应答机具备1090ESADS-B0UT功能，而1090ESADS-BIN功能通常由TCAS接收电路实现或由单独的1090ESADS-BIN设备实现，还没有将S模式应答机、1090ESADS-B0UT与1090ESADS-BIN所有功能整合为一体的设备。
【发明内容】
[0005]本发明主要解决的技术问题是提供一种具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，可以同时具有传统A/C/S询问模式的功能和1090ESADS-B0UT与1090ESADS-BIN所有功能。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是:提供一种具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其具有对A/C/S模式询问的应答功能和1090ESADS-B功能，包括:天线，用于接收1030MHz和1090MHz信号和发送1090MHz信号；接收模块，与天线连接，用于通过天线将接收到的1030MHz和1090MHz信号进行限幅、去杂波和放大；射频采样模块，与接收模块连接，用于对经过接收模块进行处理后的信号进行采样并转换为数字信号；信号处理模块，与射频采样模块连接，用于对经过射频采样模块采样后的信号进行识别和解码，以识别出接收到的信号是1030MHz的A/C/S询问信号或者是1090ESADS-BIN信号，并将解码后的信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块，与信号处理模块连接和飞机内的外部设备连接，用于接收经过解码后的信号并对该解码后的信号进行处理，其中，当数据处理模块接收到的解码信号为1030MHz的A/C/S询问信号，则发送与该A/C/S询问信号相关的应答信号至信号处理模块；当接收到的信号为1090ESADS-BIN信号时，将该信号发送至外部设备以显示该信号；所述信号处理模块，还用于对数据处理模块发送的相关的应答信号进行编码和/或根据数据处理模块发送的数据且根据1090ESADS-B0UT时序主动生成1090ESADS-B0UT编码信号；以及发射模块，用于对信号处理模块编码后的信号进行发射。
[0007]其中，所述天线包括上天线和下天线。
[0008]其中，所述接收模块包括:与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090MHZ带通模拟滤波器以及与1030-1090MHZ带通滤波器连接的低噪声放大器；或者与天线连接低通滤波器、与天线连接的环形器、与环形器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090MHZ带通模拟滤波器、与1030_1090ΜΗζ带通滤波器连接的低噪声放大器；或者与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090ΜΗΖ带通模拟滤波器以及与1030_1090ΜΗζ带通滤波器连接的低噪声放大器、与低噪声放大器连接的功分器、与功分器连接的1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器连接的1030信号低噪声放大器和1090信号低噪声放大器；或者与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接环形器、与环形器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090MHZ带通模拟滤波器以及与1030-1090MHZ带通滤波器连接的低噪声放大器、与低噪声放大器连接的功分器、与功分器连接的1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器连接的1030信号低噪声放大器和1090信号低噪声放大器。
[0009]其中，所述信号处理模块包括:数字正交变换器组单元、与所述数字正交变换器组单元连接且对信号进行预处理的视频预处理单元、与所述视频预处理单元连接且对1030MHz信号进行解码的A/C/S模式询问信号解码单元以及对1090MHz信号进行解码的1090ES-ADS-BIN信号解码单元、与所述A/C/S模式询问信号解码单元连接的S模式应答PPM/PCM编码单元、与数据处理模块连接的1090ESADS-B0UT编码信号编码单元，其中，所述A/C/S模式信号询问解码单元和1090ES-ADS-BIN信号解码单元还与数据处理模块连接，用于将解码后的信号发送至数据处理模块进行处理，所述S模式应答PPM/PCM编码单元与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相应的应答信号，所述1090ESADS-B0UT编码单元与数据处理模块相连，根据数据模块主动发出的1090ESADS-B0UT时序与信息进行编码；或者数字正交变换器组单元、与所述数字正交变换器组单元连接的视频预处理单元、与所述视频预处理单元连接的A/C/S模式询问信号解码单元以及1090ES-ADS-BIN信号解码单元、与所述A/C/S模式询问信号解码单元连接的S模式应答PPM/PCM编码单元、与数据处理模块连接的1090ESADS-B0UT编码信号编码单元、与S模式应答PPM/PCM编码单元和1090ESADS-B0UT编码信号编码单元连接的DA芯片数据配置单元，所述A/C/S模式信号询问解码单元和1090ES-ADS-BIN信号解码单元还与数据处理模块连接，用于将解码后的信号发送至数据处理模块进行处理，所述S模式应答PPM/PCM编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相应的应答信号，所述1090ESADS-B0UT编码信号编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块主动发出的1090ESADS-B0UT时序与信息进行编码；其中，所述数字正交变换器组单元对两路1030MHz数字序列信号X1 (η)、Χ2 (η)与两路1090MHz数字序列信号X3 (η)、Χ4 (η)进行正交变换处理，再将处理结果送入视频预处理单元；或者在内部构建多路1030MHz与1090MHz数字滤波器组，以分别提取出1030MHz询问信号数字序列X1(Ii)、X2 (η)与1090ESADS-BIN信号数字序列X3 (η)、Χ4 (η)，再构建数字正交变换器组对所述数字序列信号进行正交变换处理，再将处理结果送入视频预处理单元。
[0010]其中，所述视频预处理单元包括:信号特征提取单元、用于对经过正交变换器组单元处理后的信号进行脉冲特征提取；上/下天线选择单元，用于当接收到的信号是1030ΜΗΖ信号，则将上/下天线接收到两路信号幅度或到达时间进行比较，输出一路天线选择信号与一路ASK包络解调信号；ASK包络解调单元，与所述信号特征提取单元和上/下天线选择单元连接，用于接收上下天线选择单元发送的一路信号进行解调；还用于对信号特征提取单元发送的1090MHz信号进行解调。
[0011]其中，所述A/C/S模式询问信号解码单元还与所述数据处理模块连接，用于将解码后的询问信号发送至数据处理模块；所述解码单元包括:信号模式判别单元，用于对ASK包络解调后的信号进行判别以判别所述1030MHZ信号是S模式询问信号或者是A/C模式询问信号；若1030MHZ信号是S模式询问信号，则将该S模式询问信号的P6脉冲与各使能信号时序调齐后进行解码与报文分析处理，其中S模式询问信号的匕脉冲采用DPSK调制方式，处理过程首先针对P6脉冲的报文信号进行DPSK解调，将其中包含的24位地址信息进行CRC校验，若经检验得到该地址与本机地址一致则通知S模式应答PPM/PCM编码单元进行编码应答；若1030MHz信号是A/C信号，则通知S模式答应PPM/PCM编码单元进行编码应答。
[0012]其中，所述S模式应答PPM/PCM编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相关的应答信号进行编码，S模式应答PPM/PCM编码单元包括PPM编码单元和PCM编码单元，所述PPM编码单元用于对S模式询问信号进行应答编码；所述PCM编码单元用于对A/C模式询问信号进行应答编码。
[0013]其中，所述发射模块包括:带DDS功能的高速D/A转换器、与高速D/A转换器连接的前级放大器、与所述前级放大器连接的1090MHz模拟滤波器、与所述模拟滤波器连接的功率放大器和天线选择开关，所述D/A转换器接收信号处理模块产生的I/Q正交信号、D/A芯片配置数据信号与参考时钟信号，根据所述信号产生带有规定信号的1090MHz射频信号经过前级放大器、1090MHz滤波器、功率放大器处理后发送至天线，以进行应答信号或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送；或者调制器、与调制器连接的前级放大器、与前级放大器连接的1090MHz模拟滤波器、与模拟滤波器连接的功率放大器和天线选择开关，所述调制器根据信号处理模块输出的PPM或者PCM编码应答信号和调制选择信号对频率源提供的1090MHZ载波信号进行调制，将调制后的带有规定信息的射频信号送入前级放大器、1090MHz滤波器、功率放大器处理后发送至天线，以进行应答信号的发送或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送；所述天线选择开关用于选择上天线或者是下天线对应答信号或者1090ESADS-B0UT编码信号进行发送。
[0014]其中,所述天线采用全向天线。
[0015]本发明的有益效果是:区别于现有技术的情况，本发明的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，具有以下有益效果:
[0016]一、本发明将标准S模式应答机和1090ESADS-B两个功能集成为一体，一个设备实现了两个功能，结构紧凑，信息种类多、信息量大，集成度高，降低了设备安装复杂度，简化了平台总体设计，节约了成本；
[0017]二、本发明接收模块没有通过模拟混频器将射频信号变换成中频信号，而是直接采样射频信号，在FPGA中构建数字正交器组代替下变频器；同时发射模块没有通过模拟混频器将中频信号变换成射频信号，而是通过带有DDS功能的DA芯片或者调制器直接输出射频信号，由于无需使用上/下变频器及相关电路，射频电路简单，数字化程度高，降低了设备功耗和重量，大大提高了可靠性；
[0018]三、本发明两个功能共用飞机上/下两副天线(小型通用飞机也可安装一副天线)，与配装独立功能设备相比，所需天线数量减半，降低了机体天线布局的设计难度，方便了天线的维护；
[0019]四、本发明可根据应用平台的不同需求，进行天线数量与电路结构裁剪，以满足机载、地面等不同应用平台的要求；通过对数据处理软件的不断扩展和升级更新，可适应不同ADS-B应用；还可对局部电路进行调整，扩展同频段诸如UATADS-B、DME等功能，进一步拓展本发明的应用范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第一实施例的方框图；
[0022]图2是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第二实施例的方框图；
[0023]图3是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第三实施例的方框图；[0024]图4是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第四实施例的方框图；
[0025]图5是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第五实施例的方框图；
[0026]图6是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第六实施例的方框图；
[0027]图7是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第一、第二、第三以及第四实施例中信号处理模块的方框图；
[0028]图8是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第五和第六实施例中信号处理模块的方框图；
[0029]图9是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机发射模块第一实施例的方框图；
[0030]图10是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机发射模块第二实施例的方框图；
[0031 ] 图11是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机发射模块射频采样与数字正交变换器的方框图。
【具体实施方式】
[0032]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0033]关于术语:
[0034]在对本发明的实施例进行描述之前，需要对一些术语进行必要的解释说明。
[0035]例如:若本文中出现“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。
[0036]可以理解的是，在本文中使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。如下文使用的“天线”，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。
[0037]可以进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。
[0038]关于实施方式:
[0039]本发明的一种具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其具有对A/C/S模式询问的应答功能和1090ESADS-B功能，具体包括以下模块:天线，用于接收1030MHz和1090MHz信号和发送1090MHz信号；接收模块，与天线连接，用于通过天线将接收到的1030MHz和1090MHz信号进行限幅、去杂波和放大；射频采样模块，与接收模块连接，用于对经过接收模块进行处理后的信号进行采样并转换为数字信号；信号处理模块，与射频采样模块连接，用于对经过射频采样模块采样后的信号进行识别和解码，以识别出接收到的信号是1030MHz的A/C/S询问信号或者是1090ESADS-BIN信号，并将解码后的信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块，与信号处理模块连接和飞机内的外部设备连接，用于接收经过解码后的信号并对该解码后的信号进行处理，其中，当数据处理模块接收到的解码信号为1030MHz的A/C/S询问信号，则发送与该A/C/S询问信号相关的应答信号至信号处理模块；当接收到的信号为1090ESADS-BIN信号时，将该信号发送至外部设备以显示该信号；所述信号处理模块，还用于对数据处理模块发送的相关的应答信号进行编码和/或根据数据处理模块发送的数据且根据1090ESADS-B0UT时序主动生成1090ESADS-B0UT编码信号；以及发射模块，用于对信号处理模块编码后的信号进行发射。另外，本发明天线实现方式采用全向天线阵子。
[0040]具体地，请参见图1，图1是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第一实施例的方框图。本实施例的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机包括上天线10和上天线11、与上天线10和上天线11连接的接收模块12、和接收模块12连接的射频采样模块13、和射频采样模块13连接的信号处理模块14以及与信号处理模块14连接的数据处理模块15和发射模块16，所述数据处理模块15通过通信接口与外部设备连接。其中:
[0041 ] 所述上天线10和上天线11，用于接收1030MHz和1090MHz信号和发送1090MHz信号;
[0042]所述接收模块12为两路接收通道，即包括与上天线10连接的第一低通滤波器121、与第一低通滤波器121连接的第一收/发开关122、与第一收/发开关122连接的第一限幅器123、与第一限幅器123连接的第一 1030-1090MHZ带通模拟滤波器124、与第一1030-1090MHZ带通模拟滤波器124连接第一低噪声放大器130、与所述第一低噪声放大器130连接的第一功分器125、与第一功分器125连接的第一 1030MHz模拟滤波器126和第一1090MHz模拟滤波127、分别与第一 1030MHz模拟滤波器126和第一 1090MHz模拟滤波127连接的第一 1030MHz低噪声放大器128和第一 1090MHz低噪声放大器129 ;以及
[0043]与上天线11连接的第二低通滤波器121丨、与第二低通滤波器121丨连接的第二收/发开关122 '、与第二收/发开关122 '连接的第二限幅器123 '、与第二限幅器123 '连接的第二 1030-1090MHZ带通模拟滤波器124 ’、与第二 1030_1090ΜΗζ带通模拟滤波器
124/连接的第二低噪声放大器130 '、与所述第二低噪声放大器130 '连接的第二功分器
125’、与第二功分器125 ’连接的第二 1030MHz模拟滤波器126 ’和第二 1090MHz模拟滤波器127丨、分别与第二 1030MHz模拟滤波器126丨和第二 1090MHz模拟滤波器127丨连接的第二 1030MHz低噪声放大器128 ’和第二 1090MHz低噪声放大器129 ’。
[0044]其中，低通滤波器121、121 ’用于对接收到的信号进行滤波，允许低于预设频率的信号通过；收/发开关122、122丨，用于切换天线的接收和发送功能；限幅器123、123丨用于将输出信号幅度限定在1030MHz和1090MHz范围内；1030-1090MHz带通模拟滤波器124、124 ’用于允许1030-1090MHZ频率段的信号通过同时屏蔽其他频率段信号；所述低噪声放大器130、130 '用于将信号进行放大；所述功分器125、125 '用于将信号分为两路；所述1030MHz模拟滤波器126、126 ’和1090MHz模拟滤波器127、127 ’分别用于消除1030MHz和1090MHz信号的杂波；所述1030MHz低噪声放大器128、128 ;和1090MHz低噪声放大器129、129丨分别用于对1030MHz和1090MHz信号进行放大。
[0045]通过上、下天线接收到的1030MHz/或1090MHz信号经过低通滤波器、限幅器、带通模拟滤波器进行处理后，通过功分器进行分通道处理，若是1030MHz信号则通过1030MHz模拟滤波器进行滤波、通过1030MHz低噪声放大器进行放大，然后发送至射频采样模块13 ；若是1090MHz信号则通过1090MHz模拟滤波器进行滤波、通过1090MHz低噪声放大器进行放大，然后发送至射频采样模块13 ;射频采样模块13接收到的信号进行采集。
[0046]所述射频采样模块13包括4个A/D转换器131，用于接收经过四路中任何一路或者几路低噪声放大器放大后的信号，并对该信号进行采集和进行模/数转换。
[0047]所述信号处理模块14，用于对经过射频采样模块13采样后的信号进行识别和解码，以识别出接收到的信号是1030MHz的A/C/S询问信号或者是1090ESADS-BIN信号，并将解码后的信号发送至数据处理模块15。
[0048]数据处理模块15，用于接收经过解码后的数据并对该解码后的信号进行处理。其中，当数据处理模块15接收到的解码信号为1030MHz的A/C/S询问信号时，则发送与该A/C/S询问信号相关的应答信号至信号处理模块14 ;当接收到的信号为1090ESADS-BIN信号时，则将其发送至外部设备以显示该信号。
[0049]所述信号处理模块14，还用于对数据处理模块15发送的相关的应答信号进行编码和/或根据数据处理模块15发送的数据且根据1090ESADS-B0UT时序主动生成1090ESADS-B0UT 编码信号；
[0050]发射模块16，用于对信号处理模块14编码后的信号进行发射。
[0051]所述外部设备可以包括综合显控、大气数据计算机(ADC)、全球导航卫星系统(GNSS)、惯性导航系统(IRS)、飞行管理系统(FMS)等机载设备。
[0052]本发明实施方式，通过上、上天线接收1030MHz和1090MHz信号，通过第一和/或第二限幅器对1030MHz和1090MHz信号进行限幅处理、通过第一和/或第二 1030_1090ΜΗζ带通模拟滤波器屏蔽其他频率段信号、通过第一和/或第二低噪声放大器对信号进行放大、通过第一和/或第二功分器将信号各分为两路1030MHz和两路1090MHz信号，通过第一和/或第二 1030MHz滤波器对1030MHz信号进行滤波、通过第一和/或第二 1090MHz滤波器对1090MHz进行滤波、通过第一和/或第二 1030MHz低噪声放大器对1030MHz信号进行放大，通过第一和/或第二 1090MHz低噪声放大器对1090MHz信号进行放大，再将经过放大的信号送入射频采样模块进行采样和模数转换，经过转换后的数字信号送入信号处理模块进行解码和识别，以判别出是A/C/S询问信号还是1090ES ADS-BIN信号，并将该判别结果送至数据处理模块，若是A/C/S询问信号，则数据处理模块则根据该询问信号发送相关的应答信号至信号处理器，信号处理器根据应答信号进行应答编码，再将编码后的信号通过发射模块和上、下天线发送出去。
[0053]本发明实施方式，当通过上天线接收的1030MHz和/或1090MHz信号，则通过第一限幅器、第一 1030-1090MHz带通模拟滤波器、第一低噪声放大器、第一功分器以分为两路、第一 1030MHz模拟滤波器、第一 1090MHz模拟滤波器、第一 1030MHz低噪声放大器、第一1090MHz低噪声放大器对接收到的1030MHz和/或1090MHz信号进行处理；当通过下天线接收的1030MHz和/或1090MHz信号，则通过第二限幅器、第二 1030_1090ΜΗζ带通模拟滤波器、第二低噪声放大器、第二功分器以分为两路、第二 1030MHz模拟滤波器、第二 1090MHz模拟滤波器、第二 1030MHz低噪声放大器、第二 1090MHz低噪声放大器对接收到的1030MHz和/或1090MHz信号进行处理。
[0054]本发明实施方式将标准S模式应答机和和1090ESADS-B两个功能集成为一体，使得一个设备实现了两个功能，结构紧凑，信息各类多、信息量大、集成度高，降低了设备安装的复杂度，简化了应答机平台总体设计，节约了成本。本发明实施方式的另一个方面，本发明并非像传统的技术一样，需要先通过模拟混频器将射频信号转换为中频信号；而是直接采样射频信号，在信号处理模块中构建数字正交器组代替模拟下变频器；同时发射模块没有通过模拟混频器将中频信号转换成射频信号，而是通过带有DDS功能的DA芯片或者调制器直接输出射频信号，由于无需使用模拟上/下变频器及相关电路，射频电路简单，数字化程度高，降低了设备功耗和重量，大大提高了可靠性。
[0055]请参见图2，图2是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第二实施例的方框图。本实施例的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机与第一实施例相比，其区别在于:在第一低通滤波器和收/发开关之间增加第一环形器20、在第二低通率和收/发开关之间增加第二环形器20 '。另，本实施例中的发射模块直接与第一环形器20和第二环形器20丨连接。
[0056]本发明实施例，增加环形器作为发射/接收信号选择器件，其优点是不需要高速的大功率开关及其控制信号。在环形器后接收通道的收发开关主要用于在发射时，将接收支路断开，保护低噪声放大器及后相关电路。该收发开关输入为小功率信号，容易实现。若进一步优化接收通道设计，合理选取后端电路工作参数，则该收发开关也可不用。
[0057]请参见图3，图3是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第三实施例的方框图。本实施例的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机与第一实施例相比，本实施例的天线采用单天线300，接收模块中仅有一路与该单天线300连接的接收通道。即包括:
[0058]与天线300连接的一低通滤波器301、与低通滤波器301连接的一收/发开关302、与收/发开302关连接的一限幅器303、与限幅器303连接的一 1030_1090ΜΗζ带通模拟滤波器304、与1030-1090ΜΗΖ带通模拟滤波器304连接一低噪声放大器305、与低噪声放大器305连接的一功分器306、与功分器306连接的一 1030MHz模拟滤波器307和一 1090MHz模拟滤波器308、分别与1030MHz模拟滤波器307和1090MHz模拟滤波器308连接的一1030MHz低噪声放大器309和一 1090MHz低噪声放大器310。
[0059]请参见图4，图4是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第四实施例的方框图。本实施例与第三实施例相比，其区别在于:本实施例在天线与收/发开关之间连接有环形器401。
[0060]请参见图5，图5是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第五实施例的方框图。本实施例与第一实施例相比，本实施例接收模块不包括第一实施例中的第一功分器、与第一功分器连接的第一 1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与第一 1030MHz模拟滤波器和第一 1090MHz模拟滤波器连接的第一 1030MHz低噪声放大器和第一 1090MHz低噪声放大器；以及不包括第二功放器、与第二功分器连接的第二 1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与第二 1030MHz模拟滤波器和第二 1090MHz模拟滤波器连接的第二 1030MHz低噪声放大器和第二 1090MHz低噪声放大器。同时射频采样模块13的A/D芯片数量相较第一实施例减少了两个。即本实施例的接收模块省去了两路功分器、两路1030MHz模拟滤波器与两路1090MHz模拟滤波器，由上下两副天线接收到的两路信号分别经过第一、第二低通滤波器、第一、第二收/发开关、第一、第二限幅器、第一、第二 1030-1090MHZ带通滤波器、第一、第二低噪声放大器后直接进入射频采样模块13进行A/D采样，进一步简化了接收通道硬件电路设计，但增加了后续信号处理的复杂度和技术难度。
[0061]请参见图6，图6是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第六实施例的方框图。本实施例与第五实施例的区别在于:本实施例的接收模块在第一收/发开关和第一低通滤波器之间增设有第一环形器以及在第二收/发开关和第二低通滤波器之间增设有第二环形器。
[0062]请参见图7，图7是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第一实施例、第二实施例、第三实施例和第四实施例中信号处理模块的方框图。具体地，所述信号处理模块包括:数字正交变换器组单元70、与数字正交变换器组单元70连接的对信号进行预处理的视频预处理单元71、与视频预处理单元71连接且对1030MHz信号进行解码的A/C/S模式询问信号解码单元72和对1090MHz信号进行解码的1090ESADS-BIN信号解码单元73、与所述A/C/S模式询问信号解码单元72连接的S模式应答PPM/PCM编码单元74、1090ESADS-B0UT编码信号编码单元75、以及与所述S模式应答PPM/PCM编码单元74和1090ESADS-B0UT编码信号编码单元75连接的DA芯片数据配置单元76。所述A/C/S模式信号询问解码单元72和1090ESADS-B IN信号解码单元73还与数据处理模块连接，用于将解码后的信号发送至数据处理模块进行处理，所述S模式应答PPM/PCM编码单元74和1090ESADS-B0UT编码单元75还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相应的应答信号或者根据数据模块主动发出的信号进行编码。其中:
[0063]所述数字正交变换器组单元70用于对两路1030MHz数字序列信号X1 (η)、Χ2 (η)与两路1090MHz数字序列信号X3 (η)、Χ4 (η)进行正交变换处理，并将处理后的信号发送到视频预处理单元71，所述数字正交变换器组单元包括数字带通滤波器单元701和数字正交器组702。
[0064]所述视频预处理单元71完成脉冲特征提取、上下天线选择与ASK包络解调操作，然后根据包络信号完成模式判别、询问信号解码、1090ESADS-BIN信号解码等一系列操作，并将相关处理结果上传给数据处理模块。所述视频预处理单元71包括:信号特征提取单元711，用于对经过正交变换器组单元处理后的信号进行脉冲特征提取；上/下天线选择单元712，用于当接收到的信号是1030MHz信号，则将上/下天线接收到两路信号幅度或到达时间进行比较，输出一路天线选择信号；ASK包络解调单元713，与所述信号特征提取单元和上/下天线选择单元712连接，用于接收上下天线选择单元发送的一路信号进行解调；还直接与所述信号特征提取单元711连接，用于对信号特征提取单元711发送的1090MHz信号进行解调。[0065]所述A/C/S模式询问信号解码单元72，包括信号模式判别单元721，其用于对ASK包络解调后的信号进行判别以区分所述1030MHZ信号是S模式询问信号还是A/C模式询问信号；若1030MHZ信号是S模式询问信号，则将该S模式询问信号的P6脉冲与各使能信号时序调齐后进行解码与报文分析处理，其中S模式询问信号的P6脉冲采用DPSK调制方式，处理过程首先针对P6脉冲的报文信号进行DPSK解调，将其中包含的24位地址信息进行CRC校验，若经检验得到该地址与本机地址一致则通知S模式应答PPM/PCM编码单元74进行编码应答；若1030MHz信号是A/C信号，则通知S模式答应PPM/PCM编码单元74进行编码应答。所述A/C/S解码单元还用于将解码后的询问信息发送至数据处理模块，所述数据处理模块根据接收到的询问信息发送应答信息至所述S模式应答PPM/PCM编码单元74。
[0066]所述S模式应答PPM/PCM编码单元74还与所述数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相关的应答信号进行编码，所述S模式应答PPM/PCM编码单元74包括PPM编码单元741和PCM编码单元742，所述PPM编码单元741用于对S模式的应答信号进行编码，所述PCM编码单元742用于对A/C模式的应答信号进行编码，经过编码后的信号发送至DA芯片数据配置单元76。
[0067]所述1090ESADS-BIN信号解码单元73与所述视频预处理单元71的ASK包络解调单元713和数据处理模块连接，用于对经过ASK包络解调过后的1090MHz信号进行前导脉冲检测、PPM解调、信息提取等处理，并将处理后的信号发送至数据处理模块。
[0068]所述1090ESADS-B0UT编码信号编码单元75，与所述数据处理模块连接，用于接收数据处理模块发送的飞机的相关信息并根据1090ESADS-B0UT时序进行PPM编码，经过编码后信号发送至DA芯片数据配置单元76。
[0069]所述DA芯片数据配置单元76用于接收S模式应答PPM/PCM编码单元74和1090ESADS-B0UT编码信号编码单元75发送的经过编码后的信号，并根据接收到的编码信号产生两路I/Q正交信号、D/A芯片配置数据信号与参考时钟信号，根据以上三种信号产生带有规定信息的1090MHz射频信号，并将该带有规定信息的1090MHz射频信号发送至发射模块，所述发射模块通过天线进行发射。
[0070]可以理解的，这里描述的DA芯片数据配置单元76并非本发明的必要特征，在其他的实施例中，该DA芯片数据配置单元76还可以不被包含在信号处理模块中。
[0071]请参见图8，图8是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机第五实施例和第六实施例中信号处理模块的方框图。其中，本信号处理模块与第一至第四实施例中的信号处理模块的区别仅在于:数字正交变换器组单元的功能处理方式不同，其与信号处理模块中的其他单元的连接方式均相同。该数字正交变换器组单元处理方式不同的原因是因为接收模块的结构的改变；本实施例的数字正交变换器组单元专为第五实施例和第六实施例的接收模块而设计。
[0072]具体地，所述数字正交变换器组单元内部构建多路1030MHz与1090MHz数字滤波器组，以分别提取出1030MHz询问信号数字序列X1 (n) ,X2 (η)与1090ESADS-BIN信号数字序列X3 (n)、X4 (η)，再构建数字正交变换器组对所述数字序列信号进行正交变换处理，再将处理结果送入视频预处理单元。
[0073]应当理解，本实施例中的信号处理模块亦可以包括DA芯片数据配置单元。
[0074]请参见图9，图9是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机发射模块一实施例的方框图。所述发射模块用于发射1090MHz的A/C/S模式应答信号或1090ESADS-B0UT信号。所述发射模块包括:
[0075]带DDS功能的高速D/A转换器91、与高速D/A转换器91连接的前级放大器92、与所述前级放大器92连接的1090MHz模拟滤波器93、与所述1090MHz模拟滤波器93连接的功率放大器94以及与所述功率放大器94连接的天线选择开关95，所述D/A转换器91接收信号处理模块中芯片数据配置单元产生的I/Q正交信号、D/A芯片配置数据信号与参考时钟信号，根据所述信号产生带有规定信号的1090MHz射频信号经过前级放大器92、1090MHz模拟滤波器93、功率放大器94进行滤波和放大处理后发送至天线，以进行1090MHz应答信号或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送。所述天线选择开关用于选择上天线或者是下天线对应答信号或者1090ESADS-B0UT编码信号进行发送。所述天线选择开关为单刀双掷开关。
[0076]请参见图10，图是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机发射模块一实施例的方框图。本实施方式的发射模块包括:
[0077]调制器1001、与调制器连接的前级放大器、与前级放大器连接的1090MHz模拟滤波器、与模拟滤波器连接的功率放大器和天线选择开关，所述调制器根据信号处理模块输出的PPM或者PCM编码应答信号和调制选择信号对频率源提供的1090MHZ载波信号进行调制，将调制后的带有规定信息的射频信号送入前级放大器、1090MHz滤波器、功率放大器处理后发送至天线，以进行1090MHz应答信号的发送或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送，所述天线选择开关用于选择上天线或者是下天线对应答信号或者1090ESADS-B0UT编码信号进行发送。本实施方式的发射模块采用调制器1001替换了上述发射模块中的带DDS功能的高速D/A转换器。
[0078]请参见图11，图11是本发明具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机射频采样与数字正交变换器的原理框图。该方案的数字正交变换器适用于上述任何一实施例的S模式应答机。
[0079]该方案中的射频直接采样根据一阶带通采样定律，以低于奈奎斯特(Nyquist)采样定理的采样速率直接对窄带射频信号进行采样。依靠带通采样技术可以用较低的采样频率，反映射频信号的特征，这样可以大大减少采样点的数目，降低了对A/D器件的要求，也降低了后续单元的处理负担，同时利用FPGA的强大功能，将数字滤波器与数字正交混频器通过FPGA来实现，数字序列信号X (η)通过正交混频、低通滤波与D倍抽取滤波处理后得到
正交基带信号I (η)与Q (η)，然后送入特征提取单元进行瞬时幅度a (η)、瞬时相位ρ(η)与
瞬时频率f (η)的计算，最后把这些瞬时特征连同两个正交基带信号I (η)与Q(n) —起传输给后续逻辑单元完成信号特征提取与解调。其工作原理如下所示:
[0080]由
【权利要求】
1.一种具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其具有对A/C/S模式询问的应答功能和1090ESADS-B功能，包括: 天线，用于接收1030MHz和1090MHz信号和发送1090MHz信号； 接收模块，与天线连接，用于通过天线将接收到的1030MHz和1090MHz信号进行限幅、去杂波和放大； 射频采样模块，与接收模块连接，用于对经过接收模块进行处理后的信号进行采样并转换为数字信号； 信号处理模块，与射频采样模块连接，用于对经过射频采样模块采样后的信号进行识别和解码，以识别出接收到的信号是1030MHz的A/C/S询问信号或者是1090ESADS-BIN信号，并将解码后的信号发送至数据处理模块； 所述数据处理模块，与信号处理模块连接和飞机内的外部设备连接，用于接收经过解码后的信号并对该解码后的信号进行处理，其中，当数据处理模块接收到的解码信号为1030MHz的A/C/S询问信号，则发送与该A/C/S询问信号相关的应答信号至信号处理模块；当接收到的信号为1090ESADS-BIN信号时，将该信号发送至外部设备以显示该信号； 所述信号处理模块，还用于对数据处理模块发送的相关的应答信号进行编码和/或根据数据处理模块发送的数据且根据1090ESADS-B0UT时序主动生成1090ESADS-B0UT编码信号；以及 发射模块，用于对信 号处理模块编码后的信号进行发射。
2.如权利要求1所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于:所述天线包括上天线和下天线。
3.如权利要求1或2所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述接收模块包括: 与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090MHZ带通模拟滤波器以及与1030_1090ΜΗζ带通滤波器连接的低噪声放大器；或者 与天线连接低通滤波器、与天线连接的环形器、与环形器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090ΜΗΖ带通模拟滤波器、与1030_1090ΜΗζ带通滤波器连接的低噪声放大器；或者 与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090ΜΗΖ带通模拟滤波器以及与1030_1090ΜΗζ带通滤波器连接的低噪声放大器、与低噪声放大器连接的功分器、与功分器连接的1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器连接的1030信号低噪声放大器和1090信号低噪声放大器；或者 与天线连接低通滤波器、与低通滤波器连接环形器、与环形器连接的收/发开关、与收/发开关连接的限幅器、与限幅器连接的1030-1090MHZ带通模拟滤波器以及与1030-1090MHZ带通滤波器连接的低噪声放大器、与低噪声放大器连接的功分器、与功分器连接的1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器、分别与1030MHz模拟滤波器和1090MHz模拟滤波器连接的1030信号低噪声放大器和1090信号低噪声放大器。
4.如权利要求3所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述信号处理模块包括: 数字正交变换器组单元、与所述数字正交变换器组单元连接且对信号进行预处理的视频预处理单元、与所述视频预处理单元连接且对1030MHz信号进行解码的A/C/S模式询问信号解码单元以及对1090MHz信号进行解码的1090ES-ADS-BIN信号解码单元、与所述A/C/S模式询问信号解码单元连接的S模式应答PPM/PCM编码单元、与数据处理模块连接的1090ESADS-B0UT编码信号编码单元，其中，所述A/C/S模式信号询问解码单元和1090ESADS-BIN信号解码单元还与数据处理模块连接，用于将解码后的信号发送至数据处理模块进行处理，所述S模式应答PPM/PCM编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相应的应答信号进行编码，所述1090ESADS-B0UT编码信号编码单元还与数据处理模块连接，根据数据模块主动发出的1090ESADS-B0UT时序与信息进行编码；或者 数字正交变换器组单元、与所述数字正交变换器组单元连接的视频预处理单元、与所述视频预处理单元连接的A/C/S模式询问信号解码单元以及1090ES-ADS-BIN信号解码单元、与所述A/C/S模式询问信号解码单元连接的S模式应答PPM/PCM编码单元、与数据处理模块连接的1090ESADS-B0UT编码信号编码单元、与S模式应答PPM/PCM编码单元和1090ESADS-B0UT编码信号编码单元连接的DA芯片数据配置单元，所述A/C/S模式信号询问解码单元和1090ES-ADS-BIN信号解码单元还与数据处理模块连接，用于将解码后的信号发送至数据处理模块进行处理，所述S模式应答PPM/PCM编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相应的应答信号进行编码；所述1090ESADS-B0UT编码信号编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块主动发出的1090ESADS-B0UT时序与信息进行编码； 其中，所述数字正交变换器组单元对两路1030MHz数字序列信号X1O1)、X2 (η)与两路1090MHz数字序列信号X3(n)、X4(η)进行正交变换处理，再将处理结果送入视频预处理单元；或者在内部构建多路1030MHz与1090MHz数字滤波器组，以分别提取出1030MHz询问信号数字序列X1 (n)、X2 (η)与1090ESADS-BIN信号数字序列X3 (n)、X4 (η)，再构建数字正交变换器组对所述数字序列信号进行正交变换处理，再将处理结果送入视频预处理单元。
5.如权利要求4所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述视频预处理单元包括: 信号特征提取单元、用于对经过正交变换器组单元处理后的信号进行脉冲特征提取； 上/下天线选择单元，用于当接收到的信号是1030MHz信号，则将上/下天线接收到两路信号幅度或到达时间进行比较，输出一路天线选择信号与一路ASK包络解调信号； ASK包络解调单元，与所述信号特征提取单元和上/下天线选择单元连接，用于接收上下天线选择单元发送的一路信号进行解调；还用于对信号特征提取单元发送的1090MHz信号进行解调。
6.如权利要求5所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述A/C/S模式询问信号解码单元还与所述数据处理模块连接，用于将解码后的询问信号发送至数据处理模块；所述解码单元包括: 信号模式判别单元，用于对ASK包络解调后的信号进行判别以判别所述1030MHZ信号是S模式询问信号或者是A/C模式询问信号；若1030MHZ信号是S模式询问信号，则将该S模式询问信号的P6脉冲与各使能信号时序调齐后进行解码与报文分析处理，其中S模式询问信号的P6脉冲采用DPSK调制方式，处理过程首先针对P6脉冲的报文信号进行DPSK解调，将其中包含的24位地址信息进行CRC校验，若经检验得到该地址与本机地址一致则通知S模式应答PPM/PCM编码单元进行编码应答； 若1030MHz信号是A/C信号，则通知S模式答应PPM/PCM编码单元进行编码应答。
7.如权利要求6所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述S模式应答PPM/PCM编码单元还与数据处理模块连接，用于根据数据处理模块发送的与询问信号相关的应答信号进行编码，S模式应答PPM/PCM编码单元包括PPM编码单元和PCM编码单元，所述PPM编码单元用于对S模式询问信号进行应答编码；所述PCM编码单元用于对A/C模式询问信号进行应答编码。
8.如权利要求7所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于，所述发射模块包括: 带DDS功能的高速D/A转换器、与高速D/A转换器连接的前级放大器、与所述前级放大器连接的1090MHz模拟滤波器、与所述模拟滤波器连接的功率放大器和天线选择开关，所述D/A转换器接收信号处理模块产生的I/Q正交信号、D/A芯片配置数据信号与参考时钟信号，根据所述信号产生带有规定信号的1090MHz射频信号经过前级放大器、1090MHz滤波器、功率放大器处理后发送至天线，以进行应答信号或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送；或者 调制器、与调制器连接的前级放大器、与前级放大器连接的1090MHz模拟滤波器、与模拟滤波器连接的功率放大器和天线选择开关，所述调制器根据信号处理模块输出的PPM或者PCM编码应答信号和调制选择信号对频率源提供的1090MHZ载波信号进行调制，将调制后的带有规定信息的射频信号`送入前级放大器、1090MHz滤波器、功率放大器处理后发送至天线，以进行应答信号的发送或者对数据处理模块主动生成的1090ESADS-B0UT编码信号的发送； 所述天线选择开关用于选择上天线或者是下天线对应答信号或者1090ESADS-B0UT编码信号进行发送。
9.如权利要求1或2所述的具有1090兆赫扩展电文的广播式自动相关监视能力的S模式应答机，其特征在于:所述天线采用全向天线。
【文档编号】H04B1/59GK103701488SQ201310711878
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月21日 优先权日:2013年12月21日
【发明者】何进, 雒嘉 申请人:中电科航空电子有限公司