一种tcas、s模式应答机和ads-b综合射频系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种TCAS、S模式应答机和ADS-B综合射频系统。
【背景技术】
[0002]目前，TCAS基于二次监视雷达询问/应答方式工作，作为保障飞行安全的关键设备在民用航空领域得到广泛应用，通过监视本机周围空域中其他飞机的存在、位置以及运动状况，以使飞行员根据本机邻近空域中交通状况的情况下，主动采取回避措施，以避免飞机空中相撞事故的发生。本机发射询问信号后，接收目标机的应答信号，解析出目标机高度、方位和距离等飞行参数，同时与本机的航迹数据进行比较和计算，得出目标机的升降速率、距离变化率等信息，判断出与目标机相撞的可能性，给出交通咨询(TA)和决策咨询(RA)建议。
[0003]S模式应答机配合机载TCAS设备以实现空/空协调避撞，同时也与地面二次雷达询问机配合，以完成地面空中交通管制。S模式的上/下行数据链可以用于地空双向数据和本机与目标机之间协调避撞信息的交换。S模式应答机通过天线接收地面询问机或机载TCAS设备发出的1030MHz询问信号，根据解码结果，进行相应模式的应答编码，送调制器形成1090MHz调制脉冲，再经发射机和滤波后经天线辐射到空中。
[0004]1090ES ADS-B是航空器或者是在飞行区域内运行的车辆定期发送其状态向量和其他信息，机载电子设备自动广播飞行的呼号、位置、高度、速度和其他一些参数，通常每500ms广播一次位置信息。在支线客机或干线机上，1090ES ADS-BOUT机载设备通常由S模式应答机实现，S模式应答机通过GNSS卫星获得飞机实时位置信息和三维速度信息，从大气数据系统得到飞机的气压高度信息，通过将上述信息及其附加信息如飞机标识、飞机类型等向空中广播。1090ES ADS-B IN机载设备通常可由TCAS交通计算机实现，处理后的结果可通过机载⑶TI显示，飞行员可通过⑶TI查看附近空域交通状况。
[0005]在空中交通管制机载设备领域，当前业界广泛使用的是由TCAS、S模式应答机等模块构成的综合监视系统和独立的TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B设备，TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B三个功能综合为一体的新型监视系统仅在部分新型的干线飞机上使用，通常1090ES ADS-B IN仅实现上天线或下天线的分时接收，覆盖不全，存在部分盲区。由于硬件环境和信道设计的差异，传统的分立式TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B设备资源独立，复用性低，设备之间交联关系复杂。鉴于目前技术条件，本发明参考已有的综合监视系统硬件电路，通过改进射频信道电路结构，升级信号处理和数据处理软件即可实现上述功能，具有便于实现、扩展性强、技术新颖等特点。
【发明内容】
[0006]本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种TCAS、S模式应答机和ADS-B综合射频系统，该系统利用天线复用和射频信道优化设计，以实现TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B三个功能合为一体的机载监视设备。
[0007]本发明为实现上述目的，采用如下技术方案:一种TCAS、S模式应答机和ADS-B综合射频系统，包括上/下天线，其用于接收1030MHz/1090MHz和发射1030MHz/1090MHz信号；接收模块，其与上/下天线连接，用于将所述上/下天线接收到的1030MHz和1090MHz信号进行预选滤波、限幅、放大和射频信号处理；信号处理模块，其与接收模块连接，用于对采样后的信号进行模式识别、信息解码，并将解码后的信息发送至数据处理模块进行数据处理；数据处理模块，其与信号处理模块连接，用于对解码后的信息进行处理送往外部设备，或将需要发射的信息发送至信号处理模块，并实现与外部设备的数据交联和接口通信；发射模块，其输入端与信号处理模块连接，输出端与接收模块连接，用于对信号处理模块编码后的信号进行调制、放大、衰减，通过开关网络送入接收模块；频率源模块，用于产生接收模块混频所需的本振信号和发射模块调制所需的载波信号。
[0008]进一步的，所述上/下天线分别包含四个天线振子和与之匹配的波束形成网络。
[0009]进一步的，所述接收模块包括:与对应的天线振子相连接的低通滤波器，与对应的低通滤波器相连接的电压偏置单元，与对应的电压偏置单元相连接的收/发开关，与对应的收/发开关相连接的预选滤波器，与对应的预选滤波器相连接的限幅器，与对应的限幅器相连接的低噪声放大器，与对应的低噪声放大器相连接的射频信号处理单元。
[0010]进一步的，所述发射模块包括与频率源模块连接的调制器，与调制器连接的发射机，与发射机连接的数控衰减器，与数控衰减器连接的天线选择开关，以及与天线选择开关连接的4选I开关。
[0011]进一步的，所述频率源模块包括高稳定度温度补偿晶振，与高稳定度温度补偿晶振连接的锁相环，与锁相环连接的压控振荡器，分别与压控振荡器连接的放大器和滤波器，分别与放大器和滤波器连接的功分器。
[0012]进一步的，所述射频信号处理单元包括功分器，分别与功分器连接的S模式应答机射频信号处理子单元和TCAS/1090ES ADS-B射频信号处理子单元；
[0013]其中，所述S模式应答机射频信号处理子单元包括与功分器连接的1030MHz滤波器，与1030MHz滤波器连接的第一低噪声放大器LNA，与第一低噪声放大器LNA连接的1030MHz射频信号A/D变换器；
[0014]所述TCAS/1090ES ADS-B射频信号处理子单元包括与功分器连接的1090MHz滤波器，与1090MHz滤波器连接的第二低噪声放大器LNA，与第二低噪声放大器LNA连接的1090MHz射频信号A/D变换器。
[0015]进一步的，所述射频信号处理单元包括镜频抑制滤波器，与所述镜频抑制滤波器相连接的混频器，与所述混频器相连接的功分器，分别与所述功分器相连接的S模式应答机射频信号处理子单元和TCAS/1090ES ADS-B射频信号处理子单元；
[0016]其中，所述S模式应答机射频处理子单元包括与功分器连接的第一中频滤波器，与所述第一中频滤波器连接的第一中频放大器IFA，与所述第一中频放大器IFA连接的第二中频滤波器，与所述第二中频滤波器连接的第一 A/D变换器；
[0017]所述TCAS/1090ES ADS-B射频信号处理子单元包括与所述功分器连接的第三中频滤波器，与所述第三中频滤波器连接的第二中频放大器IFA、与第二中频放大器IFA连接的第四中频滤波器，与第四中频滤波器连接的第二 A/D变换器。
[0018]进一步的，所述射频信号处理单元包括功分器，分别与功分器连接的S模式应答机射频信号处理子单元和TCAS/1090ES ADS-B射频信号处理子单元；
[0019]其中，所述S模式应答机射频处理子单元包括与功分器连接的1030MHz镜频抑制滤波器，与1030MHz镜频抑制滤波器连接的第一混频器，与第一混频器连接的第一中频滤波器，与第一中频滤波器连接的第一中频放大器IFA，与第一中频放大器IFA连接的第二中频滤波器，与第二中频滤波器连接的第一 A/D变换器；
[0020]所述TCAS/1090ES ADS-B射频处理子单元包括与功分器连接的1090MHz镜频抑制滤波器，与1090MHz镜频抑制滤波器连接的第二混频器，与第二混频器连接的第三中频滤波器，与第三中频滤波器连接的第二中频放大器IFA，与第二中频放大器IFA连接的第四中频滤波器，与第四中频滤波器连接的第二 A/D变换器。
[0021]本发明的有益效果:
[0022]一、本发明将TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B三个功能集成为一体，一个设备实现三个功能，结构紧凑、集成度高。在射频收发通道上参考综合监视系统的硬件电路设计思路，利用8个接收信道接收TCAS、S模式应答机和1090ESADS-B信号。相比已有综合监视系统，实现了上、下天线1090ES ADS-B信号的同时接收处理，避免了 1090ES ADS-B信号接收的遗漏，增加了覆盖；TCAS射频信号上、下天线同时接收，信号处理可根据需要灵活选取上、下天线的信号进行处理，而已有综合监视系统通过开关选择来实现上、下天线信号的分时接收。
[0023]二、本发明接收模块的射频信号处理单元可采用高速A/D进行直接射频带通采样，并在信号处理模块的FPGA芯片中构建数字下变频器，由于无需使用模拟下变频器及其外围相关器件，射频电路简单，数字化程度高，设备体积、重量也大为降低，而可靠性进一步得到提高。
[0024]三、本发明可根据应用平台的不同需求，进行天线数量和收发链路结构裁剪，以满足支线客机、通用飞机、地面管制站等不同应用平台的实际要求。
【附图说明】
[0025]图1是本发明系统整体功能方框图。
[0026]图2是本发明系统中射频信号处理单元的实施例一方框图。
[0027]图3是本发明系统中射频信号处理单元的实施例二方框图。
[0028]图4是本发明系统中射频信号处理单元的实施例三方框图。
【具体实施方式】
[0029]图1所示，涉及一种基于TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B综合的射频系统，其具有传统分立监视设备所不具备的射频综合功能，利用天线复用技术和八个射频信道收发TCAS、S模式应答机和1090ES ADS-B射频信号；该系统具体包括上/下天线，其用于接收1030MHz/1090MHz和发射1030MHz/1090MHz信号；接收模块，其与上/下天线连接，用于将所述上/下天线接收到的1030MHz和1090MHz信号进行预选滤波、限幅、放大和射频信号处理；信号处理模块，其与接收模块连接，用于对采样后的信号进行模式识别、信息解码，并将解码后的信息发送至数据处理模块进行数据处理；数据处理模块，其与信号处理模块连接，用于对解码后的信息进行处理送往外部设备，或将需要发射的信息发送至信号处理模块，并实现与外部设备的数据交联和接口通信；发射模块，其输入端与信号处理模块连接，输出端与接收模块连接，用于对信号处理模块编码后的信号进行调制、放大、衰减，通过开关网络送入接收模块；频率源模块，用于产生接收模块混频所需的本振信号和发射模块调制所需的载波信号。
[0030]另外，所述上/下天线分别包含四个天线振子和与之匹配的波束形成网络，可根据偏置电压加载与否，可实现空间全向或定向波束的辐射。
[0031]其中的接收模块包括:与对应的天线振子相连接的低通滤波器，与对应的低通