专利名称：航管应答机寂静时间参数检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及二次雷达技术领域，具体涉及一种快速检测系统参数的方法，本发明 主要应用于民用航空领域的航管应答机寂静时间参数检测的一种技术。
背景技术：
民用航空是从指从地球表面的某个地点到达所希望地点，涉及旅客和货物安全 的、快捷的运输方式。航行的安全通过飞机之间足够的航距得以保证，为了实现这个要求， 国际民航组织(ICAO)制定了相关的规则。在民用航空领域的二次雷达也叫二次监视雷达(SSR)，系统要求飞机必须安装一 种特殊的收发装备，即航管应答机或空管应答机，简称应答机。SSR系统包括地面询问机和 机载应答机两个部分，探测目标时由地面询问机和机载应答机配合完成，采用问答的方式 工作。SSR系统最大优点在于其能够获得来自飞机的航班号及飞行高度的信息，这对于地面 的空中交通管制具有非常重要的价值。所以，SSR系统已成为空中交通管制(ATC)主要的探 测设备。二次雷达系统工作采用的是问答的方式，有地面询问机和机载应答机配合完成对 飞机信息和获取。地面询问机首先是向飞机目标发射A模式或C模式的询问信号，机载应 答机对接收到的询问信号进行译码处理和模式判断，并根据询问模式将自身的飞机航班号 或飞行高度信息通过编码形成相应的应答信号发射出去，地面询问机结合天线特性对接收 到的应答信号进行处理，能够获取飞机的代码、高度、距离及方位等信息。为了防止应答机对过多询问信号或因多径效应引起的回波产生响应，ICAO附件 10对应答机提出了寂静时间的要求，也叫空载时间。应答机寂静时间是在对一个有效询问 信号应答后的一段时间内所有收到的询问不产生回答。寂静时间应在应答脉冲组的最后 一个应答脉冲发射后的125μ8内结束；一般应答机的寂静时间为50μ8，但是最长可以到达 125Ps。国内外对于航管应答机的检测仪器仪表很多，但大多数的检测仪器仪表没有对航 管应答机寂静时间参数检测的功能或能力，无法知晓应答机的寂静时间参数。航管应答机 寂静时间检测技术就是针对应答机寂静时间参数进行快速检测的技术，能够快速、准确获 取其参数值，以检验应答机设备该项参数是否满足ICAO附件10的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为航管应答机提供一种对寂静时间参数的检测手段， 形成一个完整的检测系统，能够快速、准确获取其寂静时间。本发明利用二次雷达询问_应答工作原理，首先向航管应答机发射自适应的检测 编码信号，触发应答机产生回答信号，再对应答信号规律进行检测，最后通过统计和计算检 测编码信号的变化情况获取应答机的寂静时间。
航管应答机寂静时间检测系统包括电源、发射机、接收机、核心处理单元、显控计 算机等组成，完成对航管应答机寂静时间的快速检测和参数显示。其中核心处理单元主要 由微处理器MCU (以下简称MCU)、现场可编程器件FPGA (以下简称FPGA)、接口电路等组成。系统中电源是为各组成部分提供所需的电压。其输入为交流220V/50HZ，输出即为 各分机或模块所需的直流工作电压，并保证每组电压的输出功耗；同时，对于发射机所需的 低压和高压电源，采用了延迟设计，即高压电源较低压电源延迟启动约2秒，从而保护发射 机功率放大电路。发射机主要是将寂静时间检测编码信号进行调制、放大输出。本发射机工作频率 为1030MHz 士0. 5MHz，发射功率满足距离要求。工作时，首先将编码信号进行ASK调制，调制 中心频率为1030MHz ；再将完成调制的编码信号通过功率放大电路进行功率放大，最后通 滤波后输出。同时，发射机具有对输出信号检波的功能，可以直观检测发射机输出信号是否 正确。接收机主要用于对应答机回答的编码信号进行接收、滤波、解调，输出应答编码信 号。本接收机接收频率范围为1087MHz 1093MHz，接收动态范围为50dB，接收灵敏度优 于-72dBm。本系统中的接收机采用了射频数字化技术，工作时，首先进行滤波、放大和选频， 然后进行了高频A/D采样，最后通过高速数字信号处理，完成数字解调，输出TTL编码信号； 同时，接收机具有自检能力，通过自检命令完成接收机自检，并输出自检结果。显控计算机主要是对系统进行控制和结果数据显示。系统工作时，通过显控计算 机显示控制软件对系统进行控制，启动寂静时间检测功能后，接收检测结果数据，并将结果 数据显示、存储。本发明的重点在于寂静时间参数检测算法的实现
检测系统核心处理和算法的实现由核心处理单元完成，该处理单元主要由MCU和FPGA 组成。设计输入是接收机处理后的应答编码信号(TTL信号)，设计输出是通过串口通信 向显控计算机上传检测结果，即应答机寂静时间参数数据。利用本技术实现对航管应答机 各模式的检测编码信号，通过发射机调制放大发射后，等待接收应答信号；对接收到的应答 信号进行译码、规律统计及参数计算等处理后，得到寂静时间参数数据，上传至显控计算机 终端显示和保存。MCU主要完成通信、检测算法生成、控制等，FPGA主要完成各模式询问编 码、应答信号译码，参数记录与存放。。
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中 图1是本发明的硬件关系图2是本发明的系统原理框图； 图3是本发明的系统工作流程图； 图4是本发明的寂静时间检测算法说明图； 图5是本发明的寂静时间参数检测流程框图； 图6是本发明中的XINT中断服务程序流程图； 图7是本发明中的应答信号译码相关函数流程框图。
具体实施例方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥 的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙 述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只 是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面将结合附图对本发明进行进一步的详细说明。图1是本发明的硬件关系框图，从图1中可以看出，本发明具备以下组成部分图内1.1部分为MCU，完成参数检测功能中寂静时间检测算法和数据上报；图内1.2部分为 FPGA，完成编码、译码、距离相关运算功能；图内1.3部分对外接口单元；图内1.4部分发射 单元，完成询问信号的发射；图内1.5部分接收单元完成应答信号的接收；图内1.6部分显 控计算机完成显控和数据分析存储功能；图内1. 7部分电源完成整个系统的供电工作。如上所述，MCU完成寂静时间检测算法的运算部分，这部分是参数检测的核心部 分。MCU性能稳定、实时性高、可大规模集成、可编程性高，可以迅速读取存储器内部的数据 和指令，并进行大批量数据的快速运算和处理，本发明采用的MCU如TMS320C2XXX系列DSP 芯片。FPGA可对数据进行快速编码、精确定时、实时运算，本发明采用的FPGA如XILINX公 司生产的XC5VSX50XXX系列FPGA芯片。图2是本发明的系统原理框图。图内2. 1部分MCU部分接收到显控计算机下发的 指令后，主程序对控制指令进行判断。例如，控制指令为参数检测立即执行时，执行参数检 测触发程序，触发信号以及当前模式标志位通过数字I/O 口发送给图内2. 2部分FPGA集成 电路。FPGA收到触发信号后，根据间隔时间值，产生两组询问信号的编码给发射机，发送完 毕后等待应答信号。如果有应答标志信号，本应答信号被我方接收机所接收，进入FPGA译 码处理电路，经译码处理、目标距离判断以后，给出一个当前3ms周期内的两次询问间隔时 间值大于还是小于对方应答机寂静时间设置值的一个JJTIME_BZ标志信号，并发送给MCU。 MCU根据标志信号，继续产生下次间隔时间值，并传送给FPGA，直至寂静时间被检测出来。图3是本发明的系统工作流程图。显控计算机下发指令，核心处理单元接收指令。 判断是寂静时间参数检测命令后，上报当前为参数检测工作状态信息给计算机，并开始进 行目标确认检测，如果目标确认不成功，则进行下一种模式的目标确认检测，直到目标确认 成功后，开始进行寂静时间检测，成功检测后，将得到的数据保存，等待计算机读取，并开始 另外的目标确认检测；判断是数据上传命令后，将保存的寂静时间检测数据上报给显控计 算机，交由显控计算机处理和保存；如果为待机指令，则响应待机，并回传当前工作状态。图4是本发明的寂静时间检测算法说明图。确认目标的工作状态后，进行寂静时 间检测。如图4所示，先发射两组询问编码，两组编码的间隔时间由MCU计算得出。等待接 收应答数据，如果只接收到一组相应的应答信号(应答信号要作译码相关处理，即信号符合 目标确认检测所确定的应答代码与应答延时)，则继续发射两组询问编码，这两组编码间隔 时间比上次间隔时间增加(增加量也由MCU通过算法计算得出)。如果这次还是接收到一组 相应的应答信号，则间隔时间继续增加；如果这次接收到两组相应的应答信号，则下次间隔 时间减少。直到当前间隔时间值跟上一次间隔时间值相差ι μ S时，记录下当前间隔时间Xμ s，这即是应答寂静时间。并继续进行其它模式的检测。图5是本发明的寂静时间参数检测流程框图，图中流程的寂静时间检测算法部分 是参数检测的核心流程部分。下面对参数检测的寂静时间检测流程部分进行详细的讨论分 析。M CU作为寂静时间检测算法处理的核心单元。MCU正常工作即开始5.1设置初始化，这 里的初始化工作包括硬件配置信息初始化、变量初始化、串口设置及中断设置初始化。初始 化之后，主程序进入5. 2等待中断的状态。如果有串口中断进来，进入5. 3串口中断服务程 序，执行数据信息的接收并执行5. 4对接收的字节进行判断。例如得到的信息指令为5. 5 执行参数检测开始命令，程序程序将缺省的间隔时间值和当前模式发送给FPGA，然后返回 等待中断的状态；如果得到的信息指令为执行参数检测停止命令，5. 6参数检测终止，程序 返回主程序，继续等待串口中断指令。如果有XINT中断进来，则进入5. 7XINT中断服务程 序，执行寂静时间检测程序，执行完毕后，返回主程序，继续等待中断。图6是XINT中断服务程序流程图。根据图3部分的描述假如此时已经进入了 XINT中断服务程序，下面将针对寂静时间检测程序流程进行详细分析。当此时的流程进入 XINT中断服务程序后，首先进行初始化，然后对FPGA传送过来的JJTIME_BZ标志信号进行 判断，根据标志位是高电平还是低电平，即当前间隔时间值是大于还是小于真实寂静时间 值，再通过计算处理，生成新的间隔时间值。如果新的间隔时间值跟上一次的间隔时间值相 差Iys以内，则认为当前模式下寂静时间检测结束，将模式标志位置为下一模式，并发送 给FPGA，然后退出函数；如果新的间隔时间值跟上一次的间隔时间值相差大于Iy s，则将 新的间隔时间值发送给FPGA，然后退出函数。图7是译码相关函数。从图中可以看出，FPGA译码电路负责对应答信号的译码和 距离相关。在这个过程中，假设编码电路发送的信息都收到了有效的应答信号，此时译码电 路将根据应答信号的格式特性对应答视频信号进行准确译码，同时要计算应答视频信号进 入的时间(也就是距离信息)。然后对译出的代码以及距离信息做相关运算，确认出收到的 这些应答视频信号分别对应哪一台应答机，从而可以准确判断出对方的应答机做出了一次 或者两次应答(询问及应答信号见图4)，进而得到当前询问信号设置的间隔时间值是大于 还是小于对方应答机实际寂静时间值。以上说明部分是寂静时间检测系统，它适用于对航管二次雷达应答机寂静时间参 数信息的有效检测。本发明并不局限于前述的具体实施方式
。本发明扩展到任何在本说明书中披露 的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
权利要求
1.一种航管应答机寂静时间参数检测系统，其特征在于其硬件系统包括电源、发射 机、接收机、包含FPGA和MCU的核心处理单元、显控计算机、接口电路；用于为航管应答机提 供一种对寂静时间参数的检测手段，能够获取其寂静时间，以检验前述应答机设备该寂静 时间参数是否满足ICAO的要求。
2.根据权利要求1所描述的航管应答机寂静时间参数检测系统，其特征在于该系统 的核心部分是所述核心处理单元，通过核心处理板上的MCU和FPGA之间配合，有效地完成 信号处理的功能；MCU完成对控制指令的接收、数据上传等通信处理以及工作状态的回传、 寂静时间检测，并控制FPGA进行工作；FPGA完成对询问信号编码、应答信号译码、目标确认 检测、译码相关处理、数据保存等。
3.根据权利要求1所描述的航管应答机寂静时间参数检测系统，其特征在于所述的 寂静时间检测算法包括如下步骤首先MCU进行初始化，然后根据参数检测系统的显控计算机指令进入参数检测触发程 序，向FPGA发送触发信号以及当前模式标志位；FPGA收到触发信号，根据当前模式标志位，产生相应检测询问编码信号，送往发射机经 调制后发射出去；应答机接收到检测询问编码信号后，将给出一个有效应答；本应答信号被本系统接收 机所接收，进入核心处理板FPGA译码处理电路，经译码处理、目标距离判断以后，给出一个 当前3ms周期内的两次询问间隔时间值大于还是小于对方应答机寂静时间设置值的一个 标志信号JJTIME_BZ，并发送给MCU ；MCU收到回传来的标志信号后，通过寂静时间推断函数，计算出下个3ms周期内的询问 信号间隔时间，并将这一时间值发送给FPGA ;FPGA收到后，根据这一时间值，产生间隔时间 满足的两组编码信号；重复d)步骤，直到MCU的寂静时间推断函数推断出寂静时间值或者推断出应答机当前 模式无应答信号后，产生下一询问模式标志位；重复d) ^e)步骤，直到外部指令中止参数检测进程。
全文摘要
本发明涉及一种航管应答机寂静时间参数检测系统，其特征在于其硬件系统包括电源、发射机、接收机、包含FPGA和MCU的核心处理单元、显控计算机、接口电路；用于为航管应答机提供一种对寂静时间参数的检测手段，能够获取其寂静时间，以检验前述应答机设备该寂静时间参数是否满足ICAO的要求。航管应答机寂静时间检测技术就是针对应答机寂静时间参数进行快速检测的技术，能够快速、准确获取其参数值。
文档编号G01S7/40GK102062856SQ201010551789
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月22日 优先权日2010年11月22日
发明者朱弋, 段鸥帆, 谭源泉, 颜伏虎 申请人:四川九洲电器集团有限责任公司