一种空中交通防撞系统c模式小声呼叫实现方法
【专利摘要】提供一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，通过控制问询功率对临近空域进行分层、分波束问询，有效的降低了C模式问询应答的数量和密度，使得本机周围的空域电磁环境更简单；使用此种方案后，二次雷达在进行通信时可以更高效更可靠，大大提高了空中交通环境感知能力，增强了空中交通预警以及防撞的可靠性和有效性。
【专利说明】一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法
【技术领域】
[0001]本发明属机载设备【技术领域】，具体涉及一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，用于空中交通预警和防撞。
【背景技术】
[0002]随着二次雷达技术的发展和机载通信内容需求的增加，机载二次雷达逐渐从A模式应答机向C模式、S模式应答机的使用过渡。目前使用最多的机载应答机是S模式和C模式应答机，它们的应答信号分别符合S模式传输格式和C模式传输格式。现今空中交通管制地面站和空中交通防撞系统可完成对C模式、S模式信号的问询和应答接收。S模式的应答机用于传输高度、身份ID以及气象等信息。S模式可进行点名问询，通过点名一问一答，减少应答的数量和次数。C模式的应答机只报告本机高度信息，没有本机身份识别信息，对接收到的任何C模式问询进行被动应答，通常是一问多答。因此当空中交通防撞系统(TCAS)发出C模式问询时，本机周围接收到C模式问询信号的C模式应答机都将对此问询进行应答。这样当本机周围的C模式航空器密度较大时，电磁环境就会很复杂，容易产生混扰、同步干扰，影响空中通信链路传输，因此有必要提出改进。
【发明内容】
[0003]本发明解决的技术问题:提供一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，通过减少每次询问的应答数量，来降低射频通信干扰，提高空中通信质量，使空中交通防撞系统C模式问询和C模式应答机的应答可靠易辨析，在空中交通防撞系统的处理下有效实现空中交通预警和防撞。
[0004]本发明采用的技术方案:一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，具有主处理模块、编码模块、译码模块和射频收发模块；
[0005]所述主处理模块完成C模式应答信号的询问控制，对C模式应答数据进行处理，获取入侵机的高度信息用于防撞处理；
[0006]所述编码模块主要接收主处理模块发送来的的控制命令，对控制命令进行解析并生成发送C模式的问询命令序列，完成问询天线选择、问询模式选择、问询功率控制及问询序列发送；同时与所述译码模块进行通信，将一些控制信号传送给译码模块，告知译码模块接收应答时间、灵敏度及时长；
[0007]所述译码模块根据编码模块发送的信号，结合在此问询周期内编码模块产生的步进、功率、问询波束数据，控制和接收射频前端处理后的中频信号进行变换和译码，同时进行初步的分析解算，完成C模式应答信号的译码，输出目标的距离、高度代码和方向标志等信息并将处理结果报告给主处理模块，由主处理模块进行C模式目标跟踪和防撞处理；
[0008]所述射频收发模块完成1030MHZ问询信号的产生和发射，使用定向天线从不同角度控制发送序列问询信号，发射的问询信号功率呈序列变化，将空间进行范围上的分层，同时完成应答信号的接收、射频通道的形成及接收信息的预处理，并依据编码模块的命令完成对天线的切换。
[0009]进一步地，所述对天线的切换，包括收发切换、上下天线的切换，分4路接收来自O度，90度，180度，270度方向的信号并进行预处理。
[0010]进一步地，所述C模式问询分为两种情况:单呼叫全问询模式和小声呼叫询问模式，其中小声呼叫询问模式包括低密度基本小声呼叫问询模式和高分辨率小声呼叫问询模式，选择的原则是根据输入条件，优先选择高分辨率小声呼叫类型，其次选择低密度基本小声呼叫类型，最后选择单呼叫全问询模式。
[0011]本发明与现有技术相比通过控制问询功率，对临近空域进行分层、分波束问询，有效的降低了 C模式问询应答的数量和密度，使得本机周围的空域电磁环境更简单；使用这种方案后，二次雷达在进行通信时可以更高效更可靠，大大提高了空中交通环境感知能力，增强了空中交通预警以及防撞的可靠性和有效性。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本发明原理结构示意图；
[0013]图2为本发明的基本型小声呼叫时序示意图；
[0014]图3为本发明的基本型小声呼叫问询序列及功率示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图1-3描述本发明的一种实施例。
[0016]C模式应答机只报告本机高度，采用广播式的问询/应答形式，进行一问多答，对于同一问询，如果临近空域多架C模式应答机同时应答，空中交通防撞处理机将无法对入侵机进行位置身份识别，并且极易产生干扰。采用小声呼叫问询方式，主动发起多次问询，在不同方向，使用不同的问询功率、抑制信号、接收灵敏度，逐层覆盖本机周围可监视的范围，问询信号覆盖区域的飞机接收到问询后，进行应答，问询信号未覆盖区域或问询信号被抑制区域的飞机不需回答，这样就可减少应答数量和干扰。
[0017]一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，具有主处理模块、编码模块、译码模块和射频收发模块；所述主处理模块完成C模式应答信号的询问控制，对C模式应答数据进行处理，获取入侵机的高度信息用于防撞处理；所述编码模块主要接收主处理模块发送来的的控制命令，对控制命令进行解析并生成发送C模式的问询命令序列，完成问询天线选择、问询模式选择、问询功率控制及问询序列发送；同时与所述译码模块进行通信，将一些控制信号传送给译码模块，告知译码模块接收应答时间、灵敏度及时长；所述译码模块根据编码模块发送的信号，结合在此问询周期内编码模块产生的步进、功率、问询波束数据，控制和接收射频前端处理后的中频信号，并进行变换和译码，同时进行初步的分析解算，完成C模式应答信号的译码，输出目标的距离、高度代码和方向标志等信息并将处理结果报告给主处理模块，由主处理模块进行C模式目标跟踪和防撞处理；所述射频收发模块完成1030MHZ问询信号的产生和发射，使用定向天线从不同角度控制发送序列问询信号，发射的问询信号功率呈序列变化，将空间进行范围上的分层，同时完成应答信号的接收、射频通道的形成及接收信息的预处理，并依据编码模块的命令完成对天线的切换。具体说，所述对天线的切换，包括收发切换、上下天线的切换，分4路接收来自O度，90度，180度，270度方向的信号并进行预处理。
[0018]所述C模式问询分为两种情况:单呼叫全问询模式和小声呼叫询问模式，其中小声呼叫询问模式包括低密度基本小声呼叫问询模式和高分辨率小声呼叫问询模式，选择的原则是根据输入条件，优先选择高分辨率小声呼叫类型，其次选择低密度基本小声呼叫类型，最后选择单呼叫全问询模式。
[0019]小声呼叫序列是通过上天线4个振子和下天线一个振子发射，这5个不同的波束独立的选择小声呼叫序列类型。主处理模块在侦听模式下侦听周围的入侵机发送来的信号，分别存储各个工作模式下的相关参数，比如天线选择、波位选择、功率等等，本机根据单呼叫全问询模式侦听到的入侵机数量密度等条件选择问询模式。
[0020]在一定向或全方向射束的TCAS监视独立波束范围内，若未接收到C模式应答信号，则发送单一的询问信号，不发小声呼叫询问序列，以监视装备C模式应答机飞机的存在，以及C模式探测跟踪与是否启动小声呼叫询问模式。在一个特定射束中单一询问的功率电平及对应的最小触发电平(MTL)将等于在那个射束发射的最高小声呼叫询问电平。主处理模块发送命令，编码模块进行解析生成问询时序序列控制发射。
[0021]当侦听到两个C模式应答在距离上是相关的，即经过计算它们被认定为可能是一个目标，并且主处理模块已经建成航迹，或一条被测航迹从一个天线射束进入到另外一个射束，认为此航迹可能是同一个目标，这时就要启动基本的小声呼叫问询模式，小声呼叫问询模式序列的基本型呼叫步进及功率等信息见图3。图3相关说明如下:
[0022]1、上天线前向序列中，正向辐射的优先级每次降低IdB ；
[0023]2、上天线左右向序列中，向左右辐射的优先级每次降低IdB ；
[0024]3、上天线后向序列中，向后辐射的优先级每次降低IdB ；
[0025]4、下天线全向序列中，辐射的优先级每次降低IdB ；
[0026]5、“1”表示P1、P3和P4问询脉冲的有效辐射功率(ERP)；
[0027]6、“S”表示SI抑制脉冲的ERP ；
[0028]7、“S.I”表示 SI 的 ERP 比问询 ERP 小 2dB ；
[0029]8、“S..I”表示 SI 的 ERP 比问询 ERP 小 3dB ；
[0030]9、“S.........1” 表示 SI 的 ERP 比问询 ERP 小 1dB ；
[0031]10、在每个象限的最后一个步进没有SI发射脉冲。
[0032]11、最低有效辐射功率电平(dBm)
[0033]首先由主处理模块进行条件判断，符合条件时，启动基本型小声呼叫问询，将问询的控制命令、步进、功率、天线选择等信息发送给编码模块，编码模块根据控制命令生成问询的时序序列，并对波位、天线等信息进行解析，发送给射频收发模块，有选择的对问询信号进行发射，同时给译码模块发送时间和接收灵敏度等信息，译码模块根据这些信息控制射频收发模块接收应答信号，并进行计时。如在设定的时间内接收到C模式的问询应答，则视为有效。如超出时间范围，则本次小声问询结束，转入下一个步进问询。译码模块将所获信息进行解调和译码，发送给主处理模块进行航迹建立跟踪等。
[0034]低密度基本小声呼叫问询模式可以产生6个问询步进，每个步进有最大的功率和最小的功率，分别表示了问询的最远边界和最近边界。在这两个边界范围内的应答机可以接收到该步进的问询并进行应答。本机接收机也只接收本问询功率能问询到的应答机的C模式应答信号，并设置时间和接收灵敏度，当超时或功率超出这个问询功率的范围，应答机就接收不到问询信号，也就不进行应答。这样6个步进的问询就将本机周围的空间，由远及近划分成6个相互临近的空间扇环。在某个小声呼叫问询范围之内的飞机对问询信号进行选择性应答，范围之外的接收不到问询也就不应答，这样就减少了应答的次数，降低了空间数据链路的射频干扰。
[0035]高分辨率小声呼叫问询模式将本机周围空间划分成24个相互临近的空间扇环。当译码模块对跟踪目标生成了低置信度比特测量(Cl)标志，说明入侵机的密度较大，应答时存在幻影，此时低分辨率不能满足对C模式入侵机的监视，就需要选择高分辨率小声呼叫序列。高分辨率的问询实现对临近空域更细的分层问询，使问询覆盖生成的扇环范围更窄，以控制间距小的多架入侵飞机的应答，进而对其进行区分和跟踪。
[0036]主处理模块对本机周围空域装备C模式应答机的入侵机进行跟踪和区分。对跟踪到的飞机，根据不同范围、不同危险等级进行标记。然后综合进行判断，继而生成空中交通咨询或决策建议，以帮助飞行员安全规避入侵飞机。
[0037]本发明通过减少每次询问的应答数量，来降低射频通信干扰，提高空中通信质量，使空中交通防撞系统C模式问询和C模式应答机的应答可靠易辨析，在空中交通防撞系统的处理下有效实现空中交通预警和防撞。
[0038]上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，其特征在于具有主处理模块、编码模块、译码模块和射频收发模块； 所述主处理模块完成C模式应答信号的询问控制，对C模式应答数据进行处理，获取入侵机的高度信息用于防撞处理； 所述编码模块主要接收主处理模块发送来的的控制命令，对控制命令进行解析并生成发送C模式的问询命令序列，完成问询天线选择、问询模式选择、问询功率控制及问询序列发送；同时与所述译码模块进行通信，将一些控制信号传送给译码模块，告知译码模块接收应答时间、灵敏度及时长； 所述译码模块根据编码模块发送的信号，结合在此问询周期内编码模块产生的步进、功率、问询波束数据，控制和接收射频前端处理后的中频信号，并进行变换和译码，同时进行初步的分析解算，完成C模式应答信号的译码，输出目标的距离、高度代码和方向标志等信息并将处理结果报告给主处理模块，由主处理模块进行C模式目标跟踪和防撞处理； 所述射频收发模块完成1030MHZ问询信号的产生和发射，使用定向天线从不同角度控制发送序列问询信号，发射的问询信号功率呈序列变化，将空间进行范围上的分层，同时完成应答信号的接收、射频通道的形成及接收信息的预处理，并依据编码模块的命令完成对天线的切换。
2.根据权利要求1所述的空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，其特征在于:所述对天线的切换，包括收发切换、上下天线的切换，分4路接收来自O度，90度，180度，270度方向的信号并进行预处理。
3.根据权利要求1或2所述的空中交通防撞系统C模式小声呼叫实现方法，其特征在于:所述C模式问询分为两种情况:单呼叫全问询模式和小声呼叫询问模式，其中小声呼叫询问模式包括低密度基本小声呼叫问询模式和高分辨率小声呼叫问询模式，选择的原则是根据输入条件，优先选择高分辨率小声呼叫类型，其次选择低密度基本小声呼叫类型，最后选择单呼叫全问询模式。
【文档编号】G08G5/04GK104267395SQ201410512868
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】魏航科, 呼曦, 何海明, 刘成林, 张龙, 汶攀君 申请人:陕西宝成航空仪表有限责任公司