一种通用航空ADS‑B终端的制作方法

本发是涉及一种基于ADS-B的空管监视综合化技术；属于航空技术领域

背景技术：

传统的机载ADS-B终端系统往往是由S模式应答机、控制盒、GNSS接收机、ADS-B接收机、显示器等一系列分离设备组成，其中S模式应答机完成基于1090ES数据链的监视信息广播发射功能（ADS-B OUT），ADS-B接收机完成接收处理功能（ADS-B IN），GNSS接收机完成导航信息处理功能，控制盒完成模式及参数配置功能，显示器完成态势显示功能，这样的系统交联较为复杂，且存在重量大、功耗大、成本高的缺点。

随着低空空域的逐步开放，通用航空迅速发展，同时也对ADS-B终端设备提出了新的要求，设备低功耗、小型化、轻型化、便于通用航空ADS-B终端的发展趋势，同时具备监视信息广播与接收、S模式数据链询问应答、导航数据处理、模式参数配置等多功能模块高度综合的一体机为新一代ADS-B终端的必然选择。

技术实现要素：

本专利的目的是：

本发明的发明目的在于提供一种通用航空ADS-B终端，通过微波/射频集成电路综合技术、电源模块小型化技术、多通道、收发复用技术、低噪声、大动态范围接收处理技术、导航数据集成应用技术、基于可编程逻辑器件的ASIC设计等技术实现设备的小型化和轻型化，通过电源管理技术提高电源效率从而实现设备的低功耗，并通过软件综合化实现监视广播、接收处理、S模式数据链询问应答等多种功能的集成整合。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种通用航空ADS-B终端，包含中央处理模块、发射模块、接收模块：

所述中央处理模块用于将本机的导航信息编码、组帧为ADS-B信息的基带信号发送给发射模块；中央处理模块还用于对接收模块发送的ADS-B信息的检测信号、A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号进行解码和报文解析，若接收到的信号为ADS-B信息的检测信号，则将解析后的ADS-B信息与本机的导航信息输出至后端装置；若接收到的信号为A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号，则产生A/C模式应答信号的基带信号和射频控制信号发送给发射模块；

所述发射模块采用1090MHz载波对中央处理模块发送过来的ADS-B信息的基带信号、A/C模式应答信号的基带信号进行PPM调制及功率放大后，形成射频信号经天线广播发射；

所述接收模块用于对接收到的1090MHz的ADS-B信息的射频信号进行下变频、滤波、放大、检波，产生ADS-B信息的检波信号发送给中央处理模块；接收模块还用于对接收到的1030MHz的A/C模式询问信号的射频信号进行下变频、滤波、放大、检波，产生A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号给中央处理模块。

优选地，所述中央处理模块包含GNSS模块、协议处理和数据处理模块、通信接口模块、缓冲驱动电路和模拟量调理/采集模块；

所述GNSS模块用于获得本机的导航信息并发送给协议处理和数据处理模块；

所述模拟量调理和采集电路用于对接收模块发送的ADS-B信息的检测信号、A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号进行采样、译码，得到原始报文信号以及相应格式的询问信号，并发送给协议处理和数据处理模块；

所述协议处理和数据处理模块用于将GNSS模块发送的本机的导航信息进行编码、组帧形成ADS-B信号的基带信号，将ADS-B信号的基带信号通过缓冲驱动电路传输给发射模块；还用于将模拟量调理和采集电路发送的原始报文信号以及相应格式的询问信号进行识别，若为ADS-B信息则将解析后的ADS-B信息与本机的导航信息通过通信接口模块输出至后端装置，若为A/C模式询问信号则产生A/C模式应答信号和射频控制信号，并将A/C模式应答信号和射频控制信号通过缓冲驱动电路传输给发射模块。

优选地，所述协议处理和数据处理模块包含FPGA芯片、DSP芯片和SRAM芯片，FPGA芯片被配置成完成报文协议处理、询问信号识别、报文组帧、与DSP通信以及外部通信接口实现；DSP芯片被配置成完成S模式报文协议处理、GNSS数据解析以及数据滤波和编码；SRAM芯片被配置成完成DSP应用程序运行空间扩展和参数信息存储；FPGA芯片与DSP芯片之间主要交换询问和应答信息、BDS寄存器信息、本机GNSS信息以及本机1090ES报文内容和邻机1090ES报文内容；FPGA芯片与SRAM芯片之间主要交换本机S模式地址、FID、飞机类型。

优选地，所述发射模块包含依次连接的频率综合器、滤波器、驱动放大器、末级功放和收发选择开关。

优选地，所述接收模块包含频率综合器、混频器、20M滤波器、80M滤波器、放大器、检波器；

从收发开关过来的1090MHz的ADS-B信息的射频信号先由混频器根据频率综合器提供的频率进行混频，再由20M滤波器进行下变频，最后经过放大器、检波器产生ADS-B信息的检波信号发送给中央处理模块；

从收发开关过来的1030MHz的A/C模式询问信号的的射频信号先由混频器根据频率综合器提供的频率进行混频，再由80M滤波器进行下变频,最后经过放大器、检波器产生A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号发送至中央处理模块。

优选地，所述的一种通用航空ADS-B终端还包含电源模块，所述电源模块包含浪涌控制电路、EMI滤波电路、第一DC/DC转换模块、第二DC/DC转换模块和第三DC/DC转换模块；输入的直流机载电源经过浪涌控制电路和EMI滤波电路后，通过第一DC/DC转换模块向接收模块、中央处理模块和发射模块提供电源，通过第二DC/DC转换模块向中央处理模块中的通信接口模块提供电源，通过第三DC/DC转换模块向发射模块中的末级功放电路提供电源。

本发明的有益效果在于：

本发明采用综合化、集成化的设计方法，形成具备监视信息广播与接收、导航数据处理、模式参数配置、能对地面二次雷达发出的编码询问信号做出响应，进行接收和解析，并生成和发射带有载机识别代码、飞行高度、危急信息等的编码应答信号给地面二次雷达等多功能的一体机，其体积小、重量轻、功耗低，可广泛适用于各类公务机、轻型机、滑翔伞等通用航空机载环境以及机动式车载平台、地面塔台等地面环境，为通用航空提供有效、可靠的飞行态势监视，达到通用航空飞行器安全巡航和地面系统全天候监视的期望，满足先进通用航空发展需求。

附图说明

图1为本发明一种通用航空ADS-B终端组成示意图；

图2通用航空ADS-B终端图解结构

图3为中央处理模块示意图

图4射频发射模块示意图

图5射频接收模块示意图

图6电源模块示意图

图7中央处理模块中软件组成示意图

具体实施例方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步详细阐述本发明。

通用航空ADS-B终端机箱设计采用铆接密封方式，以防止电磁泄漏。机箱内部模块采用堆叠结构，如图2所示，其整机的外形尺寸为66mm×76mm×180mm。

如图1、图2所示，通用航空ADS-B终端硬件主要由中央处理模块1、发射模块2、接收模块3、电源模块4等部分组成。

中央处理模块是通用航空ADS-B终端的核心模块，如图3所示，主要包含GNSS模块、协议处理和数据处理模块、通信接口模块、缓冲驱动电路和模拟量调理/采集模块。

所述GNSS模块用于获得包含本机经度、纬度、速度、时间、高度等内容的导航信息并发送给协议处理和数据处理模块。

所述协议处理和数据处理模块用于将GNSS模块发送的本机的导航信息按各种类型分成多个56位的数据，并插入DF17格式的ME字段，组装成多个适合于1090ES数据链传输的不同类型的ADS-B信号的基带信号，按不同的速率将ADS-B信号的基带信号通过缓冲驱动电路传输给发射模块。

模拟量调理和采集电路用于对接收模块发送的ADS-B信息的检测信号、A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号进行采样、译码，得到原始报文信号以及相应格式的询问信号，并发送给协议处理和数据处理模块；

协议处理和数据处理模块还用于将模拟量调理和采集电路发送的原始报文信号以及相应格式的询问信号进行识别，若为ADS-B信息则对ADS-B检波信号进行采样、译码，得到S模式信息，提取ME域，形成包含空域飞机地址、飞行识别码、位置、状态、高度、航向等飞行信息，将该飞行信息与本机的导航信息通过通信接口模块输出至显示终端，若为A/C模式询问信号则产生A/C模式应答信号和射频控制信号，并将A/C模式应答信号和射频控制信号通过缓冲驱动电路传输给发射模块。

协议处理和数据处理模块包含FPGA芯片、DSP芯片和SRAM芯片，FPGA主要完成报文协议处理、询问信号识别、报文组帧、与DSP通信以及外部通信接口实现；DSP主要完成S模式报文协议处理、GNSS数据解析以及数据滤波和编码；SRAM主要完成DSP应用程序运行空间扩展和参数信息存储。FPGA与DSP之间主要交换询问和应答信息、BDS寄存器信息、本机GNSS信息以及本机1090ES报文内容和邻机1090ES报文内容；FPGA与SRAM之间主要交换本机S模式地址、FID、飞机类型等信息。

发射模块由频率综合器、滤波器、驱动放大器、末级功放、收发选择开关等组成，如图4所示，发射模块接收从中央处理模块发过来的A/C模式应答信号的基带信号、射频控制信号和ADS-B信息的基带信号，由频率综合器实现对基带信号的调制，调制成1090MHz的射频信号，并经过滤波器、驱动放大器、末级功放放大后，通过射频控制信号控制收发开关连接至全向天线发射出去。同时发射模块产生本振锁定信号和功率检测信号，发送至中央处理模块进行工作状态监控。

接收模块针对通用航空ADS-B终端小型化的要求，采用双频段综合解调的方案，实现对1030MHz的询问信号和1090MHz的应答信号/ADS-B信号进行同步解调处理。接收模块为了保证接收的ADS-B信号质量，采用独立腔体屏蔽结构设计，如图5所示。收模块包含频率综合器、混频器、20M滤波器、80M滤波器、放大器、检波器。从收发开关过来的1090MHz的ADS-B信息的射频信号先由混频器根据频率综合器提供的频率进行混频，再由20M滤波器进行下变频，最后经过放大器、检波器产生ADS-B信息的检波信号发送给中央处理模块。从收发开关过来的1030MHz的A/C模式询问信号的的射频信号先由混频器根据频率综合器提供的频率进行混频，再由80M滤波器进行下变频,最后经过放大器、检波器产生A/C模式询问信号的检波信号和A/C模式的中频信号发送至中央处理模块。

电源模块将输入的直流机载电源（+9到+36V），经过浪涌控制电路和EMI滤波电路后，得到纹波小、杂波少的稳定工作电源，然后通过三个高集成度、高转换效率、小尺寸、高可靠性的DC/DC转换模块转换成射频发射模块的末级功放电路工作电压+50V，中央处理模块的ARINC429通信电路工作电压±15V、以及射频接收模块、中央处理模块和射频发射模块的正常工作电源+5V等内部所需的电压，电源启动电路主要用于通用航空ADS-B终端电源的远程开关控制，如图6所示。

通用航空ADS-B终端主要实现S模式应答机功能，ADS-B发射功能和ADS-B接收功能等，其软件上通过采用协议综合的方法将S模式应答机软件和ADS-B协议软件进行综合处理，在综合软件里自动识别协议类别完成报文组装和发送，提高了原有软件的执行效率和可靠性，通用航空ADS-B终端按照所实现功能的不同，主要分为以下十个部分：初始化软件、工作模式选择软件、S模式数据链软件、1090ES数据链软件、本机位置数据接收软件、目标飞机数据接收软件、本机位置数据处理软件、目标飞机数据处理和维护软件、目标飞机数据筛选、编码、传输软件、自检测软件，如图7所示。

初始化是应用程序的入口，执行了SDRAM、Flash等硬件外设以及内部软件资源的初始化工作，为系统的正常运行作准备。

工作模式选择软件主要是实现工作模式切换、二次代码、飞机标识、S模式地址、飞机类型等参数输入以及故障信息输出等。

S模式数据链软件用于支持空-地COMM-A/B数据链和空-空COMM-U/V数据链，并具备ATCRBS/S模式全呼叫、A/C模式询问应答和捕获间歇广播能力，

1090ES数据链软件主要是实现空中位置信息ES、空中速度信息ES、地面位置信息ES和飞机标识信息ES四种ADS-B报文的组帧和编码。DF17是其数据链载体。空中位置ES主要包含信息为监视状态、天线状态、格雷码高度信息、经纬度信息。空中速度ES主要包含信息为东西速度信息、南北速度信息、垂直速率信息、航向信息以及真空速信息。地面位置ES主要包含信息为地速信息、航向信息、经纬度信息。飞机标识ES主要包含信息为当前飞行任务码。

本机位置数据接收软件主要完成本机经纬度和高度数据接收和解码。

目标飞机数据接收软件完成目标飞机S模式地址、飞机标识、经纬度、高度、航向、速度的接收，并对目标飞机的经纬度和高度数据进行解码。

本机位置数据处理软件主要完成本机经纬度和高度数据的接收和解码。

目标飞机数据处理和维护软件主要完成目标飞机相对位置解算和数据链表维护。

目标飞机数据筛选、编码、传输软件在定时器控制下完成80架目标飞机的数据筛选和按通信协议向CDTI传输目标飞机飞机标识、航向、速度、相对位置和两次发送间隔间内目标飞机的高度变化信息等任务。

自检测软件主要完成对本机工作状态进行周期性检测，并将故障状态信息和检测结果输出。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。