一种航空器多元监视数据采集处理监视设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种航空器监视设备，特别涉及一种航空器多元监视数据采集处理监视设备。
【背景技术】
[0002]随着航空器数量的持续增加，空中交通拥堵日益加剧，增加了航空器碰撞的风险，对航空器监视技术提出了更高的要求。当前航空器的监视设备主要为雷达，部分地区利用广播式自动相关监视(ADS-B )、飞机通信寻址报告系统(ACARS )信息监视、多点定位信息(MLAT)监视，监视手段呈现多元化发展，监视信息也日渐丰富。然而，很少有监视设备能够将多个监视信息同时采集并进行处理，这一定程度上限制了航空器监视技术的发展。为了给航空用户提供可靠、实时、高精度的监视数据，有必要研制航空器多源监视数据采集处理监视设备。
【发明内容】
[0003]鉴于现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种选用高增益天线，采用数字处理技术，严格按照国际民航组织标准设计，能够采集250海里范围以内的多元监视数据信号的一种航空器多元监视数据采集处理监视设备，具体技术方案是，一种航空器多元监视数据采集处理监视设备，包括信号接收功能模块、AD采样功能模块、信号滤波功能模块、数据处理功能模块，其特征在于:所述的信号接收功能模块电路包括天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器，连接为天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器依次连接；所述的AD采样功能模块电路包括AD驱动电路和AD转换功能电路，AD驱动电路的+OUT引脚和-OUT引脚串接接电阻后分别连接到AD转换功能电路的差分输入功能引脚上；所述的数据处理功能模块电路包括可编程逻辑电路、数字信号处理电路，可编程逻辑电路通过64位总线连接数字信号处理电路的输入EMIF接口，数字信号处理电路的输出EMIF接口连接可编程逻辑电路，总电路连接为信号接收功能模块的检波器输出连接AD采样功能模块的AD驱动电路的Vin端、AD采样功能模块和差分输入功能引脚端连接信号滤波功能模块端、信号滤波功能模块OUT端与数据处理功能模块通过FIFO相连，数据处理功能模块连接上位机。
[0004]本实用新型的技术效果是可以采集航空器防撞(TCAS)信息、ADS-B信息、ACARS信息、雷达信息，具备读取北斗/GPS模块授时、定位信息的功能，同时能够输出多点定位时间信息供地面监视站准确无误的判别目标。
【附图说明】
[0005]图1是本实用新型的总体架构图。
[0006]图2是本实用新型的接收模块框图。
[0007]图3是本实用新型的模数转换功能模块框图。
[0008]图4是本实用新型的模数转换功能模块电原理图。
[0009]图5是本实用新型的数据处理电路框图。
[0010]图6是本实用新型的数据解码处理工作流程。
【具体实施方式】
[0011]下面结合具体实施例作进一步说明，如图1、2、3、4、5、6所示，
[0012]信号接收功能模块电路包括天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器，连接为天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器依次连接，如图2所示。对航空器多元监视数据采集处理监视设备而言，接收前端是非常重要的组成部分，由于ADS-B 1090ES、TCAS, A/C模式雷达信息均采用1090MHZ的载波频率，而ACARS信息需要在甚高频(VHF)波段接收，所以需要设计宽频带接收电路，接收电路分别接收1090MHZ的信号和118-137MHZ的信号。
[0013]其中选用的限幅器可以将30dBm左右的输入信号的功率限幅约为16dBm ;选用的低噪放大器为HP公司的ATF-38143，允许的最大输入信号功率为17dBm。
[0014]信号接收功能模块电路的性能指标为:
[0015](I)接收频率:1090土3MHz ；118-137MHZ 接收频率
[0016](2)动态范围:彡80dB
[0017](3)接收灵敏度:_90dBm
[0018](4)噪声系数:彡2.5dB
[0019]AD采样功能模块电路包括AD驱动电路和AD转换功能电路，AD驱动电路的+OUT引脚和-OUT引脚串接49.9欧的电阻后分别连接到AD转换功能电路的差分输入功能引脚上；如图3、4所示，选用ADI公司的AD8138芯片作为AD采样功能模块的AD驱动电路，该器件-3 dB带宽为320 MHz，根据不同用户需求采样板AD芯片可以更换为AD9246芯片。
[0020]滤波电路为RC滤波电路，可以大大削弱各类高频干扰信号和抑制/毛刺干扰，提高系统可靠性。
[0021]数据处理功能模块电路包括可编程逻辑电路、数字信号处理电路，可编程逻辑电路通过64位总线连接数字信号处理电路的输入EMIF接口、数字信号处理电路的输出EMIF接口连接可编程逻辑电路，为了进行程序的加密，采用EEPROM保存数字信号处理电路的程序，并对数字信号处理电路进行上电加载操作，其中可编程逻辑电路完成报头检测以及时序匹配的工作，填入数据FIFO，通过64位总线连接数字信号处理电路的EMIF接口发送中断请求，数字信号处理电路检测功率最大的报头和报表生成，通过EMIF接口发送到可编程逻辑电路模块并报表输出到上位机；
[0022]如图6所示，可编程逻辑电路、数字信号处理电路采用ALTERA公司CycloneIIEP2C70F672C8与TI公司的TMS3206416t芯片构成，为了进行程序的加密，采用EEPROM保存DSP的程序，并对DSP进行上电加载操作，其中可编程逻辑器FPGA完成报头检测以及时序匹配的工作，首先对输入的数字视频信号同步，锁存控制信号，根据控制输入MTL值和当前数字视频信号状态控制DMTL值，丢弃门限值以下的信号，然后滤除功率过大的本机干扰信号，滤除脉冲宽度过窄的干扰信号，滤除脉冲宽度过宽无法正确识别VPP位置的脉冲。接着产生VPP/ALE/PLE信号，并根据这些信号的位置关系完成报头的初始检测和报头参考功率的计算，然后同步进行三个测试:功率一致性检测，I μ s/3.5 μ s/4.5 μ s测试和DF认证。不满足三测试中的任意一个的报头都应丢弃。最后做重触发检测。所有工作完成后填入数据FIFO，并向DSP发送中断请求。从数据输出开始，在一段时间(经测试一般为13 μ s)检测功率最大的报头。
[0023]由于所采集的航空器监视信息都是基于视线传播，传播过程易受到反射、折射、衍射等的影响，造成传输信息会出现错误。为保证航空器多元监视信息解码的准确性，采用了如图6所示的解码流程对信号进行解码。
[0024]总体电路
[0025]如图1所示，总电路连接为信号接收功能模块的检波器输出连接AD采样功能模块的AD驱动电路的Vin端、AD采样功能模块和差分输入功能引脚端连接信号滤波功能模块端、信号滤波功能模块OUT端与数据处理功能模块通过FIFO相连，数据处理电路连接上位机。
[0026]最终能够输出有:A/C模式雷达监视信息(包括应答机编码和高度)、ADS_B 1090ES监视信息、ACARS监视信息、TCAS防撞信息及带有时间戳的原始信号信息(多点定位时间信息)。
[0027]为提高监视设备的可靠性电路中还采用了 PCB电路板设计时把模拟地和数字地分开；选用金属壳体把交流电源、高频电源、强电设备包围起来并接地，有效屏蔽干扰；电源电路设计能够同时输出12V、5V的电压，最大输出电流为2A，能够满足DSP、FPGA、ADC转换电路、接收电路的使用要求；选用了 UM220北斗导航定位/授时模块和LEA-5T GPS芯片为航空器多元监视数据采集处理系统提供系统所在地的位置信息和时间同步信息，通过冗余方式保证了系统时间的准确性，提高了监视的精度。
[0028]在软件设计中主要有:
[0029]抗干扰设计
[0030](I)数字滤波:模通过数字滤波消除拟输入信号的噪声。
[0031](2)设置陷阱:在未用的程序区内设置一段引导程序，当程序受干扰跳到此区域时，引导程序将强行捕获到的程序引导到指定的地址，在那里用专门程序对出错程序进行处理。
[0032](3)指令冗余:在双字节指令和三字节指令后插入两三个字节的空操作指令Ν0Ρ，可以防止当P系统受干扰程序跑飞时，将程序自动纳入正轨。
[0033](4)设置看门狗定时:如失控的程序进入死循环，采用看门狗技术使程序脱离死循环。
[0034]多元监视信息的解码功能设计
[0035]由于所采集的航空器监视信息都是基于视线传播，传播过程易受到反射、折射、衍射等的影响，造成传输信息会出现错误。为保证航空器多元监视信息解码的准确性，采用了如图6所示的解码流程对信号进行解码。
[0036]北斗/GPS授时功能模块设计
[0037]选用了 UM220北斗导航定位/授时模块和LEA-5T GPS芯片为航空器多元监视数据采集处理监视设备提供系统所在地的位置信息和时间同步信息，通过冗余方式保证了系统时间的准确性，提高了监视的精度。
[0038]本实用新型具备ADS-B数据接收处理、航空器防撞(TCAS)数据接收处理、
[0039]A/C模式雷达应答数据接收处理、多点定位数据接收处理、ACARS数据接收处理功會K。
【主权项】
1.一种航空器多元监视数据采集处理监视设备，包括信号接收功能模块、AD采样功能模块、信号滤波功能模块、数据处理功能模块，其特征在于:所述的信号接收功能模块电路包括天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器，连接为天线、限幅器、低噪放大器、滤波器、检波器依次连接；所述的AD采样功能模块电路包括AD驱动电路和AD转换功能电路，AD驱动电路的+OUT引脚和-OUT引脚串接接电阻后分别连接到AD转换功能电路的差分输入功能引脚上；所述的数据处理功能模块电路包括可编程逻辑电路、数字信号处理电路，可编程逻辑电路通过64位总线连接数字信号处理电路的输入EMIF接口，数字信号处理电路的输出EMIF接口连接可编程逻辑电路，总电路连接为信号接收功能模块的检波器输出连接AD采样功能模块的AD驱动电路的Vin端、AD采样功能模块和差分输入功能引脚端连接信号滤波功能模块端、信号滤波功能模块OUT端与数据处理功能模块通过FIFO相连，数据处理功能模块连接上位机。
【专利摘要】本实用新型涉及一种航空器多元监视数据采集处理监视设备，包括信号接收功能模块、AD采样功能模块、信号滤波功能模块、数据处理功能模块，电路连接为信号接收功能模块的检波器输出连接AD采样功能模块的AD驱动电路的VIN端、AD采样功能模块和差分输入功能引脚端连接信号滤波功能模块端、信号滤波功能模块OUT端与数据处理功能模块通过FIFO相连，数据处理电路连接上位机，技术效果是可以采集航空器防撞信息、ADS-B信息、ACARS信息、雷达信息，具备读取北斗/GPS模块授时、定位信息的功能，同时能够输出多点定位时间信息供地面监视站准确无误的判别目标。
【IPC分类】G08G5/04
【公开号】CN204667646
【申请号】CN201520234214
【发明人】曹显祥
【申请人】曹显祥
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年4月17日