飞行器信号传输系统及其信号传输方法
【专利摘要】本发明公开了飞行器信号传输系统，包括接收卫星导航信息的BDS天线，与BDS天线连接的BDS单元，与BDS单元连接的ADS?B接口单元，与ADS?B接口单元连接的ADS?B报文编码单元，与ADS?B报文编码单元连接的1090ES射频发射单元和北斗发射单元，可在北斗卫星覆盖的范围实现全空域传输，因此用来接收该报文信息的北斗地面指挥中心只需要建设一个，在当前可实现亚太区域的无盲区、全空域的覆盖，在未来，随着北斗的全球覆盖，该设备可实现全球无盲区覆盖，同时利用PPS时隙和本地随机时隙的匹配来发射报文，避免发射干扰，同时利用良好的报文编码方式实现RS编码。
【专利说明】
飞行器信号传输系统及其信号传输方法
技术领域
[0001]本发明涉及飞行器定位领域，具体是飞行器信号传输系统及其信号传输方法。
【背景技术】
[0002]ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)是ICAO在新航行系统中所推荐的一种新兴的监视技术，是基于卫星定位和地/空数据链通信的飞机运行监视技术，核心是把来自机载设备的飞机位置数据通过地空数据链自动实时地发送到地面接收和处理系统，供相关人员提供精确、高效的监视服务。
[0003]ADS-B系统的核心技术包括:GNSS和地空/空空数据链。纵观全球，目前所采用的ADS-B GNSS信号源大多为GPS导航信号源，仅有少数的系统采用Glonass作为备份导航信号源。目前，北斗卫星导航已经建成了覆盖亚洲区域的区域卫星导航系统，可以为北斗在民航导航领域的应用提供技术基础。
[0004]ADS-B数据链系统目前主要包括三种:1)S模式的基于异频雷达收发机的1090ES数据链;2)通用访问收发机(UAT)数据链;3)模式4甚高频数据链(VDL-4)。
[0005]这三种数据链的共同特点是:传输距离的有限性，1090ES、UAT模式、VDL4模式ADS-B的通信距离最大不超过400KM，因此需要在每半径400KM以内的区域建设ADS-B地面接收站。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种飞行器信号传输系统及其信号传输方法，解决传输距离的有限性，1090ES、UAT模式、VDL4模式ADS-B的通信距离最大不超过400KM，因此需要在每半径400KM以内的区域建设ADS-B地面接收站的问题。
[0007]飞行器信号传输系统，包括接收卫星导航信息的BDS天线，与BDS天线连接的BDS单元，与BDS单元连接的ADS-B接口单元，与ADS-B接口单元连接的ADS-B报文编码单元，与ADS-B报文编码单元连接的UAT射频发射单元和北斗发射单元。
[0008]本发明研究的基于北斗机载ADS-B发射器，选择北斗为系统的GNSS导航源，其数据链支持传统的ADS-B UAT数据链路和北斗短报文通信链路双模式，该设备将ADS-B的报文按照ADS-B进行编码，同时在ADS-B的UAT链路上传输，同时在北斗短报文数据链路上进行传输，实现双链路并行的传输机制。ADS-B的UAT链路即UAT射频发射单元，北斗短报文数据链路即北斗发射单元。
[0009]在机场终端区，机场的ADS-B地面接收站可以接受到该设备在UAT链路上按照1/s广播ADS-B报文，在位置偏远的航路区，尤其是ADS-B地面站无法覆盖的区域，该设备继续将利用北斗的短报文以较低的频率(1-5次/分钟)发射ADS-B报文，供北斗地面指挥中心接收，由于该报文是通过卫星广播的，所以该链路不受距离的影响，可在北斗卫星覆盖的范围实现全空域传输，因此用来接收该报文信息的北斗地面指挥中心只需要建设一个，在当前可实现亚太区域的无盲区、全空域的覆盖，在未来，随着北斗的全球覆盖，该设备可实现全球无盲区覆盖。
[00?0] 优选的，所述BDS/GPS单元包括基带单元A、与基带单元A连接的接口单元A，所述ADS-B接口单元包括接口单元B，与接口单元B连接的NIC校验模块，接口单元A通过接口单元B与NIC校验模块连接，NIC校验模块连接至ADS-B报文编码单元。通过上BDS/GPS单元完成基带处理，通过ADS-B接口单元完成定位信息的校验。
[0011]北斗天线接收到来自卫星的位置信息，经过基带处理，将标准时间脉冲由外部中断口和RS232接口将位置信息送到ADS-B接口单元，该位置信息经过NIC校验模块(导航完整性校验)将校验后的位置信息，送入ADS-B报文编码单元。
[0012]所述ADS-B报文编码单元包括与NIC校验模块连接的同步判断模块，同步判断模块连接有RS编码模块，RS编码模块连接有CRC24校验模块，CRC24校验模块连接有缓冲存储器，还包括本地时隙单元、ADS-B发送控制模块，ADS-B发送控制模块连接NIC校验模块、本地时隙单元、缓冲存储器。
[0013]通过上述结构，用于控制定位信息的发送，选择合适发射间隙，以便将定位信息发送给其他设备，ADS-B报文编码单元对位置信息编码处理，编码完成后，形成编码好的报文信息，此时编码好的报文信息不能发射出去，利用本地时隙单元会产生的本地时隙，利用定位信息自带的PPS时隙，通过ADS-B发送控制模块的判断本地时隙和PPS时隙一致后才将编码好的报文信息发射出去，这就是利用外部BDS同步信号PPS上升沿来产生发射时隙。
[0014]所述北斗发射单元包括基带单元B、与基带单元B连接的射频单元、与射频单元连接的BDS天线，还包括与基带单元B连接的S頂，基带单元B与缓冲存储器连接。在北斗发射单元(北斗短报文发射单元)中，编码好的报文信息(ADS-B报文)输入进入北斗报文通信单元，该报文通过北斗的用户卡通过卫星链路发送到北斗指挥中心。
[0015]所述UAT射频发射单元包括CPFSK调制、与CPFSK调制连接的预防、与预防连接的功放、与功放连接的978MHz天线，还包括与CPFSK调制连接的混频，与混频连接的本振，CPFSK调制与缓冲存储器连接。在UAT射频发射单元中，编码好的报文信息(ADS-B报文)经过本振、混频、CPFSK调制、前置放大、推动、功率放大后在978MHZ频率上射频广播。
[0016]优选的，本发明利用RS编码模块进行编码处理，所述RS编码模块包括与同步判断模块相连的同步判断模块接收单元，同步判断模块接收单元连接有Block RAM、系统时序及编码类型控制电路、寄存器组S、寄存器组W、寄存器组b，还包括G(2m)运算电路，寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b的输出端均与G(2m)运算电路连接，G(2m)运算电路的输出端与寄存器组s、寄存器组W、寄存器组b的输入端连接，还包括MUX(多路复用器)，Block RAM(块随机存储器)的输出端、系统时序及编码类型控制电路的输出端、寄存器组s的输出端均与MUX连接，MUX还连接有报文解析单元，系统时序及编码类型控制电路的报文类型指示端与报文解析单元连接，Block RAM、寄存器组s、寄存器组w、寄存器组b、G(2m)运算电路均受系统时序及编码类型控制电路的控制，所述报文解析单元与CRC24校验模块连接。
[0017]通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号，根据同步信号判断出同步信号到达、并确定每条报文数据中数据比特的出现位置，再提取出基带报文数据交由RS编码模块进编码处理，同时根据同步头类型可判断出基带报文数据的报文类型；
同步判断模块判断出报文类型。
[0018]系统时序及编码类型控制电路控制不同报文类型的数据进入相应的编码路径。
[0019]当报文类型是FIS-B报文时，使用RS(92，72)进行6次编码;MUX，Block RAM(块随机存储器)、系统时序及编码类型控制电路完成RS(92，72)编码。
[0020]当报文类型不是FIS-B报文时，则该报文使用RS(30，18)和RS(48，34)进行编码，其中，系统时序及编码类型控制电路、寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b，还包括G(2m)运算电路组完成RS(30,18)编码算法。
[0021]基于所述的飞行器信号传输系统的信号传输方法，包括以下步骤:
通过ros天线接收卫星导航信息；
通过ros单元对卫星导航信息经过基带的处理获得位置信息和pps时隙；
通过ADS-B接口单元对位置信息和PPS时隙进行导航完整性校验，将校验后的位置信息、PPS时隙送入ADS-B报文编码单元；
通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息，并随机生成本地时隙，通过ADS-B报文编码单元获得同步信号，当当前同步信号到达后，判断本地时隙和PPS时隙一致性，当本地时隙和PPS时隙一致时，触发编码好的报文信息送至UAT射频发射单元和北斗发射单元。
[0022]通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息的具体过程包括以下步骤:
通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号，根据同步信号判断出同步信号到达、并确定每条报文数据中数据比特的出现位置，再提取出基带报文数据交由RS编码模块进编码处理，同时根据同步头类型可判断出基带报文数据的报文类型；
采用1^编码模块进编码时采用1^(30，18)，1?(48，34)和1?(92，72)三种编码算法，当报文类型是FIS-B报文时，则该报文按((符号1、符号7、符号13、符号19，…符号547 ),(符号2、符号8、符号14、符号20，...符号548 )，…(符号6、符号12、符号18、符号24，…符号552))重新组合后使用RS(92，72)进行6次编码考虑到FIS-B的报文比较长，这里拟采用三个编码器同时工作)；当报文类型不是FIS-B报文时，则该报文使用RS (30，18)和RS(48，34)进行编码；采用RS(30，18)进行编码是以G(2m)迭代运算电路在系统时序及编码类型控制电路的作用下完成BM迭代运算，G(2m)迭代运算电路的输入为原始基带码元序列，在系统时钟驱动下按节拍完成每次的迭代过程，并按节拍输出校验后的原始基带码元序列。G(2m)迭代运算电路的启动和停止受系统时序及编码类型控制电路的控制，其中m = 8。
[0023]通过ADS-B报文编码单元获得同步信号的具体过程为:通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号。
[0024]综上所述，本发明具有以下有益效果:可在北斗卫星覆盖的范围实现全空域传输，因此用来接收该报文信息的北斗地面指挥中心只需要建设一个，在当前可实现亚太区域的无盲区、全空域的覆盖，在未来，随着北斗的全球覆盖，该设备可实现全球无盲区覆盖，同时利用PPS时隙和本地随机时隙的匹配来发射报文，避免发射干扰，同时利用良好的报文编码方式实现RS编码。
【附图说明】
[0025]图1是本发明的系统结构示意图。
[0026]图2是RS编码模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]实施例1:
如图1和图2所示，
飞行器信号传输系统，包括接收卫星导航信息的BDS天线，与BDS天线连接的BDS单元，与BDS单元连接的ADS-B接口单元，与ADS-B接口单元连接的ADS-B报文编码单元，与ADS-B报文编码单元连接的UAT射频发射单元和北斗发射单元。
[0029]本发明研究的基于北斗机载ADS-B发射器，选择北斗为系统的GNSS导航源，其数据链支持传统的UAT数据链路和北斗短报文通信链路双模式，该设备将ADS-B的报文按照ADS-B进行编码，同时在ADS-B的UAT链路上传输，同时在北斗短报文数据链路上进行传输，实现双链路并行的传输机制。ADS-B的UAT链路即UAT射频发射单元，北斗短报文数据链路即北斗发射单元。
[0030]在机场终端区，机场的ADS-B地面接收站可以接受到该设备在UAT链路上按照1/s广播ADS-B报文，在位置偏远的航路区，尤其是ADS-B地面站无法覆盖的区域，该设备继续将利用北斗的短报文以较低的频率(1-5次/分钟)发射ADS-B报文，供北斗地面指挥中心接收，由于该报文是通过卫星广播的，所以该链路不受距离的影响，可在北斗卫星覆盖的范围实现全空域传输，因此用来接收该报文信息的北斗地面指挥中心只需要建设一个，在当前可实现亚太区域的无盲区、全空域的覆盖，在未来，随着北斗的全球覆盖，该设备可实现全球无盲区覆盖。
[0031]优选的，所述BDS单元包括基带单元A、与基带单元A连接的接口单元A，所述ADS-B接口单元包括接口单元B，与接口单元B连接的NIC校验模块，接口单元A通过接口单元B与NIC校验模块连接，NIC校验模块连接至ADS-B报文编码单元。通过上BDS单元完成基带处理，通过ADS-B接口单元完成定位信息的校验。
[0032]北斗天线接收到来自卫星的位置信息，经过基带处理，将标准时间脉冲由外部中断口和RS232接口将位置信息送到ADS-B接口单元，该位置信息经过NIC校验模块(导航完整性校验)将校验后的位置信息，送入ADS-B报文编码单元。
[0033]所述ADS-B报文编码单元包括与NIC校验模块连接的同步判断模块，同步判断模块连接有RS编码模块，RS编码模块连接有CRC24校验模块，CRC24校验模块连接有缓冲存储器，还包括本地时隙单元、ADS-B发送控制模块，ADS-B发送控制模块连接NIC校验模块、本地时隙单元、缓冲存储器。
[0034]通过上述结构，用于控制定位信息的发送，选择合适发射间隙，以便将定位信息发送给其他设备，ADS-B报文编码单元对位置信息编码处理，编码完成后，形成编码好的报文信息，此时编码好的报文信息不能发射出去，利用本地时隙单元会产生的本地时隙，利用定位信息自带的PPS时隙，通过ADS-B发送控制模块的判断本地时隙和PPS时隙一致后才将编码好的报文信息发射出去，这就是利用外部BDS同步信号PPS上升沿来产生发射时隙。
[0035]所述北斗发射单元包括基带单元B、与基带单元B连接的射频单元、与射频单元连接的BDS天线，还包括与基带单元B连接的S頂，基带单元B与缓冲存储器连接。在北斗发射单元(北斗短报文发射单元)中，编码好的报文信息(ADS-B报文)输入进入北斗报文通信单元，该报文通过北斗的用户卡通过卫星链路发送到北斗指挥中心。
[0036]所述UAT射频发射单元包括CPFSK调制、与CPFSK调制连接的预防、与预防连接的功放、与功放连接的978MHz天线，还包括与CPFSK调制连接的混频，与混频连接的本振，CPFSK调制与缓冲存储器连接。在UAT射频发射单元中，编码好的报文信息(ADS-B报文)经过本振、混频、CPFSK调制、前置放大、推动、功率放大后再978MHZ频率上射频广播。
[0037]优选的，本发明利用RS编码模块进行编码处理，所述RS编码模块包括与同步判断模块相连的同步判断模块接收单元，同步判断模块接收单元连接有Block RAM、系统时序及编码类型控制电路、寄存器组S、寄存器组W、寄存器组b，还包括G(2m)运算电路，寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b的输出端均与G(2m)运算电路连接，G(2m)运算电路的输出端与寄存器组s、寄存器组w、寄存器组b的输入端连接，还包括MUX,Block RAM(块随机存储器)的输出端、系统时序及编码类型控制电路的输出端、寄存器组s的输出端均与MUX(多路复用器)连接，MUX还连接有报文解析单元，系统时序及编码类型控制电路的报文类型指示端与报文解析单元连接，Block RAM、寄存器组s、寄存器组w、寄存器组b、G(2m)运算电路均受系统时序及编码类型控制电路的控制，所述报文解析单元与CRC24校验模块连接。
[0038]通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号，根据同步信号判断出同步信号到达、并确定每条报文数据中数据比特的出现位置，再提取出基带报文数据交由RS编码模块进编码处理，同时根据同步头类型可判断出基带报文数据的报文类型；
同步判断模块判断出报文类型。
[0039]系统时序及编码类型控制电路控制不同报文类型的数据今日相应的编码路径。
[0040]当报文类型是FIS-B报文时，使用RS(92，72)进行6次编码;MUX，Block RAM(块随机存储器)、系统时序及编码类型控制电路完成RS(92，72)编码。
[0041 ]当报文类型不是FIS-B报文时，则该报文使用RS (30，18)和RS(48，34)进行编码，其中，系统时序及编码类型控制电路、寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b，还包括G(2m)运算电路组完成RS(30,18)编码算法。
[0042]如图2所不，RS编码_旲块完成了坐标编码、、呼号编码、ICAO地址编码、机型编码、发射机类型编码、高度编码等。
[0043]实施例2 如图1和图2所示，
基于所述的飞行器信号传输系统的信号传输方法，包括以下步骤:
通过ros天线接收卫星导航信息；
通过ros单元对卫星导航信息经过基带的处理获得位置信息和pps时隙；
通过ADS-B接口单元对位置信息和PPS时隙进行导航完整性校验，将校验后的位置信息、PPS时隙送入ADS-B报文编码单元；
通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息，并随机生成本地时隙，通过ADS-B报文编码单元获得同步信号，当当前同步信号到达后，判断本地时隙和PPS时隙一致性，当本地时隙和PPS时隙一致时，触发编码好的报文信息送至UAT射频发射单元和北斗发射单元。
[0044]通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息的具体过程包括以下步骤:
通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号，根据同步信号判断出同步信号到达、并确定每条报文数据中数据比特的出现位置，再提取出基带报文数据交由RS编码模块进编码处理，同时根据同步头类型可判断出基带报文数据的报文类型；
采用1^编码模块进编码时采用1^(30，18)，1?(48，34)和1?(92，72)三种编码算法，当报文类型是FIS-B报文时，则该报文按((符号1、符号7、符号13、符号19，…符号547 ),(符号2、符号8、符号14、符号20，...符号548 )，…(符号6、符号12、符号18、符号24，…符号552))重新组合后使用RS(92，72)进行6次编码；当报文类型不是FIS-B报文时，则该报文使用RS (30，18)和RS( 48，34)进行编码;
采用RS(30，18)进行编码是以G(2m)迭代运算电路在系统时序及编码类型控制电路的作用下完成BM迭代运算，G(2m)迭代运算电路的输入为原始基带码元序列，在系统时钟驱动下按节拍完成每次的迭代过程，并按节拍输出校验后的原始基带码元序列。G(2m)迭代运算电路的启动和停止受系统时序及编码类型控制电路的控制，其中m = 8。
[0045]通过ADS-B报文编码单元获得同步信号的具体过程为:通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号。
[0046]以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.飞行器信号传输系统，其特征在于:包括接收卫星导航信息的BDS天线，与BDS天线连接的BDS单元，与BDS单元连接的ADS-B接口单元，与ADS-B接口单元连接的ADS-B报文编码单元，与ADS-B报文编码单元连接的UAT射频发射单元和北斗发射单元。2.根据权利要求1所述的飞行器信号传输系统，其特征在于:所述BDS/GPS单元包括基带单元A、与基带单元A连接的接口单元A，所述ADS-B接口单元包括接口单元B，与接口单元B连接的NIC校验模块，接口单元A通过接口单元B与NIC校验模块连接，NIC校验模块连接至ADS-B报文编码单兀。3.根据权利要求2所述的飞行器信号传输系统，其特征在于:所述ADS-B报文编码单元包括与NIC校验模块连接的同步判断模块，同步判断模块连接有RS编码模块，RS编码模块连接有CRC24校验模块，CRC24校验模块连接有缓冲存储器，还包括本地时隙单元、ADS-B发送控制模块，ADS-B发送控制模块连接NIC校验模块、本地时隙单元、缓冲存储器。4.根据权利要求3所述的飞行器信号传输系统，其特征在于:所述北斗发射单元包括基带单元B、与基带单元B连接的射频单元、与射频单元连接的BDS天线，还包括与基带单元B连接的S頂，基带单元B与缓冲存储器连接。5.根据权利要求3所述的飞行器信号传输系统，其特征在于:所述UAT射频发射单元包括CPFSK调制、与CPFSK调制连接的预防、与预防连接的功放、与功放连接的978MHz天线，还包括与CPFSK调制连接的混频，与混频连接的本振，CPFSK调制与缓冲存储器连接。6.根据权利要求3所述的飞行器信号传输系统，其特征在于:所述RS编码模块包括与同步判断模块相连的同步判断模块接收单元，同步判断模块接收单元连接有Block RAM、系统时序及编码类型控制电路、寄存器组s、寄存器组w、寄存器组b，还包括G(2m)运算电路，寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b的输出端均与G(2m)运算电路连接，G(2m)运算电路的输出端与寄存器组s、寄存器组W、寄存器组b的输入端连接，还包括MUX，Block RAM的输出端、系统时序及编码类型控制电路的输出端、寄存器组s的输出端均与MUX连接，MUX还连接有报文解析单元，系统时序及编码类型控制电路的报文类型指示端与报文解析单元连接，Block RAM、寄存器组S、寄存器组w、寄存器组b、G(2m)运算电路均受系统时序及编码类型控制电路的控制，所述报文解析单元与CRC24校验模块连接。7.基于权利要求1-6中任意一项所述的飞行器信号传输系统的信号传输方法，其特征在于:包括以下步骤: 通过K)S天线接收卫星导航信息； 通过K)S单元对卫星导航信息经过基带的处理获得位置信息和PPS时隙； 通过ADS-B接口单元对位置信息和PPS时隙进行导航完整性校验，将校验后的位置信息、PPS时隙送入ADS-B报文编码单元； 通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息，并随机生成本地时隙，通过ADS-B报文编码单元获得同步信号，当当前同步信号到达后，判断本地时隙和PPS时隙一致性，当本地时隙和PPS时隙一致时，触发编码好的报文信息送至UAT射频发射单元和北斗发射单元。8.根据权利要求7所述的飞行器信号传输系统的信号传输方法，其特征在于:通过ADS-B报文编码单元根据ADS-B报文编码规则对位置信息进行编码获得编码好的报文信息的具体过程包括以下步骤: 通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号，根据同步信号判断出同步信号到达、并确定每条报文数据中数据比特的出现位置，再提取出基带报文数据交由RS编码模块进编码处理，同时根据同步头类型可判断出基带报文数据的报文类型； 采用1^编码模块进编码时采用1^(30，18)，1?(48，34)和1?(92，72)三种编码算法，当报文类型是FIS-B报文时，则该报文按((符号1、符号7、符号13、符号19，…符号547 ),(符号2、符号8、符号14、符号20，...符号548 )，…(符号6、符号12、符号18、符号24，…符号552))重新组合后使用RS(92，72)进行6次编码；当报文类型不是FIS-B报文时，则该报文使用RS (30，18)和RS( 48，34)进行编码; 采用RS(30，18)进行编码是以G(2m)迭代运算电路在系统时序及编码类型控制电路的作用下完成BM迭代运算，G(2m)迭代运算电路的输入为原始基带码元序列，在系统时钟驱动下按节拍完成每次的迭代过程，并按节拍输出校验后的原始基带码元序列； G(2m)迭代运算电路的启动和停止受系统时序及编码类型控制电路的控制，其中m = 8。9.根据权利要求7所述的飞行器信号传输系统的信号传输方法，其特征在于:通过ADS-B报文编码单元获得同步信号的具体过程为:通过同步判断模块处理位置信息中的原始基带码元序列检测出同步信号。
【文档编号】H04B7/185GK106059653SQ201610622976
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】林琳, 刘志勇, 刘引川, 周跃飞
【申请人】中国民用航空飞行学院