专利名称：一体化tcas在复杂环境下的信号提取方法
技术领域：
本发明涉及新一代机载TCAS系统在复杂环境下的信号提取反复，属于信号处理 技术和空中交通管理及安全领域。
背景技术：
飞机上的防撞系统，美国航空体系称为空中交通预警和防撞系统(以下简称 TCAS)，欧洲航空体系称为机载防撞系统，两者的含义、功能是一致的，而且组成也基本相 似，因此本发明申请说明书以TCAS为技术背景进行描述。经过多年的发展，TCAS系统已发展出多种型号，如TCAS I、TCAS II、TCAS III、 TCAS IV。其中TCAS II目前应用最为广泛，它可以给飞机驾驶员提供以不同颜色和形状显 示临近飞机的相对高度、距离、方位、上升/下降状态等信息的交通提示(TA)和显示俯仰通 道改变、姿态保持、高度保持等信息的解决方式(RA)。其他更高版本型号体系结构以TCAS II为基础，只是在功能上略有差别。在现有的TCAS系统中，接收信号经过模拟滤波器滤波后，由视频处理器将其转换 为数字信号，再由译码移位寄存器进行译码。译码移位寄存器由多个非门、RS触发器、JK触 发器、并行存取移位寄存器等组成。译码移位寄存器在进行译码识别前同步脉冲时，必须要 有相应的定时时钟，而在现有TCAS系统中，该时钟由独立的晶体振荡器提供。随着千万门 级FPGA芯片的发展与广泛应用，现有TCAS系统的前同步脉冲初始检测电路就相对的存在 体积大、电路复杂、稳定性及抗干扰能力低等确定。而TCAS系统作为一种工作于复杂电子 环境且安装于空间有限的飞机上的电子设备，它必须要竟可能的缩小自己的体积、提高自 己的稳定性及抗干扰能力。
发明内容
为了实现在复杂环境下对TCAS信号提起的准确性并缩小体积，本发明设计新的 译码电路及信号提起流程，通过对脉冲位置的初始检测，前同步脉冲初始检测，参考功率计 算，混叠干扰信号去除等方法来实现；本发明解决其技术问题所采用的技术方案是设计一体化TCAS系统在复杂环境 下的信号提取流程，它包括(1)脉冲位置的初始检测；事先设定了一个门限值，规定如果采样信号值在门限 之上，则当前采样值是一个有效的脉冲位置，其它采样点依此类推。那么，只有当连续几个 采样点的值都在门限之上时，认定此位置是一个有效的脉冲位置；(2)前同步脉冲初始检测；只有当前同步脉包含有规定数目的脉冲时，才判定其 为一个有效报头；a)对于译码所需的定时时钟，本发明使用FPGA自带的具有高稳定度和抗干扰能 力的PLL(锁相环)来实现；PLL只需要一个晶体振荡器提供的正弦信号，就能输出一路或 多路倍频或分频的方波信号；
b)以基于FPGA的状态机来替代原TCAS的非门、RS触发器、JK触发器、并行存取 移位寄存器等来实现脉冲头的识别。当接收到的脉冲信号输入后，通过按照各种信号格式 编写的状态机时，若其符合某种信号格式的状态机逻辑，则在信号的有效数据段使能译码 电路输出有效数据；若其不符合，则在发现不符合后，回到该状态机的起始端等待识别解调 下一条脉冲信号；(3)参考功率计算；通过采信号取均值获得；(4)混叠干扰信号的去除；通过针对两个S模式应答混叠的现象以及S模式应答 与A-C模式询问混叠现象的分析，对三种可能出现的情况分别进行处理去混叠；(5)再触发测试；记当前报头的参考功率是Sref_power，与13 μ s后某参考功率为SMf power_new ；如果__Srefj)。WCT > 3dB，那么中止旧应答的处理转而处理新的应答，这样就 能保证正在处理的是一段时间内最有可能的S模式报文；SrefJ)。WCT new-SMf P。WCT≤3dB,则不打 断旧信号的处理过程，而丢弃新的报头及它所带的数据；(6)S模式数据处理；确认检测到了 S模式应答数据，可以对报头后面的56位经 PPM调制的数据位进行处理和解码。本发明的有益效果是，由于本发明设计了新的信号提取流程，使得信号提取速度 更快，数据更加有效。
附图1是复杂环境信号提取程序流程图附图2是上升沿位置示意图附图3是下降沿位置示意图
具体实施例方式在本实施例中，对于信号提取的过程，主要是各种信号的报头检测的过程，只有检 测到了正确的报头信号，才能对接下来的数据信息进行解码。我们以提取S模式应答信号 为例进行说明，如果采用20MHZ的采样频率，那么S模式应答中的标准脉冲，可以得到10个 采样点。在融合了现有可用文献上的检测技术，设计中突出了信号功率在报头检测中的关 键作用，对于信号提取着重从脉冲沿提取、脉冲初始检测、参考功率计算、再触发测试、去混 叠干扰信号等几个方面进行研究。信号提取的流程如图1所示。由于模拟接收部分已经对输入的信号进行了对数放大，所以，中频接收中的数字 信号已经可以表征信号的功率。下面以S模式为例，逐步展开对几个检测模块的讨论1脉冲位置的初始检测要检测一个脉冲，需要对脉冲的位置、脉冲的上升沿、及下降沿几个信息有充分的 了解。其测试如下事先设定了一个门限值Threshold，规定采样信号值在门限之上，则当前采样值是 一个有效的脉冲位置，其它采样点依此类推。那么，只有当连续几个采样点的值(至少8个 以上，0.4秒)都在门限之上时，认定此位置是一个有效的脉冲位置。即在20MHz的采样频 率下，如果 Si ≥ Threshold,同时Sj≥ Threshold(j = i+1, i+2,…，i+7)，则认为 Si 是一个有效的脉冲位置。同样，对上升沿和下降沿的检测也采用相似的处理方法。对上升沿而言，当短期内 视频信号的增长幅度超过门限值(Slope)，且该点不是一个过渡过性的点(图中的ΒΑ)、 也不是一个尖脉冲(图2中的E点)，那么，这个点可以认为是一个上升点(图2中的A、C、 D)。在检测下降沿时，短时间内出现视频信号的减小幅度超过沿变化的门限值 (Slope)，且该点不是一个过渡性的点(图3的B点)、不是一个V型的凹陷点(图3中的D 点)，那么，可以认为这个点是一个下降沿点(图3中的A、C、E)。在上面已经设定了采样的频率是20MHz，那么，上升沿和下降沿的算法可以表示 为(设相邻三个采样点的值分别是Sg，Si, Si+1，而At为两个采样点的间隔)。
权利要求
1.一种TCAS系统信号提取方法，其特征包括a.脉冲初始位置检测；b.前同步脉冲初始检测；c.参考功率计算；d.混叠干扰信号去除；e.再触发测试。
2.—种TCAS系统信号提取方法，其特征包括根据事先设置的门限电平检测脉冲初始 位置及上升下降沿。
3.—种TCAS系统信号提取方法，其特征包括以在FPGA内编写的针对各脉冲信号逻 辑的状态机来实现接收信号的识别。
4.一种TCAS系统信号提取方法，其特征包括以S模式4个报头脉冲中的8个采样值 坐比较获得次最大值和次最小值，然后平均获得参考功率。
5.一种TCAS系统信号提取方法，其特征包括对两个S模式信号相距1 μ s，3. 5 μ s及 4. 5 μ S三种情况分别进行混叠分析，然后再进行去混叠干扰处理。
全文摘要
本发明是一种一体化TCAS系统信号提取方法，它完成了对复杂环境下TCAS信号的提取及识别。针对原TCAS系统信号提取的体积大、过程复杂、抗干扰性差等问题，本发明设计了基于大型FPGA的信号提取电路及功率计算、去混叠方法；它主要由FPGA内的状态机、计数器实现，有效的简化了提取过程，提高了抗干扰能力。在本发明中，将经脉冲初始检测后的接收信号通过按照各信号格式编写的状态机，若其符合某信号格式状态机逻辑，则在信号的有效数据段使能译码电路输出有效数据；若其不符合，则在发现不符合后，该状态机返回到起始端等待识别解调下一条脉冲信号。然后，计算参考功率，去混叠输出有效数据。
文档编号H04L1/00GK102082623SQ20091021919
公开日2011年6月1日 申请日期2009年11月27日 优先权日2009年11月27日
发明者史忠科, 黄溢 申请人:西安费斯达自动化工程有限公司