飞参地面无线传输系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种飞参地面无线传输系统，属于通信【技术领域】。本发明通过合理的系统架构、通信方式的选择、模块化设计，将标准化的功能模块、机械结构有机地组合起来，功能上彼此支持，实现了一种新的功能系统，即，一种信号稳定性高、传输距离长、可扩展性强、数据处理快、成本低的可实现飞行参数及指令信号在飞机与地面之间实时、双向、多种数据同时传输的无线传输系统。
【专利说明】
飞参地面无线传输系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信【技术领域】，具体涉及一种飞参地面无线传输系统。
【背景技术】
[0002]飞参(飞行参数)判读不但在发生事故症候时发生作用，而且在日常训练中已经实现常态化使用。在飞机飞行训练过程中，及时、灵活、准确地获取飞机的飞行状态参数是一项十分重要的工作。目前用于飞机飞参和发参数据的下载传输方式主要采用有线电缆传输，但是有线连接存在连接不灵活，线缆长度有限、使用场景受限等缺点。如果采用无线传输手段则可以完全解决类似问题，无论飞机处于静态还是动态条件，基本不用考虑飞机与地面维护设备的距离。因此，有必要将原有的飞参下载设备进行改造，以达到无线数据传输的目的。
[0003]因此，如何设计一种飞行参数无线传输系统成为了亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何设计一种飞行参数无线传输系统。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供了一种飞参地面无线传输系统，所述系统包括多个子网，每个子网包括一个机载站和多个地面站；各子网之间采用频分多址方式进行数据传输，各子网内部采用时分多址方式进行点对多点传输，固定的时间周期划分成周期循环的时隙，将第一个时隙分配给从地面站到机载站的上行传输链路，其余的时隙划分给从机载站到地面站的下行传输链路；
[0008]所述机载站用于将飞行参数数据进行处理之后通过无线传输方式发送给地面站，所述地面站用于接收机载站发送的飞行参数数据后进行处理，且处理流程与机载站的处理流程是对称的。
[0009]优选地，所述机载站包括飞参适配模块、基带处理模块、无线收发模块和收发天线.
[0010]若实现从机载站从地面站发送飞参数据，则:所述飞参适配模块用于对飞参数据进行数据融合和组帧处理；所述基带处理模块包括03？和？？以，所述？？以用于对来自飞参适配模块的数据进行纠错编码、扩频处理之后进行调制，发送给03？，所述03？用于对接收到的调制信号通过耶？协议进行数据发送；所述无线收发模块包括变频器和功率放大器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从03？接收到的中频信号进行混频后形成射频信号发送给所述功率放大器，所述功率放大器用于将射频信号放大后发送到收发天线；所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于将接收到的射频信号变成全向辐射的电磁波后进行发送；
[0011]若实现从地面站从机载站发送指令信号，则:所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于接收地面站发来的电磁波信号；所述无线收发模块包括变频器和低噪声放大器，所述低噪声放大器用于对电磁波信号进行放大后发送给变频器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从低噪声放大器接收到的信号进行混频后形成中频信号；所述基带处理模块包括DSP和FPGA，所述FPGA用于对来自无线收发模块的中频信号进行解调、解扩和解码之后发送给DSP，所述DSP用于对接收到的解调信号通过TCP协议进行数据发送；所述飞参适配模块用于将来自DSP的数据发送出去。
[0012]优选地，所述机载站还包括电源转换模块，用于将机载+28.5V电源经直流到直流模块的转换，变为数字+5V、模拟+5V和模拟+12V的二次电源，所述数字+5V供给基带处理模块使用，所述模拟+5V和模拟+12V供给无线收发模块使用，也供给飞参适配模块使用。
[0013]优选地，所述低噪声放大器为砷化镓场效应管低噪声微波放大器。
[0014]优选地，所述收发天线为单臂偶极子天线。
[0015]优选地，所述功率放大器为固态放大器。
[0016]优选地，所述系统还包括飞参记录仪，用于对每个机载站发送飞行参数数据。
[0017]优选地，所述机载站与飞参记录仪通过适配电缆连接。
[0018](三)有益效果
[0019]本发明通过合理的系统架构、通信方式的选择、模块化设计，将标准化的功能模块、机械结构有机地组合起来，功能上彼此支持，实现了一种新的功能系统，即，一种信号稳定性高、传输距离长、可扩展性强、数据处理快、成本低的可实现飞行参数及指令信号在飞机与地面之间实时、双向、多种数据同时传输的无线传输系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为本发明实施例的系统结构图；
[0021]图2为本发明实施例中机载站的结构框图。
【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0023]本发明实施例的系统利用机载台和地面台组成地勤飞参无线数据传输网络实现飞参数据的无线传输，将原有的有线连接方式改为无线连接方式，将原有的点对点下载方式改为多机多站的网络传输方式，使飞参传输系统的使用更加便捷，灵活。
[0024]如图1所示，本发明提供了一种飞参地面无线传输系统，所述系统包括多个子网，每个子网包括一个机载站和多个地面站；各子网之间采用频分多址方式(FDMA)进行数据传输，能够使得各子网之间独立工作互不干扰，各子网内部采用时分多址方式(TDMA)进行点对多点传输，固定的时间周期划分成周期循环的时隙，将第一个时隙分配给从地面站到机载站的上行传输链路，其余(几十个)的时隙划分给从机载站到地面站的下行传输链路；所述系统还包括飞参记录仪，用于对每个机载站发送飞行参数数据，机载站与飞参记录仪通过适配电缆6连接。
[0025]所述机载站安装或挂附于飞机上，用于将飞行参数数据进行处理之后通过无线传输方式发送给地面站，所述地面站安装于地面检测维护方舱内，用于接收机载站发送的飞行参数数据后进行处理，且处理流程与机载站的处理流程是对称的。地面站中的功能模块也可以独立出来在外部实现，例如，本实施例中，机载站的飞参适配模块的功能就是使用地面站之外的计算机通过软件来完成的。
[0026]所述机载站包括飞参适配模块4、基带处理模块3、无线收发模块2和收发天线1 ；
[0027]若实现从机载站从地面站发送飞参数据，则:所述飞参适配模块用于对飞参数据进行数据融合和组帧处理；所述基带处理模块包括03？和？？以，所述？？以用于对来自飞参适配模块的数据进行1^(255,223)纠错编码、扩频处理(采用数据块交织技术实现)之后进行调制，变成适合所采用的通信体制所要求的信号形式，发送给03？，所述03？用于对接收到的调制信号通过传输效率高的耶？协议进行数据发送；所述无线收发模块包括变频器和功率放大器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从03？接收到的中频信号进行混频后形成射频信号发送给所述功率放大器，所述功率放大器用于将射频信号放大后发送到收发天线；所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于将接收到的射频信号变成全向辐射的电磁波后进行发送，收发天线采用全向辐射方式可以减少对机载设备和地面设备安装位置的限制；本实施例中，由于1^(255,223)为前向纠错编码，可以在添加少量数据校验位的条件下保证机载站具备一定的自我纠错能力。$31(调制是一种恒包络调制方式，相比较131(等恒包络调制方式来说，其频谱旁瓣的衰减更为剧烈，可以有效的减少相邻信道的保护间隔，提高整个系统频带内的频谱利用率。
[0028]若实现从地面站从机载站发送指令信号，则:所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于接收地面站发来的电磁波信号；所述无线收发模块包括变频器和低噪声放大器，所述低噪声放大器用于对电磁波信号进行放大后发送给变频器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从低噪声放大器接收到的信号进行混频后形成中频信号；所述基带处理模块采用03？—？？以的硬件架构，所述？?以用于对来自无线收发模块的中频信号进行解调、解扩和解码使得收到的信号恢复为本来的信息，之后发送给03？，所述03？用于对接收到的解调信号通过稳定性、可靠性高的扣？协议进行数据发送；所述飞参适配模块用于将来自03？的数据发送出去。上述低噪声放大在放大微弱信号时，放大器自身的噪声对信号的干扰很小，可以提高输出的信噪比，本实施例中使用砷化镓场效应管低噪声微波放大器。
[0029]本实施例中，收发天线采用单臂偶极子天线，不仅能完成无线信号的发射和收集，还能去除杂散。机载站和地面站的天线都暴露在空气中，能保证两天线保持无线电通视。
[0030]所述机载站还包括电源转换模块5，用于将插头引入的机载+28.57电源经￡11滤波对电源线的辐射抑制和电源浪涌吸收，再经直流到直流模块000(:的转换，变为数字+5^、模拟+57和模拟+127的内部各模块需要的二次电源，所述数字+57供给基带处理模块使用，所述模拟—5卩和模拟—12卩供给无线收发模块使用，也供给飞参适配模块使用。飞参适配模块还具有电平转换的功能。
[0031]所述功率放大器为固态放大器阀?八)，其尺寸小、线形好、可靠性高、消耗电能少，能降低整个系统的成本。
[0032]经过上述设计，本发明的系统的总体指标可达到如下标准:
[0033]通信距离-.(10000(可扩展)；射频频段丄或3波段；通信体制:100+0331^址方式:10嫩嫩；传输延时:氺20008 ；信息传输速率:出地面站传输速率(机载站接收比特速率):40kbps ;入地面站传输速率(机载站发射比特速率):2048kbps ;误码率:(1X10 —7;传输业务:飞参数据和控制命令；网络规模:1个地面站，I个机载站(初期)；网络拓扑:点对点(初期)，未来可扩容为星状网；工作温度:-40°C?+70°C ;供电电压:DC+22V?+34V，具有输出过流、短路、过压保护功能；环境条件:满足GJB367A ；电磁兼容性:最低限度电磁兼容极限值满足GJB15IA ；MTBF:^ 500小时；MTTR 0.5小时；
[0034]发射通道指标:发射功率:> 10mff ;调制方式:SFSK ;双工方式:TDD ;编码方式:RS+交织；载波抑制.) 30dB ;杂波抑制70dB ;三次谐波抑制.) 50dB。
[0035]接收通道指标:接收灵敏度-96dBm ;接收动态范围80dB ;接收最大频偏:+ 1KHz0
[0036]天线指标:工作频段:L或S波段；电压驻波比<2:1 ;增益OdBi (水平面)；方向图:水平面为全向，不圆度< 2.5dB ;极化方式:垂直极化；阻抗:50Ω ；
[0037]对外接口:机载接口:HDLC接口，高级数据链路控制协议；地面接口: 10/100BaseT以太网接口，TCP/IP或UDP协议。
[0038]可以看出，本实施例的系统具有传输距离长，信号稳定性高，可扩展性强等优点。传输距离>1KM，可完全覆盖整个机场范围；在无线畅通的条件下，数据稳定性强，误码率(1X10 —7 ;基带处理模块中硬件和软件均采用模块化设计，系统升级和网络扩容方便。终端识别的扩频(DSSS)伪随机码(PN)能够根据需求进行设计，确保网络的安全性。基带处理模块采用DSP+FPGA的硬件架构，具备较强的数字信号处理能力，可以拓展数据或图像的压缩/解压缩、数据加密/解密钥等功能。系统测试证明，其各种性能参数、指标都较高，适用性广。
[0039]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述系统包括多个子网，每个子网包括一个机载站和多个地面站；各子网之间采用频分多址方式进行数据传输，各子网内部采用时分多址方式进行点对多点传输，固定的时间周期划分成周期循环的时隙，将第一个时隙分配给从地面站到机载站的上行传输链路，其余的时隙划分给从机载站到地面站的下行传输链路； 所述机载站用于将飞行参数数据进行处理之后通过无线传输方式发送给地面站，所述地面站用于接收机载站发送的飞行参数数据后进行处理，且处理流程与机载站的处理流程是对称的。
2.如权利要求1所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述机载站包括飞参适配模块、基带处理模块、无线收发模块和收发天线； 若实现从机载站从地面站发送飞参数据，则:所述飞参适配模块用于对飞参数据进行数据融合和组帧处理；所述基带处理模块包括DSP和FPGA，所述FPGA用于对来自飞参适配模块的数据进行纠错编码、扩频处理之后进行调制，发送给DSP，所述DSP用于对接收到的调制信号通过UDP协议进行数据发送；所述无线收发模块包括变频器和功率放大器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从DSP接收到的中频信号进行混频后形成射频信号发送给所述功率放大器，所述功率放大器用于将射频信号放大后发送到收发天线；所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于将接收到的射频信号变成全向辐射的电磁波后进行发送； 若实现从地面站从机载站发送指令信号，则:所述收发天线暴露在机舱外部环境中，用于接收地面站发来的电磁波信号；所述无线收发模块包括变频器和低噪声放大器，所述低噪声放大器用于对电磁波信号进行放大后发送给变频器，所述变频器用于产生本振信号，并将所述本振信号与从低噪声放大器接收到的信号进行混频后形成中频信号；所述基带处理模块包括DSP和FPGA，所述FPGA用于对来自无线收发模块的中频信号进行解调、解扩和解码之后发送给DSP，所述DSP用于对接收到的解调信号通过TCP协议进行数据发送；所述飞参适配模块用于将来自DSP的数据发送出去。
3.如权利要求2所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述机载站还包括电源转换模块，用于将机载+28.5V电源经直流到直流模块的转换，变为数字+5V、模拟+5V和模拟+12V的二次电源，所述数字+5V供给基带处理模块使用，所述模拟+5V和模拟+12V供给无线收发模块使用，也供给飞参适配模块使用。
4.如权利要求2所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述低噪声放大器为砷化镓场效应管低噪声微波放大器。
5.如权利要求2所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述收发天线为单臂偶极子天线。
6.如权利要求2所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述功率放大器为固态放大器。
7.如权利要求1所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述系统还包括飞参记录仪，用于对每个机载站发送飞行参数数据。
8.如权利要求1?7中任一项所述的飞参地面无线传输系统，其特征在于，所述机载站与飞参记录仪通过适配电缆连接。
【文档编号】H04B7/185GK104393906SQ201410612903
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月4日 优先权日:2014年11月4日
【发明者】龚岷安, 刘天保, 刘云涌 申请人:中国航天科工集团第三研究院第八三五七研究所