一種比幅測向體制的s模式應答系統(tǒng)及信號處理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及空中交通管理和空中交通安全監(jiān)視領域，具體涉及一種比幅測向體制 的S模式應答系統(tǒng)及信號處理方法。
【背景技術】
[0002] S模式應答機配合機載TCAS設備構(gòu)成TCAS系統(tǒng)實現(xiàn)空空協(xié)調(diào)避撞，同時與地面二 次雷達配合完成空中交通管制，通常兼容原有空中交通管制雷達信標系統(tǒng)()A/C模 式應答機功能(通常簡稱ATC應答機）s模式雷達詢問策略，同時也具備離散尋址信標系統(tǒng)(DABS，簡稱S模式)S模 式應答機功能。
[0003] 傳統(tǒng)S模式應答機全向接收詢問信號，全向發(fā)射應答信號。由于硬 件環(huán)境和信道設計的差異，傳統(tǒng)的S模式應答機使用安裝在飛機頂部與底部的兩部全向天 線完成與地面二次雷達站或者空中飛機之間的詢問和應答操作，因為無法判斷詢問信號的 方位，使得詢問設備必須保持較高的重復詢問頻率和較大的發(fā)射功率，以維持與機載應答 機之間的通信，從而導致了飛行空域中存在大量的射頻信號干擾，對于日益繁忙的空中交 通管制造成了嚴重的影響，同時傳統(tǒng)S模式應答機作為獨立的個體也無法和TCAS設備共用 硬件資源和天線信道，造成了硬件資源的浪費，不便于地面維護和管理。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種比幅測向體制的S模式應答系統(tǒng)及信號處理方法，解 決傳統(tǒng)S模式應答機無法判斷詢問信號的方位，使得詢問設備必須保持較高的重復詢問頻 率和較大的發(fā)射功率，以維持與機載應答機之間的通信，從而導致飛行空域中存在大量的 射頻信號干擾，對于日益繁忙的空中交通管制造成嚴重的影響，而且傳統(tǒng)S模式應答機作為 獨立的個體，無法和TCAS設備共用硬件資源和天線信道，造成硬件資源的浪費，不便于地面 維護和管理的問題。
[0005] 本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的，采用以下技術方案實現(xiàn):一種比幅測向體制的S模式應答 系統(tǒng)，包括數(shù)字正交變換單元、數(shù)字正交信號預處理單元、A/C/S模式詢問信號解碼單元、S 模式應答PPM/PCM編碼單元、DA芯片數(shù)據(jù)配置單元、數(shù)據(jù)處理單元、應答信號方位角控制單 元以及全向/定向天線控制單元；
[0006] 數(shù)字正交變換單元用于接收測向信號，并對測向信號進行濾波；
[0007] 數(shù)字正交信號預處理單元用于對數(shù)字正交變換單元輸出的信號進行信號特征提 取、詢問信號方位角計算以及ASK包絡解調(diào)；
[0008] A/C/S模式詢問信號解碼單元用于對數(shù)字正交信號預處理單元輸出的詢問信號包 絡波形進行解碼，并將解碼后的信號輸出至數(shù)據(jù)處理單元；
[0009] S模式應答PPM/PCM編碼單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元給出的應答信號進行編碼;DA芯片 數(shù)據(jù)配置單元根據(jù)S模式應答PPM/PCM編碼單元的編碼信息，對數(shù)據(jù)進行配置;數(shù)據(jù)處理單 元用于產(chǎn)生本機應答信號數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)分別輸出值S模式應答PPM/PCM編碼單元 和外部設備；
[0010]應答信號方位角控制單元用于產(chǎn)生方位角控制信號；
[0011]全向/定向天線控制單元根據(jù)應答信號方位角控制單元發(fā)出的方位角控制信號， 控制天線在全向和定向兩種模式切換。
[0012] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述數(shù)字正交變換單元包括數(shù)字信號帶通濾波器模塊 和數(shù)字正交變換器模塊，數(shù)字信號帶通濾波器模塊接收測向信號并完成信號濾波，濾波后 的信號經(jīng)數(shù)字正交變換器組模塊進行數(shù)字正交變換處理。
[0013] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述數(shù)字正交信號預處理單元包括信號特征提取模塊、 詢問信號方位角計算模塊以及ASK包絡解調(diào)模塊，所述信號特征提取模塊對數(shù)字正交變換 后的信號進行特征提取，得到信號幅度、相位、頻率;詢問信號方位角計算模塊根據(jù)提取到 的特征s模式雷達詢問策略，產(chǎn)生詢問信號方位信息并傳輸給數(shù)據(jù)處理單元;ASK包絡解調(diào)模塊根據(jù)信號特征提 取模塊提取到的特征，得到詢問信號包絡波形，并將該詢問信號包絡波形輸出至A/C/S模式 詢問信號解碼單元。
[0014] 一種基于上述比幅測向體制的S模式應答機的信號處理方法，包括以下處理步驟：
[0015] (a)數(shù)字正交變換單元接收待處理的測向信號，并對接收到的信號進行濾波、數(shù)字 正交變換處理；
[0016] (b)經(jīng)數(shù)字正交變換處理后的信號進入數(shù)字正交預處理單元，信號在數(shù)字正交預 處理單元完成信號特征提取，提取后的信號分別進行詢問信號方位角計算、ASK包絡解調(diào)；
[0017] (c)-方面，提取后的信號經(jīng)詢問信號方位角計算得到詢問信號方位信息，將該詢 問信號方位信息輸入數(shù)據(jù)處理單元，數(shù)據(jù)處理單元輸出相應的應答信息；另一方面，提取后 的信號經(jīng)ASK包絡解調(diào)得到詢問信號包絡波形，將該詢問信號包絡波形輸入A/C/S模式詢問 信號解碼單元完成解碼工作；
[0018] (d)S模式應答PPM/PCM編碼單元對A/C/S模式詢問信號解碼單元解碼后的信號進 行編碼，并將編碼后的信號輸入DA芯片數(shù)據(jù)配置單元；
[0019] (e)應答信號方位角控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元給出的方位角，產(chǎn)生應答信號方 位信息和天線控制信息；
[0020] (f)全向/定向天線控制單元根據(jù)步驟(e)給出的天線控制信息，控制天線實現(xiàn)全 向和定向兩種模式的切換。
[0021] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述步驟(c)中詢問信號方位角計算的具體過程為：
[0022] (cl)通過四個天線陣子接收提取后的信號，并將每個天線陣子接收到的信號送入 各自對應的信道；
[0023] (c2)每個信道輸出的信號都分別送到兩個減法器；
[0024] (c3)在減法器內(nèi)，每個天線陣子的輸出信號與左右相鄰天線陣子的輸出信號進行 比幅運算，得到方位碼，并將方位碼傳輸給數(shù)據(jù)處理單元進行后續(xù)處理。
[0025] 進一步地，作為優(yōu)選方案，所述步驟(c2)的具體過程為：
[0026] (c21)將四個天線陣子輸出的信號分別送入四個信道，四個信道分別輸出信號A、 B、C、D，每個信道輸出兩路信號；
[0027] ((^22)信號4和8加到減法器11，信號8和(：加到減法器12，信號(：和0加到減法器了3， 信號D和A加到減法器J4。
[0028] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點及有益效果：
[0029] (1)本發(fā)明在射頻收發(fā)通道上參考綜合監(jiān)視系統(tǒng)的硬件電路設計思路，配合專用 TCAS天線實現(xiàn)射頻信號定向收發(fā)的功能，大幅減少地面二次雷達站詢問所帶來的異步串擾 問題;并利用定向天線收發(fā)增益，增長探測距離和降低發(fā)射機功率;詢問信號方位解算和應 答信號方位角控制的軟件邏輯算法全部集成在FPGA中，處理時間短，時效性強，數(shù)字化程度 尚。
[0030] (2)本發(fā)明可根據(jù)應用平臺的不同需求，進行天線數(shù)量和收發(fā)鏈路結(jié)構(gòu)裁剪，以滿 足支線客機、通用飛機、地面管制站等不同應用平臺的實際要求;并可根據(jù)收發(fā)天線的設計 特性，完成應答信號方位角控制軟件算法的自適應匹配。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明的整體組成結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖2為詢問信號方位角計算過程示意圖；
[0033]圖3為定向天線四陣子方向圖。
【具體實施方式】
[0034]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式不限于此。 [0035] 實施
