一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站制造技术

本发明专利技术是一种具备单脉冲测向功能的ADS‑B地面站，包含4个定向天线、4个射频收发组件、1个地面站主机，所述4个定向天线分别设置在0°、90°、180°和270°四个方向；所述4个射频收发组件用于分别接收定向天线感应的射频信号并送往地面站主机；所述地面站主机用于从四路射频信号中选择最强及次强的射频信号进行差分计算获得射频信号发送方的角度信息；若射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与应答信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息；将角度信息与距离信息融合生成监视信息。本发明专利技术利用信号比幅方法完成对航空器的测向，根据收发信号时间差完成测距，从而完成对航空器的定位。

With a single pulse direction finding function ADS B ground station

The present invention relates to a single pulse direction finding function with ADS B ground station, including 4 directional antenna and 4 RF transceiver module, 1 ground station host, the 4 directional antennas are respectively arranged at 0 degrees, 90 degrees, 180 degrees and 270 degrees in four directions; the 4 RF the transceiver for receiving the RF signal not directional antenna induction and sent to the ground station host; the host ground station is used to select the strongest and strong RF signals from four way RF signal in differential calculation of RF signal sender angle information; if the response signal of the RF signal to A/C signal is asked. Get the RF signal sender distance information according to the received time A/C to ask to send time and response signal; the angle information and the distance information fusion monitoring information generation. The invention uses the signal amplitude comparison method to complete the direction finding of the aircraft, and completes the distance measurement according to the time difference between the sending and receiving signals so as to complete the positioning of the aircraft.

【技术实现步骤摘要】
一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站
本专利技术涉及一种保障飞机飞行安全的空管监视技术，属于航空
，特别涉及一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站。
技术介绍
传统的ADS-B(1090MHz)地面站对航空器的监视依赖于ADS-BOUT的间歇广播，如果飞机未安装ADS-BOUT设备或星载定位系统出现数据异常，ADS-B地面站将无法完成对航空器的定位或者出现错误的航空器位置信息，影响飞行安全。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，利用信号比幅方法完成对航空器的测向，根据收发信号时间差完成测距，从而完成对航空器的定位，这种定位方式不依赖于ADS-B广播的星载定位信息，可作为ADS-B位置信息准确性校验的方法，也可作为备用的监视手段，增强监视定位的准确度和可靠性。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，包含4个定向天线、4个射频收发组件、1个地面站主机，其特征在于：所述4个定向天线分别设置在0°、90°、180°和270°四个方向；所述4个射频收发组件用于分别接收定向天线感应的射频信号并送往地面站主机；接收地面站主机发来的A/C模式询问信号送往定向天线；所述地面站主机用于从四路射频信号中选择最强及次强的射频信号进行差分计算获得射频信号发送方的角度信息；若射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与应答信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息；将角度信息与距离信息融合生成监视信息。优选地，所述的一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站还包含1个GNSS天线，所述地面站主机还用于在接收到的射频信号为ADS-B信号时，先对ADS-B信号进行解码获取ADS-B原始报文，再通过对GNSS天线的采集获取供ADS-B原始报文解析所需的本地参考位置和信息输出时间基准；最后对ADS-B原始报文解析，提取飞机位置信息，将监视信息与提取的飞机位置信息进行校验，生成最终监视信息。优选地，所述射频收发组件包含低噪放电路、功率放大电路、收发开关电路和电源及控制信号处理电路，所述收发开关电路根据电源及控制信号处理电路发来的收发开关信号，选择收发模式；当处于接收模式时，来自定向天线的射频信号依次经过收发开关电路及低噪放电路送往地面站主机；当处于发射模式时，来自地面站主机的A/C模式询问信号依次经过功率放大电路及收发开关电路送往定向天线。优选地，所述地面站主机包含收发处理模块、中央处理模块；所述收发处理模块用于对射频收发组件发送的四路1090MHz的射频信号分别进行滤波、放大、检波，形成四路射频信号的解调信号，再选择最强和次强的二路解调信号进行差分放大获得射频信号发送方的角度信息，将角度信息、解调后的射频信号输出给中央处理模块，对来自中央处理模块的A/C模式询问信号的原始信息进行调制生成上行1030MHz的A/C模式询问信号；所述中央处理模块用于若射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与射频信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息，再将各角度信息和距离信息融合获得监视信息；若射频信号为ADS-B信号则先对ADS-B信号进行解码，获得ADS-B信号的原始报文，再从ADS-B信号的原始报文中提取飞机位置信息，将监视信息与提取的飞机位置信息进行校验，生成最终监视信息。优选地，所述地面站主机还包含电源模块、母板，所述收发处理模块和中央处理模块通过母板交换数据，所述电源模块给收发处理模块、中央处理模块和母板供电。优选地，所述中央处理模块由PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、信号采集电路、外部通信接口电路、外部授时电路、外部存储器电路、状态监控模块电路、隔离电路以及电源电路；所述信号采集电路采集收发处理模块发来的角度信息、射频信号通过隔离电路发送给FPGA逻辑控制电路；所述FPGA逻辑控制电路用于若从隔离电路接收到的解调后的射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与射频信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息，若从隔离电路接收到的射频信号为ADS-B信号，则对ADS-B信号进行解码、纠错处理，得到ADS-B的原始报文，将角度信息、距离信息或ADS-B的原始报文发送给PowerPC主处理器电路；所述FPGA逻辑控制电路还用于将从PowerPC主处理器电路接收到的A/C模式询问信号的原始报文发送给收发处理模块；所述PowerPC主处理器电路用于对从FPGA逻辑控制电路接收到的角度信息、距离信息进行计算处理形成空域内的监视信息，对从FPGA逻辑控制电路接收到ADS-B信号的原始报文进行解析，获得飞机位置信息，将飞机位置信息与监视信息进行校验，生成最终监视信息；所述PowerPC主处理器电路还用于生成A/C模式询问信号的原始报文发送给FPGA逻辑控制电路；所述外部通信接口电路完成与外部通信接口的协议解析；外部授时电路用于通过对GNSS天线的采集提供供PowerPC主处理器电路对ADS-B原始报文解析所需的本地解码的位置参考和信息输出时间基准；外部存储电路提供中央处理模块的软件及配置数据的存储；状态监控模块完成对设备工作电压和温度的监控；电源电路完成模块所需电压的转换输出。优选地，所述中央处理模块还用于实现SNMP、UDP、TCP/IP控制协议，管理登陆用户权限，为维护管理系统与地面站主机交互提供接口，通过SNMP通信协议实现对地面站远程控制、维护功能。优选地，所述收发处理模块包含滤波电路、放大电路、收发开关电路、检波电路、选择器、差分放大器和调制电路，射频信号依次经过收发开关电路、滤波电路、放大电路、检波电路、选择器和差分放大器送到中央处理模块；A/C模式应答信号依次经过调制电路、收发开关电路送到射频收发组件。有益效果：现有的ADS-B(1090MHz)地面站对航空器的定位完全依赖于ADS-BOUT功能的星载定位信息，如果无ADS-B功能或者星载定位信息失效时，ADS-B地面站将无法完成对航空器的有效定位。本专利技术提出了将单脉冲测向算法、时间差测距算法应用于ADS-B(1090MHz)地面站的设计方法，具有以下特点：采用单脉冲定位方法，使监视定位不依赖于星基定位信息；采用比幅的测向体制，具有测向精度高的特点；融合单脉冲定位与ADS-B技术，具有监视飞机种类广、监视容量大的特点；将不同源监视信息进行校验，具有防欺骗的功能。附图说明图1单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站系统交联图图2单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站主机功能框图。图3单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站天线方向图。图4单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站主机收发处理模块功能框图。图5单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站主机中央处理模块功能框图。图6单脉冲测向功能的ADS-B(1090MHz)地面站射频收发组件功能框图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本专利技术。本专利技术的专利技术原理是采用四单元天线阵列，其天线方向图在四周的方向上具有很宽的波束本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具备单脉冲测向功能的ADS‑B地面站，包含4个定向天线、4个射频收发组件、1个地面站主机，其特征在于：所述4个定向天线分别设置在0°、90°、180°和270°四个方向；所述4个射频收发组件用于分别接收定向天线感应的射频信号并送往地面站主机；接收地面站主机发来的A/C模式询问信号送往定向天线；所述地面站主机用于从四路射频信号中选择最强及次强的射频信号进行差分计算获得射频信号发送方的角度信息；若射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与应答信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息；将角度信息与距离信息融合生成监视信息。

【技术特征摘要】
1.一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，包含4个定向天线、4个射频收发组件、1个地面站主机，其特征在于：所述4个定向天线分别设置在0°、90°、180°和270°四个方向；所述4个射频收发组件用于分别接收定向天线感应的射频信号并送往地面站主机；接收地面站主机发来的A/C模式询问信号送往定向天线；所述地面站主机用于从四路射频信号中选择最强及次强的射频信号进行差分计算获得射频信号发送方的角度信息；若射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与应答信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息；将角度信息与距离信息融合生成监视信息。2.根据权利要求1所述的一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，其特征在于还包含1个GNSS天线，所述地面站主机还用于在接收到的射频信号为ADS-B信号时，先对ADS-B信号进行解码获取ADS-B原始报文，再通过对GNSS天线的采集获取供ADS-B原始报文解析所需的本地解码的参考位置和信息输出时间基准；最后对ADS-B原始报文解析，提取飞机位置信息，将监视信息与提取的飞机位置信息进行校验，生成最终监视信息。3.根据权利要求1所述的一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，其特征在于所述射频收发组件包含低噪放电路、功率放大电路、收发开关电路和电源及控制信号处理电路，所述收发开关电路根据电源及控制信号处理电路发来的收发开关信号，选择收发模式；当处于接收模式时，来自定向天线的射频信号依次经过收发开关电路及低噪放电路送往地面站主机；当处于发射模式时，来自地面站主机的A/C模式询问信号依次经过功率放大电路及收发开关电路送往定向天线。4.根据权利要求1所述的一种具备单脉冲测向功能的ADS-B地面站，其特征在于所述地面站主机包含收发处理模块、中央处理模块；所述收发处理模块用于对射频收发组件发送的四路1090MHz的射频信号分别进行滤波、放大、检波，形成四路射频信号的解调信号，再选择最强和次强的二路解调信号进行差分放大获得射频信号发送方的角度信息，将角度信息、解调后的射频信号输出给中央处理模块，对来自中央处理模块的A/C模式询问信号的原始信息进行调制生成上行1030MHz的A/C模式询问信号；所述中央处理模块用于若从收发处理模块接收到的射频信号为A/C模式询问信号的应答信号，则根据A/C模式询问信号的发送时间与射频信号的接收时间获得射频信号发送方的距离信息，再将各角度信息和距离信息融合获得监视信息；若射频信号为ADS-B信号则先对ADS-B信号进行解码，获得ADS-B信号的原始报文，再从ADS-B信号的原始报文中提取飞机位置信息，将监视信息与提取的飞机位置信息进行校验，生成最终监视信息。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡德振，李魏，张俊强，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31