基于航电综合架构重构的S模式应答机及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于航电综合架构重构的S模式应答机及其设计方法，所述S模式应答机响应二次监视雷达询问机发出的询问并作出应答，包括：综合化天线，通用天线接口单元，射频开关矩阵单元，通用接收激励单元，通用信号处理单元，通用信息处理单元；其中，通用接收激励单元的多级开关和通用信号处理单元之间设置离散线；FPGA逻辑识别P1‑P3脉冲对进行应答编码、生成应答数字中频信号、转化成小功率射频应答信号、使其到达多级开关，并判断是否存在P4脉冲，使判断结果经离散线到达多级开关。本发明专利技术将串行处理方式改为并行处理方式，节省了串行处理需等待的2微秒时间，使之满足常规模式应答延迟指标要求，成本低、易于实现。

S mode transponder and design method based on Avionics Integrated Architecture reconfiguration

The invention discloses an S-mode Transponder Based on the reconfiguration of avionics integrated architecture and a design method thereof. The S-mode transponder responds to the inquiry from the secondary surveillance radar interrogator and responds to the inquiry, including: integrated antenna, general antenna interface unit, radio frequency switching matrix unit, general receiving and exciting unit, and general letter. A signal processing unit, a general information processing unit, in which a discrete line is set between a multistage switch of a general receiving and exciting unit and a general signal processing unit, and a P1_P3 pulse pair is logically identified by the FPGA for response coding, generating a digital intermediate frequency response signal, converting it into a small power radio frequency response signal, and reaching a multistage switch, and To determine whether there is a P4 pulse, the result can reach the multilevel switch through the discrete line. The invention changes the serial processing mode to the parallel processing mode, saves 2 microseconds of waiting time for the serial processing, makes it meet the requirements of the conventional mode response delay index, and has low cost and is easy to realize.

【技术实现步骤摘要】
基于航电综合架构重构的S模式应答机及其设计方法
本专利技术涉及空中交通管制信号处理领域，具体是一种基于航电综合架构重构的S模式应答机及其设计方法。
技术介绍
航电综合化是指将无线电频段相近或者重叠的航空电子设备进行综合一体化设计，尽可能多的复用前端天线资源和射频信道资源，在中频信号阶段实施数字化，便于在后端信号处理和信息处理中以软件方式实现原有独立成套航电设备的各项功能(涵盖无线电通信、导航、监视识别等功能)。航电综合化充分借鉴软件定义无线电(SDR)思想，具有综合化、小型化、通用化、可重构等特点。ATCRBS是指空中交通管制雷达信标系统(习惯上被称为常规模式应答机)，属于航电综合化系统监视识别领域，它用于接收询问机发出的常规模式(A模式/C模式)询问信号，回答相应模式的应答信号，实现二次监视雷达询问机对目标飞机的监视功能；S模式应答机是在ATCRBS的基础上新增了S模式选呼应答、数据链通信以及A/C/S全呼叫应答功能，其应答响应兼容原有的常规模式询问信号，亦属于航电综合化系统监视识别领域。常规模式询问信号由P1和P3脉冲组成，A/C/S全呼叫询问信号由P1、P3和P4脉冲组成，二者的区别在于是否存在P4脉冲。ATCRBS只需探测到P1-P3脉冲对即可进行常规模式应答，S模式应答机在探测到P1-P3脉冲对之后还需再等待2微秒，待P4脉冲出现，确认不存在P4脉冲后才进行常规模式应答。国际民用航空附件10标准规定：常规模式应答延迟指标为3±0.5微秒。相比于原有的独立成套的航电设备，航电综合化架构的信道环节多、处理延迟大，基于航电综合化架构重构的ATCRBS，其实际消耗的处理延迟已经达到3±0.5微秒。从ATCRBS升级到S模式应答机时，由于确认P4是否存在需要多消耗2微秒的等待时间，使得在基于现有航电综合架构重构S模式应答机功能时无法满足常规模式应答延迟指标要求。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。本专利技术还有一个目的是提供一种基于航电综合架构重构的S模式应答机及其设计方法，将串行处理方式改为并行处理方式，节省了串行处理需等待的2微秒时间，使之满足常规模式应答延迟指标要求，成本低、易于实现。为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种基于航电综合架构重构的S模式应答机，所述S模式应答机响应二次监视雷达询问机发出的询问并作出应答，包括：综合化天线，用于接收询问信号；通用天线接口单元，用于对询问信号进行放大并输出；射频开关矩阵单元，与通用天线接口单元通信连接，用于对放大后的询问信号进行路径选通后输出；通用接收激励单元，与射频开关矩阵单元通信连接，用于将经路径选通后的询问信号转化成询问数字中频信号；所述通用接收激励单元包括多级开关；通用信号处理单元，用于将接收的询问数字中频信号处理至基带信号，进行询问译码和应答编码，生成应答数字中频信号；通用信息处理单元，其与所述通用信号处理单元进行数据交互，用于向所述通用信号处理单元中的应答编码传送需要进行编码的内容；其中，所述通用接收激励单元的多级开关和所述通用信号处理单元之间设置离散线，所述通用接收激励单元、通用信号处理单元、以及所述离散线均由FPGA逻辑进行控制；FPGA逻辑在询问译码的过程中识别P1-P3脉冲对并根据通用信息处理单元输出的需要进行编码的内容进行应答编码、生成应答数字中频信号、经通用接收激励单元转化成小功率射频应答信号、使其到达多级开关，并判断是否存在P4脉冲，使判断结果经离散线到达多级开关；P1-P3脉冲对从应答编码开始到达多级开关的时间差设置为大于或等于2微秒，期间得到小功率射频应答信号；若P4脉冲不存在，FPGA逻辑使多级开关开启并输出小功率射频应答信号，再经过射频开关矩阵单元进行路径选通，进入通用天线接口单元完成功率放大，得到应答信号，最后将应答信号馈入所述综合化天线进行发送，直到应答信号完整的发送出去后，多级开关关闭；若P4脉冲存在，FPGA逻辑使多级开关关闭，不生成应答信号；其中，所述P4脉冲的脉宽为0.8微秒。优选的是，所述综合化天线包括均可用于接收询问信号和发射应答信号上综合天线和下综合天线。优选的是，所述通用天线接口单元包括低噪放模块、带通滤波模块、预放大模块。优选的是，所述通用接收激励单元包括用于对经路径选通后的询问信号依次进行处理的功率放大模块、下变频模块、滤波模块、模数转换模块、中频数字化模块，以及用于处理应答数字中频信号的中频数字化模块、信号调制模块、模数转化模块、混频模块、功率放大模块、滤波模块、多级开关。优选的是，所述通用信号处理单元包括中频数字信号接收模块、询问译码模块、应答编码模块、中频数字信号发射模块。优选的是，所述通用接收激励单元和所述通用信号处理单元分别具有一个备用的端口，所述离散线的两端分别插入到端口里，更改端口的FPGA逻辑的UCF文件，同时更改FPGA的处理逻辑。优选的是，FPGA逻辑为高时，多级开关开启，FPGA逻辑为低时，多级开关关闭。本专利技术所述的S模式应答机的设计方法，包括以下步骤：S1、接收二次监视雷达询问机发送的询问信号，对询问信号进行放大处理、路径的选通、转化成询问数字中频信号；S2、将询问数字中频信号处理至基带信号，进行询问译码，FPGA逻辑在询问译码的过程中识别出询问信号中的P1-P3脉冲对并进行应答编码、生成应答数字中频信号、转化成小功率射频应答信号、使其到达多级开关，并判断是否存在P4脉冲，使判断结果经离散线到达多级开关；P1-P3脉冲对从应答编码开始到达多级开关的时间差设置为大于或等于2微秒，期间得到小功率射频应答信号；I、若P4脉冲不存在，FPGA逻辑使多级开关开启并输出小功率射频应答信号，再经过射频开关矩阵单元进行路径选通，进入通用天线接口单元完成功率放大，得到应答信号，最后将应答信号馈入所述综合化天线进行发送，直到应答信号完整的发送出去后，多级开关关闭；II、若P4脉冲存在，FPGA逻辑使多级开关关闭，不生成应答信号；其中，所述P4脉冲的脉宽为0.8微秒。优选的是，所述综合化天线包括均可用于接收询问信号和发射应答信号的上综合天线和下综合天线；所述询问信号进行放大处理之前还进行了低噪声放大处理、带通滤波处理；所述询问数字中频信号经中频数字信号接收模块处理至基带信号，再经询问译码模块进行询问译码，识别出询问信号中的P1-P3脉冲对以及P4脉冲，由应答编码模块对P1-P3脉冲对进行应答编码，生成应答编码信号，再经中频数字信号发射模块生成应答数字中频信号并发射；所述询问信号进行放大处理、路径的选通后还依次进行放大、下变频、滤波、模数转换，实现中频数字化，得到询问数字中频信号；所述应答数字中频信号经中频数字化、信号调制、模数转化、混频、功率放大、滤波后转化成小功率射频应答信号，多级开关打开输出小功率射频应答信号，多级开关关闭阻止输出小功率射频应答信号。优选的是，从接收到询问信号直到FPGA逻辑在询问译码的过程中识别出P1-P3脉冲对的时间差为T1；P1-P3脉冲对从应答编码开始到达多级开关的时间差为T2；从多级开关到应答信号完整发送出去的时间差为T3，若T2小于2微秒，则通过FPGA逻辑进行时间延迟补偿，以使得T2≥2微秒，同时满足(T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述S模式应答机响应二次监视雷达询问机发出的询问并作出应答，包括：综合化天线，用于接收询问信号；通用天线接口单元，用于对询问信号进行放大并输出；射频开关矩阵单元，与通用天线接口单元通信连接，用于对放大后的询问信号进行路径选通后输出；通用接收激励单元，与射频开关矩阵单元通信连接，用于将经路径选通后的询问信号转化成询问数字中频信号；所述通用接收激励单元包括多级开关；通用信号处理单元，用于将接收的询问数字中频信号处理至基带信号，进行询问译码和应答编码，生成应答数字中频信号；通用信息处理单元，其与所述通用信号处理单元进行数据交互，用于向所述通用信号处理单元中的应答编码传送需要进行编码的内容；其中，所述通用接收激励单元的多级开关和所述通用信号处理单元之间设置离散线，所述通用接收激励单元、通用信号处理单元、以及所述离散线均由FPGA逻辑进行控制；FPGA逻辑在询问译码的过程中识别P1‑P3脉冲对并根据通用信息处理单元输出的需要进行编码的内容进行应答编码、生成应答数字中频信号、经通用接收激励单元转化成小功率射频应答信号、使其到达多级开关，并判断是否存在P4脉冲，使判断结果经离散线到达多级开关；P1‑P3脉冲对从应答编码开始到达多级开关的时间差设置为大于或等于2微秒，期间得到小功率射频应答信号；若P4脉冲不存在，FPGA逻辑使多级开关开启并输出小功率射频应答信号，再经过射频开关矩阵单元进行路径选通，进入通用天线接口单元完成功率放大，得到应答信号，最后将应答信号馈入所述综合化天线进行发送，直到应答信号完整的发送出去后，多级开关关闭；若P4脉冲存在，FPGA逻辑使多级开关关闭，不生成应答信号；其中，所述P4脉冲的脉宽为0.8微秒。...

【技术特征摘要】
1.一种基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述S模式应答机响应二次监视雷达询问机发出的询问并作出应答，包括：综合化天线，用于接收询问信号；通用天线接口单元，用于对询问信号进行放大并输出；射频开关矩阵单元，与通用天线接口单元通信连接，用于对放大后的询问信号进行路径选通后输出；通用接收激励单元，与射频开关矩阵单元通信连接，用于将经路径选通后的询问信号转化成询问数字中频信号；所述通用接收激励单元包括多级开关；通用信号处理单元，用于将接收的询问数字中频信号处理至基带信号，进行询问译码和应答编码，生成应答数字中频信号；通用信息处理单元，其与所述通用信号处理单元进行数据交互，用于向所述通用信号处理单元中的应答编码传送需要进行编码的内容；其中，所述通用接收激励单元的多级开关和所述通用信号处理单元之间设置离散线，所述通用接收激励单元、通用信号处理单元、以及所述离散线均由FPGA逻辑进行控制；FPGA逻辑在询问译码的过程中识别P1-P3脉冲对并根据通用信息处理单元输出的需要进行编码的内容进行应答编码、生成应答数字中频信号、经通用接收激励单元转化成小功率射频应答信号、使其到达多级开关，并判断是否存在P4脉冲，使判断结果经离散线到达多级开关；P1-P3脉冲对从应答编码开始到达多级开关的时间差设置为大于或等于2微秒，期间得到小功率射频应答信号；若P4脉冲不存在，FPGA逻辑使多级开关开启并输出小功率射频应答信号，再经过射频开关矩阵单元进行路径选通，进入通用天线接口单元完成功率放大，得到应答信号，最后将应答信号馈入所述综合化天线进行发送，直到应答信号完整的发送出去后，多级开关关闭；若P4脉冲存在，FPGA逻辑使多级开关关闭，不生成应答信号；其中，所述P4脉冲的脉宽为0.8微秒。2.如权利要求1所述的基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述综合化天线包括均可用于接收询问信号和发射应答信号上综合天线和下综合天线。3.如权利要求1所述的基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述通用天线接口单元包括低噪放模块、带通滤波模块、预放大模块。4.如权利要求1所述的基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述通用接收激励单元包括用于对经路径选通后的询问信号依次进行处理的功率放大模块、下变频模块、滤波模块、模数转换模块、中频数字化模块，以及用于处理应答数字中频信号的中频数字化模块、信号调制模块、模数转化模块、混频模块、功率放大模块、滤波模块、多级开关。5.如权利要求1所述的基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征在于，所述通用信号处理单元包括中频数字信号接收模块、询问译码模块、应答编码模块、中频数字信号发射模块。6.如权利要求1所述的基于航电综合架构重构的S模式应答机，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李涛，王耀兴，
申请(专利权)人：北京众亿锐达科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11