一种分布式授时多点定位接收机制造技术

本发明专利技术公开了一种分布式授时多点定位接收机，包括：1090MHz接收天线、ADS

【技术实现步骤摘要】
一种分布式授时多点定位接收机


[0001]本专利技术涉及多点定位
，尤其是一种分布式授时多点定位接收机。

技术介绍

[0002]随着机场和航空器的不断增加，机场场面监视问题日益显著。现有的监视手段已经无法满足大流量运行现状，为了弥补传统雷达监视系统的局限性，民航局相关单位提出了众多新型监视技术，其中多点定位系统(MLAT)是国际民航组织推广的五大监视技术之一。多点定位系统，又称双曲线定位系统，由多部地面接收机和中心站组成，根据接收机接收到的飞机信号估算出信号的到达时间(TOA)，再将TOA信息传送到定位站，解算出飞机位置。可以充分兼容现有的二次雷达和ADS
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B应答机信号，提高定位信息的可靠性。与一次、二次雷达相比具有设备体积小、安装成本低、站点配置灵活、定位精度高等特点。能够大幅提高管制能力，提升飞行保障安全等级，因此在世界很多地方都被广泛应用。
[0003]目前我国只有一些大中型机场有能力配备完整的多点定位系统，对于一些中小型机场、通航机场和无人机密集飞行的低空空域仍无法安装多点定位系统。随着研究的升入，多点定位设备仍然具有数据传输、时间同步等问题。而多点定位系统的定位精度与接收机的时间同步，TOA时间提取密切相关。为了提高多点定位系统精度，增加多点定位系统的适用性，需要时间同步精度高、便于安装的分布式接收机，当前的接收机设备就很难满足需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种分布式授时多点定位接收机，可以用于多点定位系统的定位解算中，实现对机场场面监视，保障机场运行安全。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种分布式授时多点定位接收机，包括：1090MHz接收天线、ADS
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B信号射频前端、包络检波器、A/D采样模块、FPGA主控板、消息发送模块、GPS接收机和驯服时钟；
[0006]A/D采样模块、消息发送模块和驯服时钟分别连接至FPGA主控板，1090MHz接收天线连接ADS
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B信号射频前端，ADS
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B信号射频前端连接包络检波器，包络检波器连接A/D采样模块，GPS接收机连接驯服时钟，FPGA主控板获取驯服时钟输出的时钟信号来实现高精度时间同步，并获取经过A/D采样模块转换的数字信号，对获取到的信号进行前导脉冲检测，计算信号到达时间，将信号的解码信息和到达时间信息通过消息发送模块输出。
[0007]优选的，FPGA主控板包括数据采集模块、动态门限值模块、有效位置脉冲检测模块、沿提取模块、报头位置检测模块、参考功率计算模块、DF认证模块、到达时间提取模块、解码模块、CRC校验模块和消息发送模块；数据采集模块，输出信号采样频率到A/D采样模块，用于获取模拟信号转换的数字信号，并表示为正负数值；动态门限值模块，用于设定一个合适的动态数值筛选信号，将有用信号和无用噪声加以区分；有效位置脉冲检测模块，用于判断是否存在一个有效脉冲信号，筛选出有效信号进一步过滤噪声；沿提取模块，用于提
取信号的脉冲的上升沿和下降沿确定信号的正确脉冲位置，消除毛刺信号的影响；报头位置检测模块，通过有效脉冲、上升沿和下降沿的标志位出现的时间确定信号报头出现的位置和时间，标准的报头脉冲位值在0μs、1.0μs、3.5μs、4.5μs处；参考功率计算模块，用于增强报头检测模块的抗干扰能力，计算报头四脉冲的平均功率值并相互比较，舍去功率差值较大的报头信号，消除因为不准确采样值带来的影响，保证正确报头不会被虚假报头取代；DF认证模块，用于验证报头与数据域的相关性，进一步确定报头的正确性，对数据位的前五位数据进行位置检测和峰值计算，若位置对应正确且每一位的脉冲幅值与参考功率大小相似，则报头通过，否则舍弃；到达时间提取模块，用于提取雷达信号的到达时间信息，接收驯服时钟的方波时钟信号实现时钟同步计时，如果雷达信号通过所有报头检测算法，立即保存计时器数值作为当前雷达信号的到达时间；解码模块，用于对通过报头检测的信号，利用参考功率设置解码阈值，根据PPM编码格式进行解码；CRC校验模块，用于对解码后的信号进行校验，利用线性编码理论，根据要传输的二进制序列，以一定规则产生校验用的监督码，再将传输的二进制序列和监督码做模二求余运算，若运算结果为0则通过校验，否则说明信息传输过程发生未知错误；消息发送模块，用于将通过CRC校验的信号数据位和对应信号到达时间信息发送至预设置的目的地。
[0008]优选的，驯服时钟模块包括分布式授时模块、时间间隔测量模块、驯服守时模块、数字模拟转换器和驯服时钟；GPS接收机通过对四颗以上的卫星进行追踪、捕获，获得卫星系统的秒脉冲信号，并将秒脉冲信号传输至时间间隔测量模块；时间间隔测量模块，将参考信号和本地信号进行相位检测，将检测结果发送至驯服守时模块；在驯服守时模块作用下，根据相位差值的结果经过驯服等过程得到一个调节电压值，将此电压值发送至数字模拟转换器；在数字模拟转换器中，将接收到的数字电压值转换成可以调节恒温晶振的模拟电压值，最终改变恒温晶振的输出频率；驯服过程完成之后，驯服时钟输出高精度时钟脉冲信号。
[0009]优选的，分布式授时模块中，将驯服时钟输出的时钟脉冲信号传输至各个接收机作为参考时钟，各个接收机采集参考时钟的时间信号实现时间同步。
[0010]优选的，时间间隔测量模块，将参考信号和本地信号进行相位检测，将检测结果发送至驯服守时模块具体为：将恒温晶振输出的10Mhz脉冲信号利用锁相环倍频成PPS秒脉冲信号，发送至相位检测模块；将接收到的GPS秒脉冲信号和恒温晶振分频产生的秒信号，利用直接计数等方法测量出两种脉冲信号的相位差，并将结果发送至驯服守时模块。
[0011]优选的，在驯服守时模块作用下，根据相位差值的结果经过驯服等过程得到一个调节电压值，将此电压值发送至数字模拟转换器具体为：在可编程逻辑器件zynq开发平台下，驯服模块中的滤波模块将接收到的相位测量差值进一步处理，利用卡尔曼滤波算法将相位差滤波，过滤噪声和随机误差，将滤波处理后的相位差作为控制驯服模块的输入；在可编程逻辑器件zynq开发平台下，驯服模块中的控制驯服模块将滤波后的相位差作为PID控制器的输入，经过比例调节、积分调节、微分调节共同作用后得到输出控制了，通过线性拟合输出控制量，将该控制量反馈到被控对象，从而对输入相位差进行修正，并实时将结果输出至数字模拟转换器；当GPS卫星锁定时，驯服模块中的守时模块采集驯服过程中的数据。当GPS卫星失锁是，守时模块开始启动，根据采集到的数据对结果进行预测，并将预测的结果代替驯服结果输出到数字模拟转换器。
[0012]优选的，驯服过程完成之后，驯服时钟输出高精度时钟脉冲信号具体为：在可编程逻辑器件FPGA中，将驯服时钟的输出10MHz脉冲信号通过锁相环倍频成100MHz脉冲信号，并同步到接收机系统中作为系统参考时钟；在可编程逻辑器件FPGA中，对倍频后的脉冲信号进行计数，将计数值作为时间轴；当接收机系统检测到报头信号出现时，保存当前计数值，作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式授时多点定位接收机，其特征在于，包括：1090MHz接收天线、ADS
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B信号射频前端、包络检波器、A/D采样模块、FPGA主控板、消息发送模块、GPS接收机和驯服时钟；A/D采样模块、消息发送模块和驯服时钟分别连接至FPGA主控板，1090MHz接收天线连接ADS
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B信号射频前端，ADS
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B信号射频前端连接包络检波器，包络检波器连接A/D采样模块，GPS接收机连接驯服时钟，FPGA主控板获取驯服时钟输出的时钟信号来实现高精度时间同步，并获取经过A/D采样模块转换的数字信号，对获取到的信号进行前导脉冲检测，计算信号到达时间，将信号的解码信息和到达时间信息通过消息发送模块输出。2.如权利要求1所述的分布式授时多点定位接收机，其特征在于，FPGA主控板包括数据采集模块、动态门限值模块、有效位置脉冲检测模块、沿提取模块、报头位置检测模块、参考功率计算模块、DF认证模块、到达时间提取模块、解码模块、CRC校验模块和消息发送模块；数据采集模块，输出信号采样频率到A/D采样模块，用于获取模拟信号转换的数字信号，并表示为正负数值；动态门限值模块，用于设定一个合适的动态数值筛选信号，将有用信号和无用噪声加以区分；有效位置脉冲检测模块，用于判断是否存在一个有效脉冲信号，筛选出有效信号进一步过滤噪声；沿提取模块，用于提取信号的脉冲的上升沿和下降沿确定信号的正确脉冲位置，消除毛刺信号的影响；报头位置检测模块，通过有效脉冲、上升沿和下降沿的标志位出现的时间确定信号报头出现的位置和时间，标准的报头脉冲位值在0μs、1.0μs、3.5μs、4.5μs处；参考功率计算模块，用于增强报头检测模块的抗干扰能力，计算报头四脉冲的平均功率值并相互比较，舍去功率差值较大的报头信号，消除因为不准确采样值带来的影响，保证正确报头不会被虚假报头取代；DF认证模块，用于验证报头与数据域的相关性，进一步确定报头的正确性，对数据位的前五位数据进行位置检测和峰值计算，若位置对应正确且每一位的脉冲幅值与参考功率大小相似，则报头通过，否则舍弃；到达时间提取模块，用于提取雷达信号的到达时间信息，接收驯服时钟的方波时钟信号实现时钟同步计时，如果雷达信号通过所有报头检测算法，立即保存计时器数值作为当前雷达信号的到达时间；解码模块，用于对通过报头检测的信号，利用参考功率设置解码阈值，根据PPM编码格式进行解码；CRC校验模块，用于对解码后的信号进行校验，利用线性编码理论，根据要传输的二进制序列，以一定规则产生校验用的监督码，再将传输的二进制序列和监督码做模二求余运算，若运算结果为0则通过校验，否则说明信息传输过程发生未知错误；消息发送模块，用于将通过CRC校验的信号数据位和对应信号到达时间信息发送至预设置的目的地。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤新民，刘典，周杨，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：