ＴＣＡＳ控制器与Ｓ模式控制器的集成方法技术

一种ＴＣＡＳ控制器与Ｓ模式控制器的集成方法，针对原有ＴＣＡＳ控制器与Ｓ模式控制器分离所造成的系统体积庞大的缺陷，采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ架构，从信号接口，系统结构，处理能力，系统功能实现这四个方面研究了ＴＣＡＳ控制器和Ｓ模式应答机控制器的集成问题；系统集成后信号没有冲突；处理器功能更强、效率更高；系统功能实现方法总体上没有变化，部分功能因为结构上的变化需要调整。对集成后控制器的接口，结构，功能分配以及实现予以说明。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种小型的机载防撞系统，属于空中交通管理和空中交通安全领域。
技术介绍
飞机上的防撞系统，美国航空体系称为空中交通预警和防撞系统(以下简称 TCAS)，欧洲航空体系称为机载防撞系统，两者的含义、功能是一致的，而且组成也基本相 似，因此本专利技术申请说明书以TCAS为技术背景进行描述。经过多年的发展，TCAS系统已发展出多种型号，如TCAS I、TCAS II、TCAS III、 TCAS IV。其中TCAS II目前应用最为广泛，它可以给飞机驾驶员提供以不同颜色和形状显 示临近飞机的相对高度、距离、方位、上升/下降状态等信息的交通提示(TA)和显示俯仰通 道改变、姿态保持、高度保持等信息的解决方式(RA)。其他更高版本型号体系结构以TCAS II为基础，只是在功能上略有差别。在现有TCAS系统中，TCAS控制器与S模式控制器是分离的，而分离的两者之间 用ARINC 429总线来交换数据。以TCAS-4000为例，它由TCAS收发机(TTR-4000)、ATC/ S模式应答机(TDR-94D)、TCAS方向天线(TRE-920)、双S模式控制板(TTC-920G)、显示 器(TVI-920D)、S模式控制器(CTL-92A)、TCAS控制器(CTL-92T)以及TCAS全向天线 Q37Z-1)、S模式全向天线(ANT-似)组成。TTR-4000完成对TCAS信号的收发、中频处理、 视频处理、调制解调、防撞路径计算、控制显示等功能；TDR-94D完成对S模式信号的收发、 中频处理、视频处理、调制解调等功能。CTR-92T与CTR-92A共同配合完成对TTR-4000和 TDR-94D的控制CTR-92T完成对TTR-4000的控制，同时，它还集成了 ARINC 429总线的控 制功能；CTR-92A完成对TDR-94D的控制，同时，它还包括自测试、诊断报告、错误报告、发射 机选择等功能。分离的TCAS控制器与S模式控制器都由各自的处理器，分别以一个16M赫 兹的32位处理器与一个12M赫兹的51单片机为核心，其接口如图1所示。分析TCAS与S模式控制器后，可知它们接收到的信号都要经过中频处理、视频处 理、数字解调，而发射信号都要经数字编码等相似的流程，因此是可以集成设计的。而现有 的TCAS控制器与S模式控制器分离设计必然使得设备成本提高、体积增大、数据交换复杂， 不适于内部空间有限的小型飞机安装及飞行安全。
技术实现思路
为了克服现有TCAS与S模式控制器分离设计带来的成本高、体积大、数据交换复 杂等缺点，本设计采用DSP+FPGA的组合控制器来完成对TCAS控制器与S模式控制器的集；本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是DDSP主处理器选用一片32位的处理器，工作频率可达200MHz以上，能够达到系 统要求；2)集成后TCAS与S模式应答机之间的ARINC429总线及其接口由控制器内部实 现，其他接口则被保留；3)在主处理器中，完成设备配置、系统状态数据采集、实时计算等功能。设备配置 包括对显示器、飞行高度限制、航向/高度信息输入源、无线电高度类型等的配置；系统状 态数据采集包括对高度数据、控制线信号等的采集；实时数据处理包括接收数据再处理、模 型解算、产生告警信息、产生询问信号等。同时，主处理器还完成对故障诊断的监视、显示/ 语音的输出等控制；4)报文处理器选用一片大型的FPGA来实现。报文处理器与发射接收机的视频处 理器相连；完成接收数据处理(即询问信息提取、询问类型识别、应答信息提取等)、发射数 据处理(即产生各种询问信号、应答信号)。报文处理器直接为A模式、C模式提供应答。 而控制器提供A-C模式/S模式全呼叫询问、S模式离散地址询问应答数据。另一方面报文 将接收到的高度数据、方位角信息、距离数据送往处理器处理。本专利技术相比于现有技术的优点在于它实现了 TCAS控制器与S模式控制器之间 ARINC 429总线及接口的内部化，简化了数据交换、提高了稳定性及安全性；而且集成化的 设计减小了系统的体积和重量，更适于机载安装。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是TCAS控制器和S模式应答机接口说明；图2是TCAS和外围设备关系；图3是集成后的控制器信号接口 ；图4是ARINC 429总线控制和高度字格式。具体实施例方式本专利技术采用FPGA+DPS的主要结构，搭配其它外围器件，实现将S模式应答机控制 器电路集成到TCAS控制器中的目的。集成后的系统结构如图2所示。原有TCAS系统中，TCAS控制器一般采用16MHz工作频率的32位处理器，S模式应 答机的控制器一般是12MHz工作频率的51单片机，因此，我们选用32位的处理器，工作频 率可达200MHz以上，完全可以满足处理速度上的要求。集成后，我们将ARINC4^总线接口统一管理，并且给用于表示数据类型的LABEL 项中的重复项重新分配标签，这样，TCAS与S模式应答机之间不再需要通信，两者之间的外 围设备也统一管理。集成后的系统接口如图3所示，主要是外围设备增加了控制盒，部分离 散控制信号接口和监测信号接口以及气压高度表输入。由于结构的变化，系统在数据传输处理功能、控制字处理功能、高度数据处理、分 立信号处理功能方面发生了改变。1)数据传输处理集成后空空数据通信和空地数据通信都由TCAS控制器处理。报文处理器将接收 到的地面询问信号和空中询问信号发送到TCAS控制器中，S模式应答机控制器和TCAS控制 器之间的通信总线不复存在。报文处理器直接将数据送往控制器，而不需要将数据先送往S 模式应答机控制器，再由控制器转发数据。这种设计方法简单可靠，而且可以节省时间，故 障处理方法也得到简化。2)控制字处理这个功能由TCAS控制器直接实现，由TCAS控制器统一配置，不再需要数据转发过 程，简化了配置过程，节省了配置时间。另一方面，控制盒和集成后的控制器依然是通过低 速ARINC 429总线连接，而且外围设备的连接方式保持不变，中断触发方式保持不变，所以 控制字协议也保持不变。ARINC 4 总线控制和高度字格式如图4所示。需要说明的是控 制盒发送数据的速率达到5次/秒到10次/秒。这些配置数据被分成三种label，号码分 别是 013、016、031。3)高度数据处理TCAS控制器同时和无线电高度表及气压高度表连接，控制器按照一定顺序采集高 度信息。需要说明的是，无线电高度表的高度数据是相对于地面的，而气压高度表的数据是 相对于海平面的，因此，在判断数据可靠性时，需要对气压高度数据进行修正，同时允许两 者存在一定的误差。高度数据每秒至少读出5次。4)分立信号处理TCAS控制器按照一定顺序读取这些分立信号，而且处理器的IO接口能分组读写， 而且有专门的存储器单元与IO接口对应，一次可以读取一组IO接口数据，这简化了 IO接 口数据读取并存储，实现方法简单有效。通过上述措施，我们将TCAS与S模式应答机的控制器集成在一起，并且解决了集 成后造成的冲突，为一体化TCAS系统打下了基础。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＴＣＡＳ控制器与Ｓ模式控制器的集成方法，采用ＤＳＰ＋ＦＰＧＡ的组合控制器来完成对ＴＣＡＳ控制器与Ｓ模式控制器的集成，其特征在于１）选用一片３２位的ＤＳＰ处理器作为主处理器；２）对接口进行重新设计；３）在主处理器中，实现控制器的相关功能；４）使用一片大型ＦＰＧＡ来作为报文处理器；。

【技术特征摘要】
1.一种TCAS控制器与S模式控制器的集成方法，采用DSP+FPGA的组合控制器来完成 对TCAS控制器与S模式控制器的集成，其特征在于1)选用一片32位的DSP处理器作为主处理器；2)对接口进行重新设计；3)在主处理器中，实现控制器的相关功能；4)使用一片大型FPGA来作为报文处理器；2.如权利要求1所述的集成方法，其特征在于一片32位DSP主处理器能够完成集成 前系统的功能，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：史忠科，李超，
申请(专利权)人：西安费斯达自动化工程有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]