基于PXI的TCAS信号模拟设备硬件设计

发布时间：2020-11-21 00:58

　　 随着航空业的发展,空中交通日益繁忙,空中交通警戒与防撞系统(TCAS)作为在拥挤的空中交通中降低撞击风险的机载电子系统,在保障飞行安全中发挥着不可替代的作用,为保证该系统稳定可靠的运行,对它的检查测试就显得十分重要。本文所设计的TCAS信号模拟设备是对TCAS系统的关键组成单元——TCAS收发主机进行测试,它可以模拟产生静态及动态入侵目标,测试TCAS收发主机对入侵目标的监视及跟踪能力,本文从技术原理到硬件实现介绍了TCAS信号模拟设备的设计过程。本文的主要研究内容如下:1、从TCAS信号模拟设备指标需求入手,通过分析被测设备对入侵目标的监视及跟踪原理,提出了采用软件无线电技术中零中频架构的技术路线,并给出此架构下通用解调模型及DPSK的解调思路。其从基带到射频信号的变换只需要一次混频,极大简化了硬件设计的复杂度,更好的控制了设备的尺寸,易于集成。接着对本设备需要模拟的关键信息进行分析,提出实现方法,设计了目标入侵模型。2、根据零中频架构进行硬件电路设计,制定了采用单片集成的可编程射频收发器LMS7002M加FPGA的硬件实现方案,此方案射频收发配置选择更加灵活,基带处理功能更加丰富。采用PCI桥接芯片结合FPGA进行PXI接口部分设计,并分析设备相关需求,完成了存储、电源、时钟部分的电路设计。3、在FPGA内部完成了相关逻辑实现。对询问信号的两路正交数据流进行脉冲特征识别,解析询问信号模式。完成采用点积算法的DPSK解调,得到S模式询问信号码元。设计了目标参数提取及动态更新逻辑,其中使用优化的查表法完成反余弦计算,使其满足占用空间及更新速度的要求。应答数据处理实现将应答数据的方位角信息转换为各个方向衰减码,高度及其他信息根据不同模式进行编码并以此产生基带IQ数据流,在延迟时间达到后输出到LMS7002M进行应答。通过搭建平台进行测试,验证了本论文设计方法的可行性。完成的TCAS信号模拟设备具有良好的性能指标,能够实现对1030MHz询问信号的解析,静态及动态入侵目标更新模拟,生成相应1090MHz应答信号的功能,达到了设计要求。最后对全文的设计进行总结,给出设计存在的不足,提出了基于PXI的TCAS信号模拟设备未来的展望。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V328;V243
【部分图文】：

图 2-2 TCAS 系统工作过程CAS 发射不同模式的 1030MHz 询问信号，并接收答以及间歇振荡信号，以确定周围空域中的交通状据接收到的应答信号特征，得到入侵飞机的相对距入侵飞机的飞行路径。将推算的飞行路径结合本机计算出对应的规避措施，通过音响和屏幕产生警报进行避让操作[16]。 C 模式临近飞机的监测主机可对装备有 C 模式应答机的入侵飞机进行搜附近空域有装载 C 模式应答机的入侵飞机，TCAz 的呼叫询问信号，然后等待入侵飞机应答。在接信号后，TCAS 收发主机就会将入侵飞机加入跟踪踪。

图 2-6 TCAS 对 W／S 询问序列的相应上述 3 种技术是 C 模式所特有的，分别使用仅 C 模式呼叫询问、方向性询声呼叫序列技术，使 TCAS 收发主机采用 C 模式对感兴趣目标进行询问的到了最低，提高了询问的针对性[17]。2.3 TCAS 对 S 模式临近飞机的监测TCAS 收发主机会主动监听 S 模式入侵飞机发射的间歇振荡信号。在没到询问信号的情况下，S 模式应答机断续发射采用 DF11 格式编码的信号来机地址，数据格式如图 2-7 所示，发射频率为 1 秒。DF11 (0 1011)(CA:3) (AA:24) (PI:24图 2-7 DF11 数据字段格式该格式信息中，断续振荡信号在 AA 段表示自身 24 位飞机地址码，PI 段环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）。当 TCAS 收发主机接收到

提高了询问的针对性[17]。.3 TCAS 对 S 模式临近飞机的监测TCAS 收发主机会主动监听 S 模式入侵飞机发射的间歇振荡信号。在询问信号的情况下，S 模式应答机断续发射采用 DF11 格式编码的信号地址，数据格式如图 2-7 所示，发射频率为 1 秒。F11 (0 1011)(CA:3) (AA:24) (PI图 2-7 DF11 数据字段格式该格式信息中，断续振荡信号在 AA 段表示自身 24 位飞机地址码，P冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）。当 TCAS 收发主机接收入侵飞机的断续震荡信号 DF11 时，该入侵飞机就会被加入到询问列进行单独询问。TCAS 在 S 模式下不会使用全呼叫询问临近飞机,而是采用轮询询问模独询问。
【参考文献】

相关期刊论文 前9条

1 ;艾法斯和ATG宣布建立战略联盟以提供下一代应答机和TCAS航空电子测试设备[J];国外电子测量技术;2014年05期

2 曾令赫;;S模式雷达网络在我国发展现状及关键问题探析[J];电子测试;2013年14期

3 韩晓霞;田书林;李力;;二次雷达S模式询问信号的解调译码实现[J];中国测试;2011年04期

4 王亚涛;;空管二次雷达S模式询问机目标捕获与监视实现方案[J];电讯技术;2010年07期

5 余丽;;航管应答机的中频数字化设计[J];电讯技术;2007年02期

6 黎峰;空中交通警戒和防撞系统的发展历程[J];中国民用航空;2004年10期

7 符方伟，沈世镒;循环码的周期分布的新的计算公式[J];通信学报;1996年02期

8 刘岩;对TCAS的原理分析[J];中国民航学院学报(综合版);1994年01期

9 泉水;格雷码及其在布尔代数化简中的应用[J];通信保密;1982年04期

相关硕士学位论文 前10条

1 肖强;机载应答机数据协议解析与实现[D];电子科技大学;2018年

2 窦晗;高精度动态信号采集模块硬件设计[D];电子科技大学;2018年

3 林鹏;综合化防撞系统数字化S模式应答模块的设计[D];电子科技大学;2018年

4 闵亚军;基于PXI总线的模数转换模块设计与实现[D];电子科技大学;2017年

5 邹亮;机载防撞设备内场检测仪的设计与实现[D];电子科技大学;2017年

6 王俊;户外增强现实GIS的应用研究[D];西南大学;2014年

7 李建宇;射频单片集成应答机设计与实现[D];浙江大学;2014年

8 马进;基于FPGA的TCAS与S模式应答机综合化数字中频接收系统的设计与仿真[D];上海交通大学;2011年

9 李国胜;TCAS故障诊断专家系统的设计与研究[D];中国民用航空飞行学院;2009年

10 孟玲丽;一种数字化接收模块的软件设计[D];电子科技大学;2008年

本文编号：2892279