CN102063805A - Tcas控制器与s模式控制器的集成方法 - Google Patents

Abstract

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。

Description

TCAS控制器与S模式控制器的集成方法

所属技术领域

本发明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。

背景技术

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，因此本发明申请说明书以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(237Z-1)、S模式全向天线(ANT-42)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。

发明内容

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；

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

1)DSP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。

本发明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发明进一步说明。

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。

具体实施方式

本发明采用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ARINC429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 429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。

Claims (5)

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，并且效率更高；

3.如权利要求1所述的集成方法，其特征在于：将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，其他必要的接口将被保留；

4.如权利要求1所述的集成方法，其特征在于：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；

5.如权利要求1所述的集成方法，其特征在于：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、发射数据处理等功能。

Images