CN103337200A - 机载防撞系统测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机载防撞系统测试仪及测试方法，包含信号处理模块、测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块、接口分机，所述信号处理模块包括微处理器、FPGA、信号驱动隔离电路、配置芯片、电压转换电路。信息处理模块完成对机载防撞系统的ACAS收发主机询问信号进行译码，解析S模式协议，判断询问格式，并根据询问模式进行编码，产生应答信号；对机载防撞系统的S模式应答机产生A/C/S模式的询问信号，并对应答信号进行译码，解析S模式协议，获取S模式应答机高度及身份数据（S模式地址），满足机载防撞系统测试仪器的空管应答、空中交通告警、广播式自动相关监视ADS-BOUT等功能的要求。

Description

机载防撞系统测试仪及测试方法

技术领域

本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种机载防撞系统测试仪及测试方法。

背景技术

机载防撞设备，可安装于民航飞机、军用运输机、轰炸机及特种飞机平台，主要用于防止空中危险接近和碰撞事故发生，为飞机的飞行安全提供保护。

目前对机载防撞设备内场检测仪的研制，可采用分立仪器方式和虚拟仪器方式。传统的分立仪器方式，即将所有的分立组件放置在同一个机箱中，通过GPIB（General-Purpose Interface Bus通用接口总线）、USB或LAN局域网来实现对测试的控制。但这些专用测试仪器是作为分立器件设计的，其主要设计目的并不是集成为系统使用，且就仪器本身而言，其软件处理和用户界面都是固定的，仅当厂商选择更新时才可以被更新，而且如何更新也取决于厂商的选择，因此，用户不可能通过这些仪器进行其功能列表未囊括的测量。

针对传统分立仪器系统的不足，可以采用一种由软件定义的虚拟仪器系统，使得用户可以直接访问硬件上的原始数据，以便定义用户自己的测量和用户界面。通过这种软件定义方式，用户可以进行定制的测量，根据新诞生的标准进行测量，或者根据需求变化调整系统（例如增加仪器、通道或测量）。由于虚拟仪器系统具有更低的成本与更小的尺寸、更大的吞吐量、更高的灵活性与更长的生命周期，逐渐替代传统的分立仪器系统，成为设备内场检测仪研制的发展趋势。

采用新的技术方式（虚拟仪器系统）研制机载防撞设备内场检测仪，不仅可满足机载防撞设备的测试需求，而且可以最大程度地符合设备研制的“三化”（通用化、系列化、组合化）要求，实现对防撞设备的测试和综合保障。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种机载防撞系统测试仪，包含信号处理模块、测试ACAS（Airborne Collision Avoidance System，机载防撞系统）主机射频模块、测试S模式应答机射频模块、接口分机，所述信号处理模块包括微处理器、FPGA、信号驱动隔离电路、配置芯片、电压转换电路，其中

FPGA分别与微处理器、电压转换电路、配置芯片、信号驱动隔离电路连接；

信号驱动隔离电路与测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块连接；

接口分机与测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块连接，。

使用上述机载防撞系统测试仪测试告警功能的方法，包含下列步骤：

1）         微处理器产生模拟告警运动目标信息，并将模拟目标信息下传到编、译码单元;

2）         编、译码单元接收到被测设备询问信号，根据模拟目标信息进行应答;

3）         被测设备接收到应答后探测到模拟目标信息;

被测设备解析模拟告警运动目标信息，当模拟告警运动目标非常接近被测设备时，产生语音告警。

信息处理模块通过控制射频模块0度、90度、180度、270度上的射频信号量来实现模拟目标的方位；

通过时间延迟和电磁波信号传输速度来计算并控制射频模块发射应答信号来模拟目标的距离和距离变化率；

通过时间延迟和高度值来计算模拟告警运动目标的高度变化率；

通过断续震荡来实现模拟告警运动目标的S模式地址；

通过S模式或C模式应答来实现模拟告警运动目标高度值；

模拟运动目标的高度值被设置在让被测设备产生交通告警的高度层，并模拟实现由远飞近被测设备。

一种上述机载防撞系统测试仪测试应答功能的方法，包含下列步骤：

1） 微处理器控制编码单元产生A/C模式或S模式全呼叫询问信号；

2） 被测设备接收询问信号后，产生对应的A/C模式或S模式的应答；

3） 译码单元完成被测设备的应答信息译码；

4） 微处理器根据译码信息计算出对应模式的代码、高度、地址信息上传给上位机。

使用上述机载防撞系统测试接收ADS-B OUT广播信息功能的方法,包含下列步骤：

1）微处理器控制译码单元接收机载防撞系统产生的ADS-B OUT广播信息，并传给微处理器。

2）微处理器将ADS-B OUT广播信息解析转换成十进制数后，将高度、经度、纬度等信息上传给上位机。

  本发明所涉及测试仪的信息处理模块完成对机载防撞系统的ACAS收发主机询问信号进行译码，解析S模式协议，判断询问格式，并根据询问模式进行编码，产生应答信号；对机载防撞系统的S模式应答机产生A/C/S模式的询问信号，并对应答信号进行译码，解析S模式协议，获取S模式应答机高度及身份数据（S模式地址），满足机载防撞系统测试仪器的空管应答、空中交通告警、广播式自动相关监视ADS-B OUT等功能的要求。

附图说明

图1为本发明机载防撞系统测试仪模块示意图。

图2为上述测试仪测试S模式告警功能的流程图。

图3为上述测试仪测试C模式告警功能的流程图。

图4为上述测试仪测试应答功能的流程图。

图5为上述测试仪测试ADS-B OUT广播功能的流程图。

具体实施方式

本发明所涉及机载防撞系统测试仪包含信号处理模块、测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块、接口分机。所述信号处理模块包括微处理器、FPGA、信号驱动隔离电路、配置芯片、电压转换电路. 

  本测试仪的模块示意图如图1所示，主要包括微处理器、FPGA、信号驱动隔离电路、配置芯片、电压转换电路。

FPGA与微处理器、电压转换电路，配置芯片、信号驱动隔离电路连接。微处理器主要利用FPGA里的编、译码单元实现信号的编、译码。

FPGA配置在JTAG模式，配置芯片采用了XCF16PV0G48C。

电压转换电路完成电压转换，如5V转3.3V、5V转1.8V、5V转1.2V，供微处理器和FPGA使用。

信号驱动隔离电路完成信息处理模块与所述两个射频模块的信号隔离，保护信息处理模块不被损坏。该电路和测试ACAS主机射频模块和测试S模式应答机射频模块连接，将射频模块的信号传递给FPGA，并回传信号给射频模块。本发明中该电路采用了SN74LVTH16245A。

接口分机与测试ACAS主机射频模块和测试S模式应答机射频模块连接，实现测试ACAS收发主机和S模式应答机的射频模块与被测设备之间的RF信号转换。

测试ACAS收发主机射频模块包括了1090MHz发射机和1030MHz接收机。1090MHz发射机将应答信号进行ASK调制，发送给接口分机。1030MHz接收机用于接收ACAS收发主机的询问信号，对其进行ASK和DPSK解调。

测试S模式应答机射频模块包括了1030MHz发射机和1090MHz接收机。1030MHz发射机对询问信号进行ASK、DPSK调制，并将调制后的信号输入到接口分机，以发送给S模式应答机。1090MHz接收机接收来自S模式应答机的应答信号，对其进行ASK解调。

本测试仪的信息处理模块完成对机载防撞系统的ACAS收发主机询问信号进行译码，解析S模式协议，判断询问格式，并根据询问模式进行编码，产生应答信号；对机载防撞系统的S模式应答机产生A/C/S模式的询问信号，并对应答信号进行译码，解析S模式协议，获取S模式应答机高度及身份数据，满足机载防撞系统测试仪器的空管应答、空中交通告警、广播式自动相关监视ADS-B OUT等功能的要求。

该测试仪在测试机载防撞系统的告警功能时，会产生模拟运动告警目标，产生原理如下：

   信息处理模块通过控制射频模块0度、90度、180度、270度上的射频信号量来实现模拟目标的方位；通过时间延迟和电磁波信号传输速度来计算并控制射频模块发射应答信号来模拟目标的距离和距离变化率；通过时间延迟和高度值来计算模拟目标的高度变化率；通过S模式或C模式应答来模拟目标高度；通过断续震荡来模拟目标的S模式地址。信息处理模块模拟的目标被设置在与被测设备产生交通告警的高度层，由远飞近被测设备。微处理器将模拟目标的方位、距离、距离变化率、高度变化率、S模式地址和高度值传给编、译码单元，由编、译码单元控制射频模块来实现模拟目标。

当模拟目标为S模式目标时，测试流程如图2所示。编、译码单元接收微处理器下传的信息后，根据S模式地址产生DF11断续震荡。被测设备接收到模拟目标DF11断续震荡后，会解析出模拟目标的S模式地址，产生针对模拟目标UF0的点名询问。编、译码单元解析接收到UF0点名询问后，根据模拟目标的高度值编码产生DF0应答。被测设备接收到的DF0应答后，解析出模拟目标的高度信息。当模拟目标非常接近被测设备时，被测设备产生交通告警，从而完成空中交通告警的功能测试。

   当模拟目标为C模式目标时，测试流程如图3所示。编、译码单元接收微处理器下传的信息后，接收并判断C模式询问后，将模拟目标的高度值编码产生C模式应答。被测设备接收到的C模式应答后，解析出模拟目标的高度信息。当模拟目标非常接近被测设备时，被测设备产生交通告警，从而完成空中交通告警的功能测试。

测试机载防撞系统应答功能时，测试流程如图4所示。微处理器控制编码单元产生A/C模式或S模式全呼叫询问（UF=11）信号。被测设备接收询问信号后，产生对应的A/C模式和S模式DF11应答。译码单元完成被测设备的应答信息译码；微处理器根据译码信息计算出对应模式的代码、高度、地址上传给上位机显示；从而完成被测设备应答功能的测试。

测试机载防撞系统ADS-B OUT功能时，测试流程如图5所示。译码单元接收到机载防撞系统产生的ADS-B OUT广播信息后传给微处理器，微处理器进行解析转换成十进制数后，将高度、经度、纬度等信息上传给上位机显示，从而完成被测设备ADS-B OUT功能的测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机载防撞系统测试仪，其特征在于：包含信号处理模块、测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块、接口分机；所述信号处理模块包括微处理器、FPGA、信号驱动隔离电路、配置芯片、电压转换电路，其中

FPGA分别与微处理器、电压转换电路、配置芯片、信号驱动隔离电路连接；

信号驱动隔离电路与测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块连接；

接口分机与测试ACAS主机射频模块、测试S模式应答机射频模块连接。

2.如权利要求1所述的一种机载防撞系统测试仪，其特征在于，FPGA配置在JTAG模式，配置芯片采用了XCF16PV0G48C。

3.使用权利要求1所述的机载防撞系统测试仪测试告警功能的方法，其特征在于，包含下列步骤：

1)微处理器产生模拟告警运动目标，并将模拟目标信息下传到FPGA的编、译码单元;

2)被测设备发送模拟告警运动目标询问信号到编、译码单元;

3)编、译码单元将模拟告警运动目标信息传给被测设备;

4)被测设备解析模拟告警运动目标信息，当模拟告警运动目标非常接近被测设备时，产生报警。

4.如权利要求3所述的测试告警功能的方法，其特征在于：测试模式为S模式时，

所述步骤1）具体为：

10）信号处理模块的微处理器产生S模式模拟告警运动目标;

11）编、译码单元接收微处理器下传的信息后，根据S模式地址产生DF11断续震荡。

所述步骤2）具体为：

20）被测设备接收到DF11断续震荡后，解析出模拟告警运动目标的S模式地址；

21）被测设备产生针对模拟告警运动目标UF0的点名询问；

所述步骤3）具体为：

编、译码单元解析接收到UF0点名询问后，根据模拟目标的高度值编码产生DF0应答；

所述步骤4）具体为：

被测设备接收到的DF0应答后，解析出模拟告警运动目标的高度信息。当模拟目标非常接近被测设备时，被测设备产生交通告警，从而完成空中交通告警的功能测试。

5.如权利要求3所述的测试告警功能的方法，其特征在于：测试模式为C模式时，

所述步骤1）具体为：

10）信号处理模块的微处理器产生C模式模拟告警运动目标；

11）编、译码单元接收微处理器下传的信息；

所述步骤2）具体为：

被测设备发送C模式询问信号到编、译码单元；

所述步骤 3）具体为：

编、译码单元接收微处理器下传的信息后，接收并判断C模式询问后，将模拟目标的高度值编码产生C模式应答；

所述步骤4）具体为：

被测设备接收到C模式应答后，解析出模拟目标的高度信息。当模拟目标非常接近被测设备时，被测设备产生交通告警，从而完成空中交通告警的功能测试。

6.如权利要求3所述的测试告警功能的方法，其特征在于：其中，信息处理模块

通过控制控制射频模块0度、90度、180度、270度上的射频信号量来实现模拟目标的方位；

通过时间延迟和电磁波信号传输速度来计算并控制射频模块发射应答信号来模拟目标的距离和距离变化率；

通过时间延迟和高度值来计算模拟告警运动目标的高度变化率；

通过断续震荡来实现模拟告警运动目标的S模式地址；

通过S模式或C模式应答来实现模拟告警运动目标高度值。

7.如权利要求3～6任一项所述的测试告警功能的方法，其特征在于：模拟运动目标的高度值被设置在让被测设备产生交通告警的高度层，并模拟实现由远飞近被测设备。

8.如权利要求3～6任一项所述的测试告警功能的方法，其特征在于：微处理器将模拟目标的方位、距离、距离变化率、高度变化率、S模式地址和高度值传给编、译码单元，由编、译码单元控制射频模块来实现模拟目标。

9.使用权利要求1所述的测试应答功能的方法，其特征在于，包含下列步骤：

1）        微处理器控制FPGA的编码单元产生A/C模式或S模式全呼叫询问信号；

2）        被测设备接收询问信号后，产生对应的A/C模式或S模式的应答；

3）        译码单元完成被测设备的应答信息译码；

4）        微处理器根据译码信息计算出对应模式的代码、高度、地址信息上传给上位机。

10.使用权利要求1所述的测试ADS-B OUT广播信息功能的方法，其特征在于，包含下列步骤：

1）微处理器控制译码单元接收机载防撞系统产生的ADS-B OUT广播信息，并传给微处理器

2）微处理器将ADS-B OUT广播信息解析转换成十进制数后，将高度、经度、纬度等信息上传给上位机。

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