CN104898088A - 脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的脉冲前沿判定装置，用于对飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，包括：信号接收部，对混合脉冲信号进行接收；门限电平基准值存储部，存储有门限电平基准值；对数检波器，对混合脉冲信号进行检波得到视频脉冲信号；脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对视频脉冲信号进衰减得到衰减视频脉冲信号；脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟得到延迟视频脉冲信号；交点判定部，判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，当存在时，进一步判定该交点的电平值是否大于门限电平基准值，当大于时，将交点判定为前沿对应点；以及前沿到达时刻设定部，把与前沿对应点相对应的时刻设定为前沿到达时刻。

Description

脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统

技术领域

本发明涉及一种脉冲前沿判定装置、包含该脉冲前沿判定装置的机场无源监视系统及包含该机场无源监视系统的空中交通管理系统。

背景技术

为了确保飞机在机场上的安全调度(例如飞机入库等)，需要对即将入库的飞机进行精确定位。目前常用的是机场无源监视系统。

机场无源监视系统采用的是多基站无源时差定位体制。时差(TDOA，Time Difference of Arrival)定位又称为双曲线定位，它是通过处理多站接收到的辐射源(飞机)目标信号到达时间差数据对辐射源(飞机)目标进行定位的。例如，在二维平面内，辐射源目标信号到达两探测站的时间差规定了以两站为焦点的半边双曲线。如果利用三个站形成两条半边双曲线，求解这两条半边双曲线的交点，即可以确定辐射源目标的位置。在三维空间中，则至少需要形成三个半边双曲面来产生交点。

因此，时差测量的精度直接影响了定位的精度。在机场无源监视系统中，各个接收站对接收到的同一目标信号的脉冲前沿的准确测量直接影响时差测量精度。为了能得到准确的脉冲前沿到达时间，必须通过检测电路对输入信号进行整形，得到稳定的矩形脉冲，用于后续的测量计算。

在对接收信号进行整形时，通常会设定一个固定的检测门限电平，然后将接收信号与检测门限电平进行比较，大于检测门限输出整形脉冲信号，小于检测门限则无脉冲信号输出。

但是，这种方法在视频信号比较复杂的情况下，固定门限电平的值很难选取。固定门限电平过小时，整形后很容易出现毛刺，产生许多虚假信号，影响真实脉冲前沿的测量。固定门限电平过大时，可能会使视频脉冲处在固定门限电平以下，导致正常的输入脉冲丢失。另外，目标信号在侦收后，经过DLVA检波，得到的视频脉冲的前沿会随着脉冲幅度的大小产生变化。如果采用固定门限进行检测，整形后脉冲前沿也会随大小信号产生抖动，使目标信号的脉冲前沿的测量误差加大，从而影响时差的精度及定位的精度。

针对上述问题，可以采用浮动门限的方法来解决，也就是门限电平不固定，取脉冲最大幅度下降固定比例的值作为浮动门限电平。这种方法避免了门限电平太靠近底部噪声，减少毛刺的产生，也能避免由于门限电平过大而丢失脉冲信号的现象，同时浮动门限还能减小DLVA检波带来的大小信号对脉冲前沿的影响，减小脉冲前沿的测量误差，提高时差测量的精度及定位的精度。

但是，浮动门限电平这种方法也存在缺陷。首先，在计算脉冲最大幅度时，由于目标信号的多路径干扰较为明显，脉冲波形会变得失真且比较杂乱，这样得到的门限很可能会出现偏差，从而使得脉冲前沿产生误差。其次，在复杂的电磁环境中，当脉冲幅度的顶部凹凸不平、具有较大的起伏时，采用的浮动门限可能会造成脉冲分裂，得到多余的错误脉冲。同时脉冲顶部幅度的过大起伏，等同于浮动门限的起伏，同样会带来目标信号的脉冲前沿的抖动，引起测量的误差。再次，在确定脉冲幅度的最大值时，需要整个脉冲时间参与计算，因此当前计算的浮动门限往往作为下一个脉冲的门限使用，在多信号的复杂电磁环境下，由于各信号的幅度大小不一，这样会很容易造成浮动门限的错误，得不到正确的整形脉冲。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能够准确地测量出飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿被接收到的前沿到达时刻的脉冲前沿判定装置、包含该脉冲前沿判定装置的机场无源监视系统以及包含该机场无源监视系统的空中交通管理系统。

本发明提供了一种脉冲前沿判定装置，用于对飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，具有这样的特征，包括：信号接收部，对含有飞机脉冲信号以及在飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收；门限电平基准值存储部，存储有用于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别的门限电平基准值；对数检波器，对混合脉冲信号进行检波并得到视频脉冲信号；脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号；脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号；交点判定部，判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，当判定为是时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点；以及前沿到达时刻设定部，把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部的前沿到达时刻。

在本发明提供的脉冲前沿判定装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定计算规则为：首先，计算出当前时刻之前预定时间内的视频脉冲信号的电平值的平均值；然后，用计算出的平均值减去固定衰减量得到当前时刻的衰减电平值，基于与各时刻相对应的衰减电平值得到衰减视频脉冲信号。

在本发明提供的脉冲前沿判定装置中，还可以具有这样的特征：其中，固定衰减量的范围为3dB～6dB。

在本发明提供的脉冲前沿判定装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定延迟时间为0.5倍的预定时间。

在本发明提供的脉冲前沿判定装置中，还可以具有这样的特征：其中，预定时间为100ns～250ns。

在本发明提供的脉冲前沿判定装置中，还可以具有这样的特征：其中，脉冲信号衰减部与脉冲信号延迟部同步运行。

另外，本发明还提供了一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，具有这样的特征，包括：至少四个信号接收处理站，每个信号接收处理站包含用于对飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定从而得到前沿到达时刻的脉冲前沿判定装置；以及监视中心站，与每个信号接收处理站相通讯连接，并根据每个信号接收处理站的前沿达到时刻进行监视处理，其中，脉冲前沿判定装置为上述脉冲前沿判定装置中任意一项的脉冲前沿判定装置。

另外，本发明还提供了一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理，具有这样的特征，包括：机场无源监视系统，用于对飞机进行定位监视；以及飞机调度系统，根据机场无源监视系统提供的定位监视数据对飞机进行调度，

其中，机场无源监视系统为上述的机场无源监视系统。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统，因为信号接收部能够对混合脉冲信号进行接收，门限电平基准值存储部存储有门限电平基准值，对数检波器通过对混合脉冲信号进行检波来得到视频脉冲信号，脉冲信号延迟部基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号，脉冲信号衰减部基于预定计算规则对视频脉冲信号进行衰减，从而得到衰减视频脉冲信号，交点判定部判定延迟视频脉冲信号和衰减视频脉冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，当判断为是时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点，前沿到达时刻设定部把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部的前沿到达时刻，所以，本发明的脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统能够准确地测量飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部的前沿到达时刻。

附图说明

图1是本发明的实施例中空中交通管理系统的结构框图；

图2是本发明的实施例中机场无源监视系统的结构框图；

图3是本发明的实施例中信号接收处理站与机场的布置位置示意图；

图4是本发明的实施例中脉冲前沿判定装置的结构框图；

图5是本发明的实施例中脉冲信号处理过程示意图；以及

图6是本发明的实施例中脉冲前沿判定装置的动作流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统作具体阐述。

图1是本发明的实施例中空中交通管理系统的结构框图。

如图1所示，在本实施例中，空中交通管理系统100用于对使用机场200的飞机(图中未显示)进行管理，从而保证机场的飞机及车辆的安全运行。

空中交通管理系统100包含：机场无源监视系统10和飞机调度系统20。

机场无源监视系统10用于对飞机进行定位监视。

飞机调度系统20根据机场无源监视系统10提供的定位监视数据对飞机进行调度，从而实现对飞机进行交通管理，防止飞机与飞机之间或者飞机与地面车辆等物体之间发生刮碰。

图2是本发明的实施例中机场无源监视系统的结构框图。

如图2所示，机场无源监视系统10包含：四个信号接收处理站30、监视中心站50以及控制上述各部运行的控制中心站60。

每个信号接收处理站30包含脉冲前沿判定装置40，该脉冲前沿判定装置40用于对飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，从而得到飞机脉冲信号的脉冲前沿的前沿达到时刻。四个信号接收处理站30分别作为：第一信号接收处理站31、第二信号接收处理站32、第三信号接收处理站33以及第四信号接收处理站34。

图3是本发明的实施例中信号接收处理站与机场的布置位置示意图。

如图3所示，机场200具有跑道210、航站楼220以及设在跑道210和航站楼220之间的机库230。第一信号接收处理站31、第二信号接收处理站32以及第三信号接收处理站33沿跑道210顺次呈直线设置，并位于跑道210远离航站楼220的一侧。这里，跑道的长度为3km至4km。而且，第二信号接收处理站32与第一信号接收处理站31和第三信号接收处理站33之间的距离都在1km～2km范围内。也就是说，根据跑道的长度，每间隔1km～2km需要设置一个信号接收处理站。

另外，第四信号接收处理站34位于航站楼220远离跑道210的一侧。

这样，通过上述这种方式设置四个信号接收处理站30，使得在航站楼220所在区域内能够实现对飞机进行精确定位，获得的飞机位置信息准确。

监视中心站50与每个信号接收处理站30相通讯连接，用于根据相应的脉冲前沿判定装置40判定出的飞机脉冲信号的脉冲前沿的前沿到达时刻进行监视处理。这里的监视处理的过程为：将四个信号接收处理站30中的一个设定为主站，其他三个设定为副站，根据每个副站接收到同一个飞机脉冲信号的的脉冲前沿的前沿到达时刻与主站接收到该飞机脉冲信号的的脉冲前沿的前沿到达时刻之间的差值得到相应的副站与主站之间的半边双曲线，基于两个半边双曲线在二维平面内的交点或三个半边双曲线在三维空间内的交点得到飞机的位置信息。

控制中心站60包含用于控制四个信号接收处理站30以及监视中心站50运行的计算机程序。

图4是本发明的实施例中脉冲前沿判定装置的结构框图。

如图4所示，脉冲前沿判定装置40包含：信号接收部41、门限电平基准值存储部42、对数检波器43、脉冲信号衰减部44、脉冲信号延迟部45、交点判定部46、前沿到达时刻设定部47、暂存部48以及控制上述各部运行的控制部49。

信号接收部41对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收，这里的干扰脉冲信号是在飞机脉冲信号传输过程中产生的。

门限电平基准值存储部42存储有用于对飞机脉冲信号和干扰脉冲信号进行辨别的门限电平基准值。该门限电平基准值时根据整个脉冲前沿判定装置40接收信号的灵敏度预先设定好的。

图5是本发明的实施例中脉冲信号处理过程示意图。

如图5所示，对数检波器43对接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频脉冲信号A。在本实施例中，对数检波器43采用的时检波对数视频放大器(DLVA)。

脉冲信号衰减部44基于预定计算规则对视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号B。

这里的预定计算规则为：首先，计算出当前时刻之前预定时间内的视频脉冲信号的电平值的平均值；然后，用计算出的平均值减去固定衰减量得到当前时刻的衰减电平值。然后，基于与各时刻相对应的衰减电平值得到衰减视频脉冲信号B。

在本实施例中，固定衰减量为3dB～6dB，根据外界环境对脉冲信号的干扰情况由认为进行设定，目的是消除外界环境对脉冲信号造成的干扰。

在本实施例中，预先设定对接收到的视频脉冲信号进行幅度的采样抽取，每5ns进行一次采样。这样，视频脉冲信号的电平值的平均值是通过计算出当前时课之前的二十个采样点的电平值的平均值得到的，此时，该预定时间为100ns。

在图5中，箭头D的所指示区域值的大小即表示视频脉冲信号A与衰减视频脉冲信号B之间的衰减量。

脉冲信号延迟部45基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号C。在图5中，字母E即表示预定延迟时间，在本实施例中，该预定延迟时间为0.5倍的预定时间，即该预定延迟时间为50ns。

交点判定部46判定衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，并进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，在该交点所对应的电平值大于门限电平基准值时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点。

在图5中，衰减视频脉冲信号B和延迟视频脉冲信号C之间存在多个交点，例如交点F、G、H等，但是，交点G和H等所对应的电平值小于门限电平基准值I，从图上看，只有交点F符合条件，因此，将交点F判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点F。

前沿到达时刻设定部47把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部41的前沿到达时刻。

在图5中，将与前沿对应点F(即交点F)相对应的时刻T设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部41的前沿到达时刻。

暂存部48用于暂时存储混合脉冲信号、视频脉冲信号、衰减视频脉冲信号、延迟视频脉冲信号以及前沿到达时刻。

控制部49包含用于控制信号接收部41、门限电平基准值存储部42、对数检波器43、脉冲信号衰减部44、脉冲信号延迟部45、交点判定部46、前沿到达时刻设定部47以及暂存部48运行的计算机程序。

其中，控制部49控制脉冲信号衰减部44和脉冲信号延迟部45同步运行。

在本实施例中，控制部49在控制信号接收部41对包含飞机脉冲信号和干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收的同时，控制对数检波器43、脉冲信号衰减部44、脉冲信号延迟部45对已接收到的部分脉冲信号进行相应的处理(包括：检波、衰减、延迟)，即、将混合脉冲信号看作由无数个信号点构成，对每个信号点一边接收一边处理，处理得到衰减电平值组成的衰减视频脉冲信号曲线以及延迟视频脉冲信号曲线。这样，当信号接收部41在某个时刻接收到的信号点经过处理时，衰减视频脉冲信号曲线与延迟视频脉冲信号曲线之间产生了交点，控制部49控制交点判定部46对该交点进行相应的判定处理，当该交点符合条件时，控制前沿到达时刻设定部47设定前沿到达时刻。否则，控制部49控制对数检波器43、脉冲信号衰减部44和脉冲信号延迟部45一直进行处理直到判定出前沿到达时刻。

图6是本发明的实施例中脉冲前沿判定装置的动作流程图。

如图6所示，本实施例的脉冲前沿判定装置40的动作流程具体包括以下步骤：

步骤S1，信号接收部41对含有飞机脉冲信号以及干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收，然后进入步骤S2。

步骤S2，对数检波器43对当前接收到的混合脉冲信号进行检波，从而得到视频脉冲信号，然后进入步骤S3。

步骤S3，脉冲信号衰减部44基于预定计算规则对检波得到的视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号，然后进入步骤S4。

步骤S4，脉冲信号延迟部45基于预定延迟时间对检波得到的视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号，然后进入步骤S5。

步骤S5，交点判定部46判定当前的衰减视频脉冲信号和延迟视频脉冲信号是否存在交点，当判断为是时，进入步骤S6；当判断为否时，进入步骤S1。

步骤S6，交点判定部46进一步判定当前的交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，当判断为是时，进入步骤S7；当判断为否时，进入步骤S1。

步骤S7，交点判定部46将当前的交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点，然后进入步骤S8。

步骤S8，前沿到达时刻设定部47把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部41的前沿到达时刻，然后进入结束状态。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统，因为信号接收部能够对混合脉冲信号进行接收，门限电平基准值存储部存储有门限电平基准值，对数检波器通过对混合脉冲信号进行检波来得到视频脉冲信号，脉冲信号延迟部基于预定延迟时间对视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号，脉冲信号衰减部基于预定计算规则对视频脉冲信号进行衰减，从而得到衰减视频脉冲信号，交点判定部判定延迟视频脉冲信号和衰减视频脉冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于门限电平基准值，当判断为是时，将交点判定为与飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点，前沿到达时刻设定部把与前沿对应点相对应的时刻设定为飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部的前沿到达时刻，所以，本实施例的脉冲前沿判定装置、机场无源监视系统及空中交通管理系统能够准确地测量飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿到达信号接收部的前沿到达时刻。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

在本实施例中，当前时间之前的预定时间内的检测用脉冲信号的幅度平均值是通过抽取二十个采样点来计算幅度平均值的，即预定时间为100ns，而在本发明中，抽取的采样点的个数还可以为二十个至五十个中任意数值，即预定时间为100ns至250ns。

Claims (8)

1.一种脉冲前沿判定装置，用于对飞机发出的飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定，其特征在于，包括：

信号接收部，对含有所述飞机脉冲信号以及在所述飞机脉冲信号传输过程中产生的干扰脉冲信号的混合脉冲信号进行接收；

门限电平基准值存储部，存储有用于对所述飞机脉冲信号和所述干扰脉冲信号进行辨别的门限电平基准值；

对数检波器，对所述混合脉冲信号进行检波并得到视频脉冲信号；

脉冲信号衰减部，基于预定计算规则对所述视频脉冲信号进衰减，从而得到衰减视频脉冲信号；

脉冲信号延迟部，基于预定延迟时间对所述视频脉冲信号进行延迟，从而得到延迟视频脉冲信号；

交点判定部，判定所述衰减视频脉冲信号和所述延迟视频脉冲信号是否存在交点，当判定为是时，进一步判定该交点所对应的电平值是否大于所述门限电平基准值，当判定为是时，将所述交点判定为与所述飞机脉冲信号的脉冲前沿相对应的前沿对应点；以及

前沿到达时刻设定部，把与所述前沿对应点相对应的时刻设定为所述飞机脉冲信号的脉冲前沿到达所述信号接收部的前沿到达时刻。

2.根据权利要求1所述的脉冲前沿判定装置，其特征在于：

其中，所述预定计算规则为：首先，计算出当前时刻之前预定时间内的所述视频脉冲信号的电平值的平均值；然后，用计算出的所述平均值减去固定衰减量得到当前时刻的衰减电平值，

基于与各时刻相对应的所述衰减电平值得到所述衰减视频脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的脉冲前沿判定装置，其特征在于：

其中，所述固定衰减量的范围为3dB～6dB。

4.根据权利要求2所述的脉冲前沿判定装置，其特征在于：

其中，所述预定延迟时间为0.5倍的所述预定时间。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的脉冲前沿判定装置，其特征在于：

其中，所述预定时间为100ns～250ns。

6.根据权利要求1所述的脉冲前沿判定装置，其特征在于：

其中，所述脉冲信号衰减部与所述脉冲信号延迟部同步运行。

7.一种机场无源监视系统，用于对使用机场的飞机进行定位监视，其特征在于，包括：

至少四个信号接收处理站，每个所述信号接收处理站包含用于对所述飞机脉冲信号的脉冲前沿进行判定从而得到前沿到达时刻的脉冲前沿判定装置；以及

监视中心站，与每个所述信号接收处理站相通讯连接，并根据每个所述信号接收处理站的所述前沿达到时刻进行监视处理，

其中，所述脉冲前沿判定装置为权利要求1至6中任意一项所述的脉冲前沿判定装置。

8.一种空中交通管理系统，用于对使用机场的飞机进行管理，其特征在于，包括：

机场无源监视系统，用于对所述飞机进行定位监视；以及

飞机调度系统，根据所述机场无源监视系统提供的定位监视数据对所述飞机进行调度，

其中，所述机场无源监视系统为权利要求7所述的机场无源监视系统。