CN106230495B - 一种具备tis-b功能的ads-b地面站 - Google Patents

一种具备tis-b功能的ads-b地面站 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备TIS‑B功能的ADS‑B地面站，包含地面站主机、射频收发组件、全向天线和GNSS天线，所述射频收发组件连接全向天线和地面站主机，从地面站主机接收1090MHz的TIS‑B信号通过全向天线向外界发射；所述ADS‑B地面站主机用于接收来自管制中心融合的空情信息进行处理生成1090MHz的TIS‑B信号发送给射频收发组件。本发明实现了加装ADS‑B机载设备飞机对未加装ADS‑B设备飞机的飞行动态实时感知。

Description

一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站
技术领域
本专利涉及一种保障飞机飞行安全的空管监视技术，属于航空技术领域，特别涉及一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站。
背景技术
ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)技术是一种基于全球卫星定位系统和空地、空空数据链通信的航空器运行监视技术。TIS-B(Traffic InformationService-Broadcast)是一种地面对空中飞行器的数据通信技术，用来向飞行器提供附近区域其他飞行器的飞行信息。在ADS-B技术应用和推广过程中，欧美等发达国家将TIS-B作为传统监视技术与ADS-B技术衔接和核心，目前在国内还未形成TIS-B技术相关的规范和技术标准。
因此，目前ADS-B技术只支持对装载ADS-B设备航空器的监视。具备TIS-B功能的ADS-B地面站不仅可以接收处理机载ADS-B设备广播的监视信息，还可以将向机载ADS-B设备提供交通信息服务广播(TIS-B)，即可以将一次雷达、二次雷达等其他多个监视信息源的监视信息通过ADS-B(1090MHz)链路进行广播，实现机载ADS-B设备对周围无法装载ADS-B设备航空器的监视。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站通过对现有ADS-B(1090MHz)地面站改进，可以完成对ADS-B信息的接收处理信息也可实现向机载ADS-B设备提供周围不同数据链模式航空器的监视信息，充分发挥已有监视系统的优点，弥补ADS-B技术的不足。
本发明的发明目的通过以下技术方案实现：
一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，包含地面站主机、射频收发组件和全向天线；
所述射频收发组件连接全向天线和地面站主机，用于从地面站主机接收1090MHz的TIS-B信号通过全向天线向外界发射；
所述ADS-B地面站主机用于接收管制中心融合的空情信息，将空情信息生成1090MHz的TIS-B信号发送给射频收发组件。
依据上述特征，所述一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站还包含GNSS天线；
所述射频收发组件还用于从全向天线接收1090MHz的ADS-B信号转发给地面站主机；
所述ADS-B地面站主机还与GNSS天线连接，从GNSS天线接收授时定位信号对ADS-B信号进行解码，获得飞机位置信息并发送给管制中心。
优选地，射频收发组件通过射频线缆连接全向天线和地面站主机。
优选地，所述地面站主机包含电源模块、中央处理模块、收发处理模块和母板；
所述收发处理模块用于对射频收发组件输出的1090MHz的ADS-B信号进行滤波、变频、放大，向中央处理模块输出ADS-B信号的解调信号；对中央处理模块输出的1090MHz的TIS-B信号的原始报文进行调制并输出给射频收发组件；接收来自中央处理模块的幅值控制信号调整天线馈线损耗对输入信号的影响；
所述中央处理模块用于接收管制中心融合的空情信息，对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，形成1090MHz的TIS-B的原始报文，将该TIS-B的原始报文发送到收发处理模块；还用于接收收发处理模块的ADS-B信号的解调信号，对ADS-B信号的解调信号进行采样、解码、译码，形成ADS-B信号的原始报文，然后对ADS-B信号的原始报文进行解析获得飞机位置信息并发送给管制中心；
所述电源模块为地面站主机提供电源；
所述母板用于完成中央处理模块和收发处理模块之间的信号连接。
优选地，所述收发处理模块包含依次连接的第一级滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、第二级滤波电路、中频放大电路、第三级滤波电路、检波整形电路和比较电路。
优选地，所述中央处理模块是包含PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、A/D采集电路、外部通信接口电路和外部授时电路；
A/D采集电路采集收发处理模块的ADS-B信号的解调信号，将ADS-B信号的解调信号经过隔离电路发送到FPGA逻辑控制电路；
FPGA逻辑控制电路对接收的ADS-B信号的解调信号进行解码和纠错处理，获得ADS-B信号的原始报文并发送到PowerPc主处理器电路；FPGA逻辑控制电路对从PowerPc主处理器电路接收的TIS-B信号的原始报文生成幅值控制信号经过隔离电路发送到收发处理模块；
外部授时电路用于通过GNSS天线的采集提供ADS-B原始报文解析所需的本地解码的参考位置和信息输出时间基准；
所述PowerPc主处理器电路通过外部通信接口电路接收管制中心融合的空情信息，根据DO-260B对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，获得TIS-B原始报文并发送到FPGA逻辑控制电路。
优选地，所述中央处理模块还用于实现SNMP、UDP、TCP/IP控制协议，管理登陆用户权限，为维护管理系统与地面站主机交互提供接口，通过SNMP通信协议实现对地面站远程控制、维护功能。
优选地，所述射频收发组件包含低噪放电路、功率放大电路、收发开关电路和电源及控制信号处理电路，所述收发开关电路根据电源及控制信号处理电路发来的收发开关信号，选择收发模式，当处于接收模式时，来自全向天线的感应的1090MHz的ADS-B信号依次经过收发开关及低噪放电路送往地面站主机；当处于发射模式时，来自地面站主机的1090MHz的TIS-B信号依次经过功率放大电路及收发开关送往全向天线。
有益效果：
本发明以GNSS的定位信息为数据源，通过地空通信，接收空中飞机广播的ADS-B信息，具有监视精度高、数据更新率快以及监视容量大等特点；可以实现对不同数据链模式下飞机之间的实时态势感知；实现对未加装ADS-B机载设备飞机的飞行动态的实时感知。
附图说明
图1具备TIS-B功能的ADS-B地面站交联图。
图2具备TIS-B功能的ADS-B地面站主机功能框图。
图3具备TIS-B功能的ADS-B地面站主机中央处理模块功能框图。
图4具备TIS-B功能的ADS-B地面站主机收发处理模块功能框图。
图5具备TIS-B功能的ADS-B地面站射频收发组件功能框图。
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，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
本发明是一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其交联关系图如图1所示。ADS-B地面站由地面站主机、射频收发组件、全向天线、GNSS天线组成。射频收发组件通过射频线缆连接全向天线和地面站主机，GNSS天线直接连接地面站主机。ADS-B地面站通过地面站主机的以太网将通过ADS-B信号解码获得的飞机位置信息传输到管制中心，向管制员显示飞机位置信息，同时通过以太网获取其他监视手段获取的空情信息。
ADS-B地面站主机是ADS-B地面站的核心部件，其功能框图如图2所示，主要完成ADS-B信息接收、解调、解算、存储、传输功能，将空情信息形成1090MHz的TIS-B信号发送给射频收发组件。
地面站主机由收发处理模块、中央处理模块、母板和电源模块组成。
收发处理模块用于对射频收发组件输出的1090MHz的ADS-B信号进行滤波、变频、放大，向中央处理模块输出ADS-B信号的解调信号；对中央处理模块输出的1090MHz的TIS-B信号的原始报文进行调制并输出给射频收发组件；接收来自中央处理模块的幅值控制信号调整天线馈线损耗对输入信号的影响；
所述中央处理模块用于先对ADS-B信号的解调信号进行采样、解码、译码，形成ADS-B信号的原始报文，再通过对GNSS天线的采集获取供ADS-B原始报文解析所需的本地解码的参考位置和信息输出时间基准；最后对ADS-B原始报文解析，提取飞机位置信息，形成飞行器位置、速度、高度、航班号等数据元素；所述中央处理模块还用于接收管制中心融合的空情信息，对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，形成1090MHz的TIS-B的原始报文，将该TIS-B的原始报文发送到收发处理模块；
所述电源模块为地面站主机提供电源；
所述母板用于完成中央处理模块和收发处理模块之间的信号连接。
中央处理模块如图4所示由PowerPC主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、A/D采集电路、外部通信接口电路、存储器、状态管理电路和外部授时电路等组成，FPGA逻辑控制电路与PowerPc通过本地总线连接，PowerPc主处理器运行Vxworks操作系统。中央处理模块通过母板、射频电缆与收发处理模块互联，A/D采集电路采集收发处理模块的ADS-B信号的解调信号，将ADS-B信号的解调信号经过隔离电路发送到FPGA逻辑控制电路；FPGA逻辑控制电路对接收的ADS-B信号的解调信号进行解码和纠错处理，获得ADS-B信号的原始报文并发送到PowerPc主处理器电路；PowerPc主处理器对ADS-B信号的原始报文进行解析，获得飞机位置信息输出给管制中心，供管理中心融合空情信息使用；PowerPc主处理器电路还通过外部通信接口电路接收管制中心融合的空情信息(空情信息来源为一次雷达、二次雷达、多点定位、ADS-B地面站等监视设备)，根据DO-260B对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，形成TIS-B原始报文并发送到FPGA逻辑控制电路；FPGA逻辑控制电路对从PowerPc主处理器电路接收的TIS-B原始报文生成PPM信号经过隔离电路发送到收发处理模块。外部授时电路接收GNSS天线的授时定位信号，完成信号解析处理并发送至FPGA逻辑控制电路。
中央处理模块还用于实现SNMP、UDP、TCP/IP控制协议，管理登陆用户权限，为维护管理系统与地面站主机交互提供接口，通过SNMP通信协议实现对地面站远程控制、维护功能。
收发处理模块功能框图如图4所示，收发处理模块主要由第一级滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、第二级滤波电路、中频放大电路、第三级滤波电路、检波整形电路和比较电路等组成。收发处理模块接收来自射频收发组件的下行1090MHz信号，经滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、滤波电路、中频放大电路、再滤波电路、检波整形电路和比较电路后，将解调信号送往中央处理模块；接收来自中央处理模块的幅值控制信号调整天线馈线损耗对输入信号的影响；接收来自中央处理模块脉冲信号控制开关产生TIS-B的PPM信号，生成上行1090MHz信号，送往射频收发组件；收发处理模块通过隔置电路经由射频电缆对射频收发组件进行馈电。
射频收发组件功能框图如图5所示，射频收发组件主要由低噪放电路、功率放大电路、收发开关电路和电源及控制信号处理电路等组成。该组件根据电源及控制信号处理电路发来的收发开关信号，选择收发模式。当处于接收模式时，接收来自地面站全向天线的1090MHz信号，经收发开关及低噪放电路将信号送往地面站主机；当该模块处于发射模式时，接收主机发来的1090MHz上行信号，经功率放大电路(PA)及收发开关，送往全向天线，完成上行发射功能。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，包含地面站主机、射频收发组件和全向天线，其特征在于：
所述射频收发组件连接全向天线和地面站主机，包含低噪放电路、功率放大电路、收发开关电路和电源及控制信号处理电路，所述收发开关电路根据电源及控制信号处理电路发来的收发开关信号，选择收发模式，当处于接收模式时，来自全向天线的感应的1090MHz的ADS-B信号依次经过收发开关及低噪放电路送往地面站主机；当处于发射模式时，来自地面站主机的1090MHz的TIS-B信号依次经过功率放大电路及收发开关送往全向天线；
所述ADS-B地面站主机用于接收管制中心融合的空情信息，将空情信息生成1090MHz的TIS-B信号发送给射频收发组件，包含电源模块、收发处理模块和母板；
所述收发处理模块包含依次连接的第一级滤波电路、开关电路、数控衰减电路、低噪声放大电路、下变频电路、第二级滤波电路、中频放大电路、第三级滤波电路、检波整形电路和比较电路，用于对射频收发组件输出的1090MHz的ADS-B信号进行滤波、变频、放大，向中央处理模块输出ADS-B信号的解调信号；对中央处理模块输出的1090MHz的TIS-B信号的原始报文进行调制并输出给射频收发组件；接收来自中央处理模块的幅值控制信号调整天线馈线损耗对输入信号的影响；
所述中央处理模块用于接收管制中心融合的空情信息，对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，形成1090MHz的TIS-B的原始报文，将该TIS-B的原始报文发送到收发处理模块；还用于接收收发处理模块的ADS-B信号的解调信号，对ADS-B信号的解调信号进行采样、解码、译码，形成ADS-B信号的原始报文，然后对ADS-B信号的原始报文进行解析获得飞机位置信息并发送给管制中心；
所述母板用于完成中央处理模块和收发处理模块之间的信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其特征在于还包含GNSS天线；
所述射频收发组件还用于从全向天线接收1090MHz的ADS-B信号转发给地面站主机；
所述ADS-B地面站主机还与GNSS天线连接，从GNSS天线接收授时定位信号完成ADS-B信号的解码，获得飞机位置信息并发送给管制中心。
3.根据权利要求1或2所述一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其特征在于射频收发组件通过射频线缆连接全向天线和地面站主机。
4.根据权利要求1或2所述一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其特征在于所述地面站主机还包含电源模块，
所述电源模块为地面站主机提供电源。
5.根据权利要求1或2所述一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其特征在于所述中央处理模块是包含PowerPc 主处理器电路、FPGA逻辑控制电路、A/D采集电路、外部通信接口电路和外部授时电路；
A/D采集电路采集收发处理模块的ADS-B信号的解调信号，将ADS-B信号的解调信号经过隔离电路发送到FPGA逻辑控制电路；
FPGA逻辑控制电路对接收的ADS-B信号的解调信号进行解码和纠错处理，获得ADS-B信号的原始报文并发送到PowerPc主处理器电路；FPGA逻辑控制电路对从PowerPc主处理器电路接收的TIS-B信号的原始报文生成幅值控制信号经过隔离电路发送到收发处理模块；
外部授时电路用于通过GNSS天线的采集提供ADS-B原始报文解析所需的本地解码的参考位置和信息输出时间基准；
所述PowerPc主处理器电路通过外部通信接口电路接收管制中心融合的空情信息，根据DO-260B对空情信息进行坐标变换、数据解析、数据编码，获得TIS-B原始报文并发送到FPGA逻辑控制电路。
6.根据权利要求1或2所述一种具备TIS-B功能的ADS-B地面站，其特征在于所述中央处理模块还用于实现SNMP、UDP、TCP/IP控制协议，管理登陆用户权限，为维护管理系统与地面站主机交互提供接口，通过SNMP通信协议实现对地面站远程控制、维护功能。
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