CN107682024B - 一种用于多点定位系统的大动态范围接收机及其接收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对空中飞行器的多点定位系统技术领域，尤其是一种用于多点定位系统的大动态范围接收机及其接收方法，接收机包括天线、功分器、低增益变频通道、高增益变频通道、AD采集和检测与参数提取模块。本发明使用两个接收通道，两个AD同时工作，能够同时适应到达的强信号和弱信号，有效扩大了系统的瞬时动态范围，很好的解决了多点定位系统在民航机场场面监视使用场景中，近距离强信号压制远距离弱信号的问题，使得远近目标都能够被很好的接收和处理，显著提高了系统的信号环境适应能力，提高了多点定位系统对场面目标的跟踪监视能力。

Description

一种用于多点定位系统的大动态范围接收机及其接收方法

技术领域

本发明涉及对空中飞行器的多点定位系统技术领域，尤其是一种用于多点定位系统的大动态范围接收机及其接收方法。

背景技术

随着航空运输市场的迅猛发展和航空运输量的快速增长，对空域和机场的使用提出了更高的要求，高密度交通流量对空域的需求与可供使用空域资源不足的矛盾日益突出。多点定位系统(Multilateration，缩写为MLAT)可以提供高精度、高覆盖、高数据率的监视服务，满足高密度交通流量下空中交通服务对机场场面监视的需求，确保航空运输安全，提高空域容量和航空器运行效率。MLAT系统利用多个接收站，接收民航飞行器发射的1090MHz应答信号，通过测量信号到达各接收站的时间，并根据多个接收站之间到达时间差(TDOA)完成对民航飞行器的定位。

在机场场面监视范围内，存在着大量的民航飞行器、运输车辆等发射应答信号的目标，这些目标与多点定位系统各个接收站的远近距离变化非常大，按照场面监视系统的使用要求，最远目标距离接收站有10km以上，最近目标距离接收站只有若干米，由于目标距离远近差异非常大，造成接收到的信号强弱动态范围变化非常大，仅仅由于距离引起的动态范围变化就达到60dB以上，再考虑到目标上发射器本身发射信号功率的变化，接收机收到的信号动态变化范围会达到70dB以上，而且多个强弱不一的信号很可能会同时到达接收机，因此要求接收机要有很大的瞬时动态范围，保证强弱信号都能够很好的接收下来。现有多点定位系统为了保证接收机的动态范围能够满足要求，通常采用自动增益控制(AGC)技术，自动增益控制会实时判断接收信号的强度，当接收信号强度变大到一定程度时，就会自动降低通道放大增益，防止接收过程中通道饱和导致信号失真。当接收信号强度降低时，会自动提高通道放大增益，确保微弱信号能够被正常接收。自动增益控制为了防止通道增益变化过快而导致通道不稳定，一般会在增益调节环节加入延迟保护，这就导致了强信号前后附近的弱信号会受到较大的影响，难以被接收到，较多的出现近距离强目标压远距离弱目标的现象。

因此，对于上述问题有必要提出一种用于多点定位系统的大动态范围接收机。

发明内容

本发明目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种用于多点定位系统的大动态范围接收机及其接收方法，采用双通道设计，一个通道增益较低，主要用于近距离强信号的接收，另一个通道增益较高，主要用于对远距离弱信号的接收，两个通道同时工作，保证了对强弱信号都能够很好的接收到，大幅改善了采用自动增益控制的接收机中强信号压制弱信号接收的问题，可以很好的提升多点定位系统对场面上各类目标的连续跟踪监视能力。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现：

一种用于多点定位系统的大动态范围接收机，包括接收机和天线，所述接收机包括功分器、低增益变频通道、高增益变频通道、AD采集和检测与参数提取，所述天线接收到信号后，经过功分器分为两路，所述功分器一路连接低增益变频通道，功分器另一路连接高增益变频通道，所述低增益变频通道通过一路AD采集连接检测与参数提取模块，所述高增益变频通道通过另一路AD采集连接检测与参数提取模块。

作为优选的实施方式，所述低增益变频通道包括混频器、带通滤波器和中频放大器，所述混频器通过带通滤波器连接中频放大器，所述混频器连接所述功分器。

作为优选的实施方式，所述高增益变频通道包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器和限幅器，所述低噪声放大器依次通过混频器、带通滤波器和中频放大器连接限幅器，所述低噪声放大器连接所述功分器。

作为优选的实施方式，所述限幅器在高增益变频通道输出部分，保证接收通道输出功率是在AD输入功率范围内。

本发明所提供的一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，还包括以下步骤：

(1)低增益变频通道和高增益变频通道同时工作时，在低增益变频通道设置一个信号功率门限；

(2)当信号超过这个信号功率门限时，指示高增益变频通道在此期间停止对该信号进行检测和参数测量，低增益变频通道和高增益变频通道的信号送入AD采集；

(3)低增益变频通道和高增益变频通道的信号经过AD采集量化后，送入检测与参数提取；

(4)完成对信号的检测，对到达时间参数的提取。

作为优选的实施方式，所述步骤(1)信号功率门限是放在对低增益变频通道AD采集之后，通过对数字化后的中频信号功率进行判定后实现。

作为优选的实施方式，所述步骤(3)中所述低增益变频通道信号被AD量化后，成为数字信号，所述数字信号经过幅度检波后形成能够代表信号功率大小的包络信号，通过对所述包络信号进行过信号功率门限比较判断，生成通道选择信号。

作为优选的实施方式，所述包络信号大于所述信号功率门限时，所述通道选择信号为低电平，表示选择所述低增益变频通道的输出进行后续处理；所述包络信号小于信号功率门限时，所述通道选择信号为高电平，表示选择所述高增益变频通道的输出进行后续处理。

本发明的有益效果是：本发明使用两个接收通道，两个AD同时工作，能够同时适应到达的强信号和弱信号，有效扩大了系统的瞬时动态范围，很好的解决了多点定位系统在民航机场场面监视使用场景中，近距离强信号压制远距离弱信号的问题，使得远近目标都能够被很好的接收和处理，显著提高了系统的信号环境适应能力，提高了多点定位系统对场面目标的跟踪监视能力。

附图说明

图1是本发明的大动态范围接收机组成框图；

图2是本发明的通道选择信号产生示意图；

图3本发明的大动态范围接收机的实施实例示意图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步详细说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，一种用于多点定位系统的大动态范围接收机，接收站天线接收到信号后，经过功分器分为两路，一路送入低增益变频通道，另一路送入高增益变频通道，低增益变频通道的放大增益较低，可以保证近距离强信号能够被不失真的接收下来，但是通道的噪声系数较高，因此对于远处的弱小信号就无法检测出来；高增益变频通道放大增益较大，通道噪声系数较小，可以较好的接收到远处的弱信号，但是由于通道增益较大，出现强信号时通道会饱和，导致信号出现严重失真。当两个通道同时工作时，可以在低增益变频通道设置一个信号功率门限，当信号超过这个信号功率门限时，指示高增益变频通道在此期间停止对该信号进行检测和参数测量。

其中，低增益变频通道包括混频器、带通滤波器和中频放大器，混频器通过带通滤波器连接中频放大器，混频器连接功分器，高增益变频通道包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器和限幅器，低噪声放大器依次通过混频器、带通滤波器和中频放大器连接限幅器，低噪声放大器连接功分器。

低增益变频通道和高增益变频通道的信号送入AD采集，经过AD采集量化后，送入检测与参数提取模块，完成对信号的检测，对到达时间等参数的提取。信号功率门限检测是放在对低增益变频通道AD采集之后，通过对数字化后的中频信号功率进行判定后实现的，为了保证高增益变频通道中，强信号输出功率过大对后端AD产生不好的影响，在高增益变频通道输出部分，会加入限幅器保证接收通道输出功率是在AD输入功率范围内。

通道增益判断的具体实现方式如图2所示，首先低增益变频通道信号被AD量化后，成为数字信号，该信号经过幅度检波后形成能够代表信号功率大小的包络信号，通过对这个包络信号进行过门限比较判断，就可以生成通道选择信号，图中当包络信号大于信号功率门限时，通道选择信号为低电平，表示选择低增益变频通道的输出进行后续处理，当包络信号小于信号功率门限时，通道选择信号为高电平，表示选择高增益变频通道的输出进行后续处理。

本发明使用两个接收通道，两个AD同时工作，能够同时适应到达的强信号和弱信号，有效扩大了系统的瞬时动态范围，很好的解决了多点定位系统在民航机场场面监视使用场景中，近距离强信号压制远距离弱信号的问题，使得远近目标都能够被很好的接收和处理，显著提高了系统的信号环境适应能力，提高了多点定位系统对场面目标的跟踪监视能力。

实施案例一：

如图3所示，本发明的接收机采用超外差体制，接收1090MHz的应答信号，接收信号的中心频率为1090MHz，带宽为10MHz。在天线输出端后首先接一个低噪声放大器，保证整个接收机有较低的噪声系数和较好的灵敏度，为了保证整个接收机的动态范围，这个低噪声放大器增益会比较小。低噪声放大器对信号放大后，用一个功分器将信号一分为二，分别送给高增益放大支路和低增益放大支路。

高增益放大支路在功分之后紧接着进行了再次低噪声放大，之后进行一次混频，将信号直接变频到固定中频，选择中频的中心频率为70MHz，带宽为10MHz。混频后的信号经过中心频率为70MHz，带宽为10MHz的中频滤波器滤波后，再经过中频放大和限幅器限幅，送入AD对模拟中频信号进行数字化，数字化后的信号送入FPGA，由FPGA完成对信号的检测和参数的测量。

低增益支路是保证对强信号有较好的接收能力，低增益支路与高增益支路相比，去掉了混频器之前的再次低噪声放大，同时低增益支路的中频放大增益也会相应的小一些，以保证对强信号有较好的接收能力。另外，由于通道增益较低，输出功率较小，因此在低增益支路中去掉了限幅器，中频放大输出后，直接送给AD采集。

两路AD对信号采集后，送入后端的FPGA，FPGA按照前述逻辑形成通道选择信号，根据通道选择信号，在两个通道输出中选取合适的一路完成后续信号检测和参数测量工作。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，其特征在于：所述接收机包括天线、功分器、低增益变频通道、高增益变频通道、AD采集和检测与参数提取，所述天线接收到信号后，经过功分器分为两路，所述功分器一路连接低增益变频通道，功分器另一路连接高增益变频通道，所述低增益变频通道通过一路AD采集连接检测与参数提取模块，所述高增益变频通道通过另一路AD采集连接检测与参数提取模块；所述低增益变频通道包括混频器、带通滤波器和中频放大器，所述混频器通过带通滤波器连接中频放大器，所述混频器连接所述功分器；所述高增益变频通道包括低噪声放大器、混频器、带通滤波器、中频放大器和限幅器，所述低噪声放大器依次通过混频器、带通滤波器和中频放大器连接限幅器，所述低噪声放大器连接所述功分器；

所述接收方法，包括以下步骤：

(1)低增益变频通道和高增益变频通道同时工作时，在低增益变频通道设置一个信号功率门限；

(2)当信号超过这个信号功率门限时，指示高增益变频通道在此期间停止对该信号进行检测和参数测量，低增益变频通道和高增益变频通道的信号送入AD采集；

(3)低增益变频通道和高增益变频通道的信号经过AD采集量化后，送入检测与参数提取；

(4)完成对信号的检测，对到达时间参数的提取。

2.如权利要求1所述的一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，其特征在于：所述限幅器在高增益变频通道输出部分，保证接收通道输出功率是在AD输入功率范围内。

3.如权利要求1所述的一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，其特征在于：所述步骤(1)信号功率门限是放在对低增益变频通道AD采集之后，通过对数字化后的中频信号功率进行判定后实现。

4.如权利要求1所述的一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述低增益变频通道信号被AD量化后，成为数字信号，所述数字信号经过幅度检波后形成能够代表信号功率大小的包络信号，通过对所述包络信号进行过信号功率门限比较判断，生成通道选择信号。

5.如权利要求4所述的一种用于多点定位系统的大动态范围接收机的接收方法，其特征在于：所述包络信号大于所述信号功率门限时，所述通道选择信号为低电平，表示选择所述低增益变频通道的输出进行后续处理；所述包络信号小于信号功率门限时，所述通道选择信号为高电平，表示选择所述高增益变频通道的输出进行后续处理。