CN108512587B - 一种dme地面站信号覆盖校验系统和校验方法 - Google Patents

一种dme地面站信号覆盖校验系统和校验方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种DME地面站信号覆盖校验系统和校验方法，实现单个或多个DME地面站信号覆盖校验的系统和方法。系统部分包括校验飞机、机载多通道DME询问机、VCO和AGC电压监测单元、DME地面站。将内置了VCO和AGC电压监测单元的机载多通道DME询问机装载在校验飞机上，通过校验飞机在指定空域飞行，实时监测单个或多个DME地面站的信号覆盖情况，并给出校验结果。本发明在实现对DME地面站的校验的情况下，进一步降低了飞行校验的成本，提升效率。

Description

一种DME地面站信号覆盖校验系统和校验方法
技术领域
本发明属于飞行校验技术领域，具体涉及一种校验单个和多个DME地面站信号覆盖的校验系统和校验方法。
背景技术
自民航业产生以来，飞行安全就是民航工作的主题。而为了保障飞行安全，飞行校验也应运而生。具体来说，飞行校验是指为保证飞行安全，使用装有专门校验设备的飞行校验飞机，按照飞行校验的有关规范，检查和评估各种导航、雷达、通信等设备的空间信号的质量及其容限，以及机场的进、离港飞行程序，并依据检查和评估的结果出具飞行校验报告的过程。
在众多被校的导航通信设备中，DME(测距仪)是一种通过无线电测量飞行器到地面站距离的装置，如图1所示。由于其成本低，性能可靠，被普遍应用于民航飞机的导航中。根据其测距原理，机载DME需要与DME地面站配合使用，所以DME地面站的稳定工作是实现飞机准确测距与定位的前提。因此需要对DME地面站进行一系列的校验以监测和评估DME地面站的各项指标。
机载DME询问机的具体工作原理，如图2所示，由DME测距的工作原理可知，不管是机载DME询问机还是DME地面站，都需要同时具有发射和接收的功能。DME设备工作在L波段，有包括252个不同频点的信道供给DME设备使用，这就需要机载DME询问机具有灵活变换工作频率的能力。而这一功能通过VCO(压控振荡器)实现。具体来说，通过调整VCO的电压，改变VCO的输出频率，使得机载DME询问机工作在不同的DME信道，如图3所示。
AGC(自动增益控制)用于在机载DME中处理来自DME地面站发来的应答信号电路中。由于飞机在空中和DME地面站距离不断变化，DME地面站的发射功率也并非恒定，接收到的DME地面站的信号强度也会发生变化(典型值在-45dBm到-95dBm)。为了正确检测到应答信号，需要实时的根据接收到的应答信号强度而改变增益(机载DME的接收机电路中对应答信号放大的倍数)，从而用于在接收信号幅度的整个范围内保持几乎恒定的检测视频(信号)幅度。AGC电压通过对来自接收机的检测到的视频(信号)脉冲的峰值幅度进行采样而得到。因此，机载DME询问机电路中AGC的值和接收到的DME地面站的信号强度存在者一一对应的关系(具体的对应关系需要通过标定得到)。因此可以通过监测机载DME询问机的AGC值来反应DME地面站在飞机位置处的信号强度。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种DME地面站信号覆盖校验系统和校验方法，实现单个或多个DME地面站信号覆盖校验的系统和方法。旨在利用校验飞机通过机载多通道DME询问机与多个DME地面站同时进行通信，从而实现一次校验飞行对多个DME地面站的信号覆盖情况进行监测与评估，在实现对DME地面站的校验的情况下，进一步降低了飞行校验的成本，提升效率。
本发明DME地面站信号覆盖校验系统，包括校验飞机、机载DME询问机、VCO和AGC电压监测单元与DME地面站。
所述机载DME询问机装载于校验飞机上，VCO和AGC电压监测单元嵌入在机载DME询问机中。机载DME询问机为单通道或多通道DME询问机，分别对应实现单个或多个DME地面站信号覆盖校验。
所述VCO和AGC电压监测单元用于实时检测DME询问机的VCO与AGC；VCO和AGC电压监测单元内集成微控制器，微控制器根据VCO电压数据得到当前DME信号工作频路确定对应的DME地面站位置信息；同时将AGC电压数据通过数据总线发送至上位机。
上位机根据AGC电压值确定校验飞机飞行路径上与DME地面站不同距离时的信号强度，结合当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，得出飞行校验的结果。
针对上述DME地面站信号覆盖校验系统的校验方法，采用机载单通道DME询问机，通过下述步骤实现：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载单通道DME询问机，用来与DME地面站通信。
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压；
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断DME信道工作频率，根据DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站。
步骤4：校验飞机以规定路线飞行。
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度。
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
同时本发明还针对上述DME地面站信号覆盖校验系统，提出采用多通道机载DME询问机，并采用分时复用方式，实现多个DME地面站的同时校验方法，具体通过下述步骤实现：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载多通道DME询问机，用来与多个DME地面站通信。
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压。
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断T1、T2、……、Tn时间段对应的1～n个DME信道工作频率，根据n个DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站。
步骤4：校验飞机以规定路线飞行。
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的T1、T2、……、Tn时间段的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度。
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与n个DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
本发明的优点在于：
1、本发明一种DME地面站信号覆盖校验系统和校验方法，实现对DME地面站信号覆盖的飞行校验任务，并在使用多通道机载DME的情况下，同时校验多个DME地面站，提高效率，节约成本。
2、一种DME地面站信号覆盖校验系统中，VCO与AGC电压监测单元直接嵌入机载DME设备中，不额外增加设备
附图说明
图1为DME工作原理示意图；
图2为机载DME询问机原理框图；
图3为机载DME询问机VCO电压与工作频率之间的关系；
图4为本发明VCO和AGC电压监测单元的原理框图；
图5为利用机载多通道DME同时校验多个DME地面站示意图。
具体实施方式
下面结合附图队本发明作进一步详细说明。
本发明DME地面站信号覆盖校验系统，包括校验飞机、机载DME询问机、VCO和AGC电压监测单元与DME地面站。
所述机载DME询问机装载于校验飞机上，VCO和AGC电压监测单元嵌入在机载DME询问机中。机载DME询问机为单通道或多通道DME询问机，分别对应实现单个或多个DME地面站信号覆盖校验。
所述VCO和AGC电压监测单元，包括微控制器、模数转换器与信号调理电路，如图4所示。其中，机载多通道DME询问机的VCO与AGC分别与两个信号调理电路输入端连接；两个信号调理电路的输出端与模数转换器输入端相连；模数转换器的输出端与微控制器相连。由此，两个信号调理电路分别实时接收到VCO电压信号与AGC电压信号进行调理，由模数转换器将模拟信号转换为数字信号后发送给微控制器。
微控制器实时处理获取的VCO电压数据，根据VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断当前DME信道工作频率，并根据DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站位置信息(DME地面站的工作频率固定，且已知)。
校验飞机根据确定的DME地面站位置信息，以规定路线进行飞行，飞行过程中，由微控制器实时获取规定路线上的AGC电压数据。
上述微控制器通过RS232数据接口与上位机通信；由微控制器将当前时刻AGC电压值实时发送到上位机。上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路径上与DME地面站不同距离时的信号强度，结合当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
将实时获取的AGC电压数据以及发送到上位机，微控制器将AGC电压值发送到上位机，并将DME地面站在飞行器飞行路径上当前时刻的信号强度发送到上位机。上位机收到数据后，可得到当前时刻校验飞机与DME地面站间的距离信息。最终上位机根据获得的各个时刻校验飞机与DME基站的距离信息，结合飞机的飞行轨迹，从而评估地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
针对上述DME地面站信号覆盖校验系统的校验方法，包括单个DME地面站信号覆盖校验方法与多个DME地面站信号覆盖校验方法。具体如下：
本发明还提出一种同时校验多个DME地面站信号覆盖的方法，具体包括下述步骤：
单个DME地面站信号覆盖校验方法，具体步骤如下：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载单通道DME询问机，用来与DME地面站通信。
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压；
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断DME信道工作频率，根据DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站。
步骤4：校验飞机以DME地面站为圆心的圆周飞行，或以DME地面站为圆心的径向飞行。
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度；
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
对于多个DME地面站信号覆盖校验方法，采用多通道机载DME询问机，并采用分时复用方式，则VCO电压数据与AGC电压数据经调理和模数转换后分时传送到微控制器中。将多通道机载DME询问机的DME信号分成几个时间断段，每个时间段对应一个通道；则多个DME地面站信号覆盖校验方法，具体步骤如下：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载多通道DME询问机，用来与多个DME地面站通信。
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压。
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断T1、T2、……、Tn时间段对应的1～n个DME信道工作频率，根据n个DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站。
步骤4：在确定n个DME地面站后，通过校验飞机与n个DME地面站实时通讯，根据RNP(所需导航性能)或RNAV(区域导航)确定飞行路径，并按飞行路径飞行。
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的T1、T2、……、Tn时间段的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度。
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与n个DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。

Claims (3)

1.一种DME地面站信号覆盖校验系统，其特征在于：包括校验飞机、机载DME询问机、VCO和AGC电压监测单元与DME地面站；
所述机载DME询问机装载于校验飞机上，VCO和AGC电压监测单元嵌入在机载DME询问机中；机载DME询问机为单通道或多通道DME询问机，分别对应实现单个或多个DME地面站信号覆盖校验；
所述VCO和AGC电压监测单元包括微控制器、模数转换器与信号调理电路，其中，机载DME询问机的VCO与AGC分别与两个信号调理电路输入端连接；两个信号调理电路的输出端与模数转换器输入端相连；模数转换器的输出端与微控制器相连；两个信号调理电路分别实时接收到VCO电压信号与AGC电压信号进行调理，由模数转换器将模拟信号转换为数字信号后发送给微控制器；微控制器实时处理获取的VCO电压数据，根据VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断当前DME信道工作频率，并根据DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站位置信息；
校验飞机根据确定的DME地面站位置信息，以规定路线进行飞行，飞行过程中，由微控制器实时获取规定路线上的AGC电压数据；
上述微控制器通过RS232数据接口与上位机通信；由微控制器将当前时刻AGC电压值实时发送到上位机，并将DME地面站在飞行器飞行路径上当前时刻的信号强度发送到上位机；上位机接收到数据后，获得各个时刻校验飞机与DME基站的距离信息，并根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路径上与DME地面站不同距离时的信号强度，结合飞机的飞行轨迹，得到当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果；
采用机载单通道DME询问机时：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载单通道DME询问机，用来与DME地面站通信；
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压；
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断DME信道工作频率，根据DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站；
步骤4：校验飞机以规定路线飞行；
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度；
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果；
采用多通道机载DME询问机，并采用分时复用方式：
步骤1：校验飞机起飞，同时开启机载多通道DME询问机，用来与多个DME地面站通信；
步骤2：通过VCO与AGC电压监测单元实时监测VCO与AGC电压；
步骤3：微控制器实时处理获取的VCO电压数据，结合微控制器内置的VCO电压-工作频率对应关系表，判断T1、T2、……、Tn时间段对应的1～n个DME信道工作频率，根据n个DME信道工作频率确定与之对应的DME地面站；
步骤4：校验飞机以规定路线飞行；
步骤5：微控制器实时获取校验飞机飞行过程中的T1、T2、……、Tn时间段的AGC电压数据，实时发送到上位机；上位机接收到数据后，根据事先标定的AGC电压-信号强度对应关系表，确定校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度；
步骤6：由上位机根据校验飞机飞行路线上与1～n个DME地面站不同距离时，DME地面站的信号强度，结合当前时刻校验飞机与n个DME地面站在一定区域内的信号覆盖情况，最终得出飞行校验的结果。
2.如权利要求1所述一种DME地面站信号覆盖校验系统，其特征在于：采用机载单通道DME询问机时，步骤4中飞行器飞行路线为：以DME地面站为圆心的圆周飞行，或以DME地面站为圆心的径向飞行。
3.如权利要求1所述一种DME地面站信号覆盖校验系统，其特征在于：采用机载多通道DME询问机时，步骤4中，校验飞机的飞行路线确定方法为：在确定n个DME地面站后，通过校验飞机与n个DME地面站实时通讯，根据RNP或RNAV确定飞行路径。
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