CN108594192A - 一种模拟s模式基带信号产生的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模拟S模式基带信号产生的方法及装置，涉及空中交通管制监视技术领域,以解决S模式应答机在工厂测试、外场测试中不能有效的实际验证S模式信号的问题。该方法包括预先输入多条模拟ADS‑B报文数据；FPGA接收并解析模拟ADS‑B报文数据后进行基带脉冲信息编码，生成模拟S模式基带信号，所述FPGA在基带编码时控制基带通道间时间延迟；检测模拟S模式基带信号和装置运行状态，本发明可以模拟航空电子设备发出S模式基带信号，便于S模式应答机进行工厂测试或者外场测试时实际验证S模式信号。
Description
技术领域
本发明涉及空中交通管制监视技术领域，尤其涉及一种模拟S模式基带信号产生的方法及装置。
背景技术
在民航系统中，S模式应答机是航空器配备的主要监视通信设备。在大多数地空监视中，需要用到S模式信号来实现航空器的监视。由于S模式信号是基于航空器电子设备而来，因此S模式应答机在工厂测试、外场测试中不能有效的实际验证S模式信号，因此需要一种可以现场模拟S模式基带信号产生的方法及装置。
发明内容
为了解决现有技术中S模式应答机在工厂测试、外场测试中不能有效的实际验证S模式信号的问题，提供一种模拟S模式基带信号产生的方法及装置。
本发明的技术方案如下：
一种模拟S模式基带信号产生的方法，包括以下步骤：
A.预先输入模拟ADS-B报文数据；
B.FPGA接收并解析模拟ADS-B报文数据后进行基带脉冲信息编码，生成模拟S 模式基带信号；
C.检测模拟S模式基带信号和装置运行状态；
D.输出模拟S模式基带信号，同时ARM芯片搜集并上传装置运行状态到PC上位机。
可选地，所述步骤A具体为：
(1)所述模拟ADS-B报文数据通过PC上位机进行输入；
(2)通过USB接口将模拟ADS-B报文数据传递给FPGA。
为了避免采用网络等方式通信，需要配置电脑的IP等参数，使用上对操作者有较高的电脑知识要求，且电脑网络端口被占用的情况下不能同时使用本设备的情况，此处采用USB通信，目前电脑都提供多组USB通信端口，可保证设备使用时能随时与电脑软件交互，方便设备与电脑的连接。
可选地，所述步骤A具体还可以为：
(1)所述模拟ADS-B报文数据来自PC上位机和GNSS模块共同输入；
(2)所述通过PC上位机进行输入的模拟ADS-B报文数据通过USB接口传递给FPGA，所述来自GNSS模块输入的报文数据通过数据线传递给FPGA。
GNSS作为ADS-B报文编码另外一种输入方式，可以获取装置使用地的经纬度、高度等参数，可以作为ADS-B报文编码的实际坐标使用，使模拟出的S模式基带信号更真实。
进一步地，所述步骤B具体为：FPGA接收ADS-B报文数据后发送到多条基带通道解析并进行基带脉冲信息编码，生成多种模拟S模式基带信号，控制多条基带通道与其中任一条基带通道之间的相对时间延迟。
ADS-B基带信息由多路可独立控制单元构成，由一片FPGA内部编码实现，每个通道均可独立控制，控制多条基带通道与其中任一条基带通道之间的相对时间延迟，达到产生交叠信号或者反射信号的目的，使输出或者反射的S模式基带信号遇到障碍物时能够通过增加延迟时间而保持时间同步。
进一步地，所述步骤C具体为：
(1)通过FPGA检测模拟S模式基带信号是否编码产生，若产生模拟S模式基带信号，则将部分模拟S模式基带信号传递到FPGA，若未产生模拟S模式基带信号，则产生错误信息一。
(2)FPGA检测产生的模拟S模式基带信号与输入报文数据之间差异，若无差异，则将剩余模拟S模式基带信号传递到输出端，若存在差异，则产生错误信息二。
(3)输出端检测是否接收到剩余模拟S模式基带信号，若接收到剩余模拟S模式基带信号，则产生设备运行正常信息，可以对外输出模拟S模式基带信号，若未接收到剩余模拟S 模式基带信号，则产生错误信息三。
进一步地，所述步骤D具体为：通过SMA端口对外输出模拟S模式基带信号，同时ARM芯片将系统采集的设备运行状态信息发送给FPGA并通过USB2.0接口反馈上传到PC上位机。
另外，本发明还提供了一种模拟S模式基带信号产生的装置，包括：
电源模块，用于完成所述装置的电源由交流220V变换为设备内需要的各组低压直流电源，并能通过电源系统自带BIT监控完成状态信息的采集及传输；
USB接口，作为辅助通信接口；
基带编码模块，所述基带编码模块包括FPGA，用于完成与USB接口的数据交换及ADS-B 基带编码功能；
辅助控制模块，所述辅助控制模块包括ARM芯片，用于监控所述装置状态和辅助完成控制功能；
所述电源模块分别与FPGA和ARM芯片导线连接，所述USB2.0接口与FPGA导线连接。
进一步地，还包括GNSS模块，用于接收并解析实时GNSS报文信息，提供ADS-B报文数据编码参数，所述GNSS模块与FPGA导线连接。
进一步地，还包括RS232接口电路，作为辅助通信接口，所述RS232接口电路与ARM芯片导线连接。
进一步地，所述FPGA包括四条基带通道，所述四条基带通道输出端统一连接SMA端口。
本发明的有益效果如下：
1.本发明能够现场模拟航空器电子设备发出S模式基带信号，同时该S模式基带信号内容和发送频次可由用户通过PC上位机自定义，便于S模式应答机在进行工厂测试、外场测试时能够有效的实际验证S模式信号。
2.本发明装置具备自动检测功能，能够实时检测模拟S模式基带信号是否编码产生、编码产生的S模式基带信号与输入模拟报文数据差异性以及装置自身运行状态，及时反馈上传。
3.本发明装置通过设置GNSS模块，用于接收并解析实时GNSS报文信息，可以获取装置使用地的经纬度、高度等参数，可以作为ADS-B报文编码的实际坐标使用，增加了ADS-B报文数据编码数据输入方式，使模拟出的S模式基带信号更真实。
附图说明
图1为实施例1的流程图；
图2为实施例2的流程图；
图3为检测模拟S模式基带信号编码状态流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的发明仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所用实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1：
参照图1和3，一种模拟S模式基带信号产生的装置，包括：
电源模块，用于完成所述装置的电源由交流220V变换为设备内需要的各组低压直流电源，并能通过电源系统自带BIT监控完成状态信息的采集及传输；
USB2.0接口，作为辅助通信接口。采用USB2.0通信是为了避免采用网络等方式通信，需要配置电脑的IP等参数，使用上对操作者有较高的电脑知识要求，且电脑网络端口被占用的情况下不能同时使用本设备的情况，且目前电脑都提供多组USB通信端口，可保证设备使用时能随时与电脑软件交互，方便设备与电脑的连接，USB2.0使用虚拟串口方式，实现高达3Mbps 数据传输速度，以确保信号传输、状态显示、系统控制等信息的传输没有带宽瓶颈；
基带编码模块，所述基带编码模块包括FPGA，用于完成与USB2.0接口的数据交换及ADS-B 基带编码功能，FPGA接收到的怕PC上位机报文数据，按照标准ADS-B脉冲编码格式产生 ADS-B编码脉冲信号；
辅助控制模块，所述辅助控制模块包括ARM芯片，用于监控所述装置状态和辅助完成控制功能，使用ARM芯片完成电源监控、状态指示、外部通信和固件升级控制的辅助功能；
所述电源模块分别与FPGA和ARM芯片导线连接，所述USB2.0接口与FPGA导线连接。
进一步地，还包括RS232接口电路，作为辅助通信接口，所述RS232接口电路与ARM芯片导线连接，设置RS232接口电路可用于系统调试、固件升级，外部信息交换功能。
进一步地，所述FPGA包括四条基带通道，所述四条基带通道输出端统一连接SMA端口，FPGA控制四条基带通道完成S模式基带信息编码工作，4条基带通道通过统一的时间对齐方式，控制4个通道间的相对时间延迟输出为128us，达到产生交叠信号或者反射信号的目的，使输出或者反射的S模式基带信号遇到障碍物时能够通过增加延迟时间而保持时间同步。
该实施例使用方法：工作用户预先在PC上位机自定义输入常用ADS-B信息数据的内容，如航班号、ICAO地址、经纬度、高度、速度参数，以及确定信息发送频次为400架/秒，通过USB2.0接口将模拟ADS-B报文数据传递给FPGA，FPGA接收ADS-B报文数据后发送到四条基带通道解析并进行基带脉冲信息编码，分别生成生DF4、DF5、DF20、DF21格式模拟 S模式基带信号，控制4个通道间的相对时间延迟输出为128us。
FPGA编码后首先检查模拟S模式基带信号是否编码产生，若产生模拟S模式基带信号，则将部分模拟S模式基带信号传递到FPGA，若未产生模拟S模式基带信号，则产生错误信息一；FPGA检测编码产生的模拟S模式基带信号与输入报文数据之间差异，若无差异，则将剩余模拟S模式基带信号传递到输出端，若存在差异，则产生错误信息二；输出端检测是否接收到剩余模拟S模式基带信号，若接收到剩余模拟S模式基带信号，则产生设备运行正常信息，可以对外输出模拟S模式基带信号，若未接收到剩余模拟S模式基带信号，则产生错误信息三。
通过SMA端口对外输出模拟S模式基带信号，用于现场检测S模式应答机，同时ARM芯片将系统采集的设备运行状态信息发送给FPGA并通过USB2.0接口反馈上传到PC上位机。
实施例2：
参照图2和3，本实施例在实施例1的基础上进一步优化，具体为所述模拟S模式基带信号产生的装置还包括GNSS模块，所述GNSS模块与FPGA导线连接。
GNSS模块内部预留有GPS和BD接收组件，完成装置使用地的经纬度、高度等参数获取，可以作为ADS-B报文编码的实际坐标使用。
在PC上位机预先输入常用ADS-B信息数据可以不用输入经纬度和高度参数，由GNSS 模块进行输入，以获取装置使用地实际坐标，使模拟出的S模式基带信号更真实。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.预先输入模拟ADS-B报文数据；
B.FPGA接收并解析模拟ADS-B报文数据后进行基带脉冲信息编码，生成模拟S模式基带信号；
C.检测模拟S模式基带信号和装置运行状态。
D.输出模拟S模式基带信号，同时ARM芯片搜集并上传装置运行状态到PC上位机。
2.根据权利要求1所述的模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，所述步骤A具体为：
(1)所述模拟ADS-B报文数据通过PC上位机进行输入；
(2)通过USB接口将模拟ADS-B报文数据传递给FPGA。
3.根据权利要求1所述的模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，所述步骤A具体为：
(1)所述模拟ADS-B报文数据来自PC上位机和GNSS模块共同输入；
(2)所述通过PC上位机进行输入的模拟ADS-B报文数据通过USB接口传递给FPGA，所述来自GNSS模块输入的报文数据通过数据线传递给FPGA。
4.根据权利要求1所述的模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，所述步骤B具体为：FPGA接收ADS-B报文数据后发送到多条基带通道解析并进行基带脉冲信息编码，生成多种模拟S模式基带信号，控制多条基带通道与其中任一条基带通道之间的相对时间延迟。
5.根据权利要求1所述的模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，所述步骤C具体为：
(1)通过FPGA检测模拟S模式基带信号是否编码产生，若产生模拟S模式基带信号，则将部分模拟S模式基带信号传递到FPGA，若未产生模拟S模式基带信号，则产生错误信息一。
(2)FPGA检测产生的模拟S模式基带信号与输入报文数据之间差异，若无差异，则将剩余模拟S模式基带信号传递到输出端，若存在差异，则产生错误信息二。
(3)输出端检测是否接收到剩余模拟S模式基带信号，若接收到剩余模拟S模式基带信号，则产生设备运行正常信息，可以对外输出模拟S模式基带信号，若未接收到剩余模拟S模式基带信号，则产生错误信息三。
6.根据权利要求1所述的模拟S模式基带信号产生的方法，其特征在于，所述步骤D具体为：通过SMA端口对外输出模拟S模式基带信号，同时ARM芯片将系统采集的设备运行状态信息发送给FPGA并通过USB2.0接口反馈上传到PC上位机。
7.一种模拟S模式基带信号产生的装置，其特征在于，包括：
电源模块，用于完成所述装置的电源由交流220V变换为设备内需要的各组低压直流电源，并能通过电源系统自带BIT监控完成状态信息的采集及传输；
USB2.0接口，作为辅助通信接口；
基带编码模块，所述基带编码模块包括FPGA，用于完成与USB2.0接口的数据交换及ADS-B基带编码功能；
辅助控制模块，所述辅助控制模块包括ARM芯片，用于监控所述装置状态和辅助完成控制功能；
所述电源模块分别与FPGA和ARM芯片导线连接，所述USB2.0接口与FPGA导线连接。
8.根据权利要求7所述的模拟S模式基带信号产生的装置，其特征在于，还包括GNSS模块，用于接收并解析实时GNSS报文信息，提供ADS-B报文数据编码参数，所述GNSS模块与FPGA导线连接。
9.根据权利要求7所述的模拟S模式基带信号产生的装置，其特征在于，还包括RS232接口电路，作为辅助通信接口，所述RS232接口电路与ARM芯片导线连接。
10.根据权利要求7所述的模拟S模式基带信号产生的装置，其特征在于，所述FPGA包括四条基带通道，所述四条基带通道输出端统一连接SMA端口。
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