CN109859534A - 基于四单元定向天线的应答机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于四单元定向天线的应答机，包含射频处理模块、接收校准模块，射频处理模块包含四个通道，每个通道包含一个相移器，先由相移器调整通道的相位差异，使四个通道合并后相位对齐，然后由四个通道接收询问信息；接收校准模块先通过射频处理模块发送接收校准信号并接收校准信号，然后根据接收到的接收校准信号以四个通道中的其中一个为基准计算另外三个通道的移相值，并将移相值写入移相器，作为相移器调整通道的依据。本发明提供的应答机与机载防撞系统共用天线和射频信号处理模块，可以达到综合化的目的，提升飞机电磁兼容性能、结构设计性能、气动性能，降低机载设备成本和使用维护成本。

Description

基于四单元定向天线的应答机

技术领域

本发明属于空中交通管理技术领域，涉及一种能与机载防撞系统共用四单元定向天线的应答机。

背景技术

传统的应答机采用全向天线，接收信号从空间的360°收集，同时发射信号辐射到空间的360°。在装备机载防撞系统的飞机上，应答机与其配合使用，完成机载防撞功能。目前的架构采用应答机安装两根全向天线、机载防撞系统主机安装四通道定向天线的架构，即飞机需要安装四根天线，这增加了飞机结构设计、电磁兼容设计等方面的需求。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种基于四单元定向天线的应答机，可与机载防撞系统共用四单元定向天线，采用发射校准、接收校准、相位控制等方法，通过四单元定向天线四通道信号合并进行询问信号的接收、解调和解码；通过相位控制实现四单元定向天线模拟全向天线，从而实现原机上应答机全向天线功能。

本发明的发明目的通过以下技术方案实现：

一种基于四单元定向天线的应答机，包含射频处理模块、接收校准模块，射频处理模块包含四个通道，每个通道包含一个相移器，先由相移器调整通道的相位差异，使四个通道合并后相位对齐，然后由四个通道接收询问信息；

接收校准模块先通过射频处理模块发送接收校准信号并接收校准信号，然后根据接收到的接收校准信号以四个通道中的其中一个为基准计算另外三个通道的移相值，并将移相值写入移相器，作为相移器调整通道的依据。

进一步，基于四单元定向天线的应答机还包含发射校准模块，发射校准模块通过射频处理模块发送发射校准信号并接收发射校准信号，根据接收到的发射校准信号获取四通道延时差异信息。

进一步，在于发射校准模块发送相位控制信息给射频处理模块，射频处理模块利用相位控制信息，对四通道发射的应答信息进行全向发射波束赋形。

进一步，基于四单元定向天线的应答机还包含解调与解码模块和编码与调制模块，解调与解码模块用于对射频处理模块接收到询问信息进行解调与解码；编码与调制模块对待发送的应答信息进行编码与调制后发送给射频处理模块。本发明的有益效果在于：

通过提供一种与机载防撞系统共用定向天线、射频信号处理的应答机，达到综合化的目的，提升飞机电磁兼容性能、结构设计性能、气动性能，降低机载设备成本和使用维护成本。

通过接收校准模块提供的接收校准算法，解决应答机询问信号四通道合并技术难点，克服硬件平台差异性带来的DPSK解调问题。

通过发射校准模块提供的四通道波束赋形方法，实现通过四单元定向天线模拟全向天线的功能；同时面对未来的应用场景，提供应答机定向应答功能，以进一步提升传统“询问-应答”方式监视体系的链路稳定性。

通过发射校准模块提供的四通道发射校准算法，克服硬件平台差异性带来的延时差异，保证波束赋形方法的可实施。

附图说明

图1是基于四单元定向天线的应答机的功能结构示意图。

图2是基于四单元定向天线的应答机中接收校准模块与射频处理模块的关系示意图；

图3A是一种基于四单元定向天线的应答机与机载防撞系统共享天线、射频处理模块，分立基带处理模块的架构原理图。

图3B是一种基于四单元定向天线的应答机与机载防撞系统共享天线、射频处理模块，综合基带处理模块的架构原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，基于四单元定向天线的应答机包含协议处理模块、基带处理模块、和射频处理模块，其中，基带处理模块包含接收校准模块、发射校准模块、解调与解码模块和编码与调制模块。

接收校准模块主要用于提供接收校准算法。机载定向天线有四个通道，可同时接收空间中的电磁信号。应答机做DPSK询问信号解码时，可以选择只用其中一个通道进行，但与四个通道同时接收存在6dB左右的功率损失，故选择四通道接收为最佳方案。由于DPSK信号在解码时需要保留原始信号的相位反转信息，故四通道必须通过接收校准模块校准通道相位差异后再合并，不然会引起相位信息丢失而导致无法解码或解码率下降。四通道接收校准结构如图2 所示。以上天线为例，接收校准模块通过发射1030MHz接收校准信号，通过天线耦合后进入1030MHz接收通道(此时四路接收移相器移相值为零)，进入接收校准模块，经接收校准算法的计算后，得到以A通道为基准的B、C、D通道的移相值，将移相值写入移相器，相移器根据移相值调整通道的相位差异从而使得四路信号合并后相位对齐。

在接收端，定向天线四通道接收询问信号进入射频处理模块后，射频处理模块根据接收校准模块提供的移相值进行四通道信息合并，并将合并后的波形送入解调与解码模块。解调与解码模块对合并后的DPSK信号进行解调与解码，将询问信息送给应答机协议处理模块。

发射校准模块主要用于提供四通道波束赋形方法和四通道发射校准算法，四通道波束赋形方法是指发射校准模块通过射频处理模块周期发送发射校准信号并接收发射校准信号，根据接收到的发射校准信号实时获取四通道延时差异信息，用于消除四通道硬件差异和机上振动带来的通道延时误差。四通道发射校准算法是指射频处理模块利用相位控制信息，对四通道发射信号进行全向发射波束赋形，这样四通道发射信号由天线发射到空间后，耦合成全向波形。四通道波束赋形方法和四通道发射校准算法可以参考原机载防撞系统，仅将发射信号频率由1030MHz改为1090MHz。

在发射端，应答机协议处理模块返回应答信息给基带信号处理模块，编码和调制模块对应答信息进行编码和调制，形成调制波形输入到射频处理模块。射频处理模块对调制波形进行波束赋形后通过四定向天线发送。

上述的应答机可以使用定向天线还不在需要使用全向天线，因此可以与机载防撞系统共享定向天线和射频处理模块。图3A中为分立基带与协议处理架构。应答机和TCAS收发主机共用射频处理模块，基带与协议处理则在不同硬件上实现。其好处是便于设计实现，便于从原来应答机、TCAS分立LRU过渡到共用天线后的架构。图3B中为综合基带与协议处理架构。应答机与TCAS收发主机不仅共用射频处理模块，同时也共用基带和协议处理模块。其好处是综合程度更高，可进一步减小设备体积，降低设备重量，同时充分利用基带处理芯片和协议处理CPU能力，降低成本。其难点是综合化设计要求更高。

在实际应用中，可综合考虑设计难度、机上重量、成本要求等因素，采用合理架构实现本发明中基于四单元定向天线的应答机/机载防撞系统架构。

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 (4)

1.一种基于四单元定向天线的应答机，包含射频处理模块、接收校准模块，其特征在于射频处理模块包含四个通道，每个通道包含一个相移器，先由相移器调整通道的相位差异，使四个通道合并后相位对齐，然后由四个通道接收询问信息；

所述接收校准模块先通过射频处理模块发送接收校准信号并接收校准信号，然后根据接收到的接收校准信号以四个通道中的其中一个为基准计算另外三个通道的移相值，并将移相值写入移相器，作为相移器调整通道的依据。

2.根据权利要求1所述的一种基于四单元定向天线的应答机，其特征在于还包含发射校准模块，发射校准模块通过射频处理模块发送发射校准信号并接收发射校准信号，根据接收到的发射校准信号获取四通道延时差异信息。

3.根据权利要求2所述的一种基于四单元定向天线的应答机，其特征在于发射校准模块发送相位控制信息给射频处理模块，射频处理模块利用相位控制信息，对四通道发射的应答信息进行全向发射波束赋形。

4.根据权利要求1所述的一种基于四单元定向天线的应答机，其特征在于还包含解调与解码模块和编码与调制模块，解调与解码模块用于对射频处理模块接收到询问信息进行解调与解码；编码与调制模块对待发送的应答信息进行编码与调制后发送给射频处理模块。