CN111835400A - 星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法。该装置包括：VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线；射频信号处理板卡包括：低通滤波器、低噪声放大器、带通滤波器、宽带放大器和功率放大器，基带信号处理板卡包括：变压器、宽带收发器、现场可编程逻辑门阵列和can控制器。本发明的星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法通过设置VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线，能够接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号，并根据接收到的应急定位发射机信号生成新无线电信号以向地上搜救终端发送，能够直接建立搜救人员与遇险人员间的通信链路。

Description

星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法

技术领域

本发明涉及无线电通信技术领域，尤其涉及一种星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法。

背景技术

随着民用航空业的迅猛发展，飞机成为愈来愈多出行者的选择。由于航空运输的特殊性，一旦飞机遇险或紧急情况下实施迫降时，需要尽快搜寻到遇险地点，以对遇险人员实施救援。应急定位发射机是一种机载应急设备，用于飞机发生事故后的应急定位，应急定位发射机在飞机遇险时能够通过不同的触发方式，在规定的频率上发射求救信号，以协助搜救组织进行搜救。

现有的应急定位发射机主要依据FAA TSO-C91A标准和TSO-C126标准进行设计生产，同时符合全球卫星搜救系统COSPAS/SARSAT标准T.001，能够同时工作在121.5MHz、243MHz和406MHz发射频率上。其中，121.5MHz发射频率用于供航空移动业务电台进行遇险和安全无线电话的通信，以及用于营救器电台和应急示位无线电信标电台；243MHz发射频率用于供营救器电台使用，在具体实施搜寻阶段，通过搭载在有人或无人驾驶空间飞行器平台上的营救器电台找寻遇险飞机和人员；406MHz发射频率用于全球卫星搜救系统使用，全球卫星搜救系统通过接收应急定位发射机在406MHz发射频率上发射的特定数字信号获得相关飞机信息，而后联系飞机运营厂商，确定求救信号的真实性后展开搜救工作。

发明人发现现有技术至少存在以下问题：

当飞机遇险后，应急定位发射机通过自动、人工或水触发，在121.5MHz、243MHz和406MHz发射频率上发出报警信号，仅406MHz发射频率上发射的信号能够通过全球卫星搜救系统进行广域搜索；并且，全球卫星搜救系统的主要任务是对遇险示位信标发出的遇险报警信号进行变频、存储和转发等处理，搜救人员与遇险人员无法通过全球卫星搜救系统直接建立通信链路，会降低救援的时效性，可能导致救援不及时。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法。

为此，本发明公开了一种星载应急定位发射机信号收发装置，所述装置安装在微纳卫星上，包括：VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线；

所述射频信号处理板卡包括：低通滤波器、低噪声放大器、带通滤波器、宽带放大器和功率放大器，所述VHF频段接收天线的输出端连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端依次连接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器的输出端连接第一带通滤波器的输入端，所述第一带通滤波器的输出端连接第三低噪声放大器的输入端，所述宽带放大器的输出端连接第二带通滤波器的输入端，所述第二带通滤波器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述VHF频段发射天线；

所述基带信号处理板卡包括：变压器、宽带收发器、现场可编程逻辑门阵列和can控制器，第一变压器的输入端和输出端分别连接所述第三低噪声放大器的输出端和所述宽带收发器的输入端，第二变压器的输入端和输出端分别连接所述宽带收发器的输出端和所述宽带放大器的输入端，所述宽带收发器与所述现场可编程逻辑门阵列连接，所述现场可编程逻辑门阵列与所述can控制器连接，所述can控制器与星务计算机连接。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述基带信号处理板卡还包括石英晶体振荡器，所述石英晶体振荡器与所述宽带收发器连接。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述射频信号处理板卡还设置有用于供电的第一电源模块。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述基带信号处理板卡还设置有用于供电的第二电源模块。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述VHF频段接收天线和所述VHF频段发射天线均为采用细螺旋结构的螺旋天线。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述VHF频段接收天线和所述VHF频段发射天线的极化方式为线极化。

进一步地，在上述星载应急定位发射机信号收发装置中，所述can控制器通过微矩形连接器与所述星务计算机连接。

此外，本发明还公开一种应急定位发射机信号收发方法，所述方法利用上述的星载应急定位发射机信号收发装置实施，所述方法包括如下内容：

VHF频段接收天线接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号；

射频信号处理板卡对无线电信号进行滤波处理和放大处理；

基带信号处理板卡对无线电信号进行解调以获取对应的报文信息；

星务计算机对报文信息进行信息分析以确定待发送信息；

基带信号处理板卡对待发送信息进行调制以获取待发送无线电信号；

射频信号处理板卡对待发送无线电信号进行滤波处理和放大处理；

VHF频段发射天线发射待发送无线电信号。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法通过设置VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线，能够接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号，并根据接收到的应急定位发射机信号生成新无线电信号以向地上搜救终端发送，能够直接建立搜救人员与遇险人员间的通信链路，提高救援的时效性，确保救援及时。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置的一种具体结构示意图；

图3为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置中第一电源模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置中第一电源模块的一种具体结构示意图；

图5为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置中第二电源模块的结构示意图；

图6为本发明一实施例的星载应急定位发射机信号收发装置中第二电源模块的一种具体结构示意图；

图7为本发明一实施例的VHF频段天线的结构示意图；

图8为本发明一实施例的应急定位发射机信号收发方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，如附图1所示，本发明一实施例提供了一种星载应急定位发射机信号收发装置，该装置安装在微纳卫星上，包括：VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线；射频信号处理板卡包括：低通滤波器、低噪声放大器、带通滤波器、宽带放大器和功率放大器，VHF频段接收天线的输出端连接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端依次连接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器，第二低噪声放大器的输出端连接第一带通滤波器的输入端，第一带通滤波器的输出端连接第三低噪声放大器的输入端，宽带放大器的输出端连接第二带通滤波器的输入端，第二带通滤波器的输出端连接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端连接VHF频段发射天线；基带信号处理板卡包括：变压器、宽带收发器、现场可编程逻辑门阵列和can控制器，第一变压器的输入端和输出端分别连接第三低噪声放大器的输出端和宽带收发器的输入端，第二变压器的输入端和输出端分别连接宽带收发器的输出端和宽带放大器的输入端，宽带收发器与现场可编程逻辑门阵列连接，现场可编程逻辑门阵列与can控制器连接，can控制器与星务计算机连接。

以下对本发明一实施例提供的星载应急定位发射机信号收发装置的结构及工作原理进行具体说明；

具体地，本发明一实施例提供的星载应急定位发射机信号收发装置在使用时，VHF频段接收天线接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号，无线电信号先通过低通滤波器进行低通滤波处理，滤波后的无线电信号通过两级低噪声放大器进行信号放大，放大后的无线电信号通过第一带通滤波器进行带通滤波，带通滤波后的无线电信号再经一级低噪声放大器进行信号放大后送入第一变压器进行变压整形以达到宽带收发器的接收范围，宽带收发器对无线电信号进行混频，完成正交解调，获取与无线电信号对应的采样数据，现场可编程逻辑门阵列对采样数据进行分析处理以获取对应的报文信息，并通过can控制器与星务计算机进行信息交互，星务计算机根据接收到的现场可编程逻辑门阵列输送的报文信息确定需要向地上搜救人员发送的报文信息，通过can控制器将待发送报文信息送至现场可编程逻辑门阵列，现场可编程逻辑门阵列对待发送报文信息进行分析处理并将处理结果数据送至宽带收发器，宽带收发器对处理结果数据进行正交调制以获取对应的待发送无线电信号，待发送无线电信号进入第二变压器进行变压整形，变压整形后的待发送无线电信号进入宽带放大器进行信号放大，放大后的待发送无线电信号通过第二带通滤波器进行带通滤波，带通滤波后的待发送无线电信号再经功率放大器进行功率放大后由VHF频段发射天线向地上搜救终端发送，完成应急定位发射机信号的收发。

由于现有的应急定位发射机的发射频率为121.5MHz、243MHz和406MHz，本发明一实施例中，为了方便星载应急定位发射机信号收发装置的信号接收和发射，同时节约处理成本，射频信号处理板卡的收发频点均设置为245MHz，如此设置，利用星载应急定位发射机信号收发装置能够实现243MHz的应急定位发射机信号的收发功能。

进一步地，在射频信号处理板卡的收发频点均设置为245MHz的基础上，本发明一实施例提供了一种星载应急定位发射机信号收发装置的具体结构，如附图2所示，低通滤波器可以为LFCN-490，低噪声放大器可以为WHM02AE，带通滤波器可以为CPS245A，宽带放大器可以为ERA-3SM，功率放大器可以为RF6886，变压器可以为TCM1-63AX+，宽带收发器可以为AD9361，现场可编程逻辑门阵列可以为MPF300T，can控制器可以为MCP2510。

进一步地，如附图1所示，本发明一实施例中，基带信号处理板卡还可以包括石英晶体振荡器，石英晶体振荡器与宽带收发器连接，石英晶体振荡器用于为宽带收发器提供稳定的工作时钟。

具体地，基于上述设定的星载应急定位发射机信号收发装置的具体结构，石英晶体振荡器可以为TCXO。

进一步地，如附图1所示，本发明一实施例中，射频信号处理板卡还设置有用于提供电源的第一电源模块。

如附图3所示，第一电源模块包括：第一输入电源、第一电压转换器、第二电压转换器、第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器，第一输入电源的输出端分别连接第一电压转换器的输入端和第二电压转换器的输入端，第一电压转换器用于连接功率放大器以为功率放大器提供电源，第二电压转换器的输出端分别连接有第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器用于连接低噪声放大器以为低噪声放大器提供电源。

具体地，如附图4所示，基于上述设定的星载应急定位发射机信号收发装置的具体结构，第一输入电源可以为28V直流电源，第一电压转换器可以为TPS5430D的DC/DC转换器，第二电压转换器可以为MAX1775的DC/DC转换器，第一低压差线性稳压器和第二低压差线性稳压器可以均为TPS73601DBVR，28V直流电源经过第一电压转换器TPS5430D可转换成3.6V电源以用于为功率放大器RF6886提供电源，28V直流电源经过第二电压转换器MAX1775可转换成两个二级电源，两个二级电源再分别经过第一低压差线性稳压器TPS73601DBVR和第二低压差线性稳压器TPS73601DBVR可转换为3.31V和5.17V电源，以用于为低噪声放大器WHM02AE提供电源。

进一步地，如附图1所示，本发明一实施例中，基带信号处理板卡还设置有用于提供电源的第二电源模块。

如附图5所示，第二电源模块包括：第二输入电源、第三电压转换器、第四电压转换器、第三低压差线性稳压器和第四低压差线性稳压器，第二输入电源的输出端分别连接第三电压转换器和第四电压转换器，第三电压转换器的输出端连接有第三低压差线性稳压器，第四电压转换器的输出端连接有第四低压差线性稳压器，电压转换器和低压差线性稳压器均能够用于连接宽带收发器、现场可编程逻辑门阵列、can控制器和石英晶体振荡器以提供电源。

具体地，如附图6所示，基于上述设定的星载应急定位发射机信号收发装置的具体结构，第二输入电源可以为28V直流电源，第三电压转换器和第四电压转换器可以均为MAX1775，第三低压差线性稳压器和第四低压差线性稳压器可以均为ADP1755，28V直流电源经过第三电压转换器MAX1775可转换成2.5V电源，同时2.5V电源还可以经过第三低压差线性稳压器ADP1755转换成1.05V电源，28V直流电源经过第四电压转换器MAX1775可转换成1.8V和3.3V两个二级电源，同时1.8V电源还可以经过第四低压差线性稳压器ADP1755转换成1.3V电源，宽带收发器AD9361可以使用1.8V和3.3V电源供电，can控制器MCP2510和石英晶体振荡器TCXO可以使用3.3V电源供电，现场可编程逻辑门阵列可以使用1.05V、1.8V、2.5V和3.3V电源供电。

如附图7所示，本发明一实施例中，在射频信号处理板卡的收发频点均设置为245MHz的基础上，VHF频段天线可以采用细螺旋结构且收发频段为243～248MHz的螺旋天线，VHF频段天线包括VHF频段接收天线和VHF频段发射天线。

可选的，基于上述设定的星载应急定位发射机信号收发装置的具体结构，VHF频段天线的极化方式为线极化，阻抗为50Ω，驻波比设置在1.5以内，天线高度设置在150mm以内，天线的安装法兰盘直径设置在30mm以内，天线直径设置在12mm以内，天线的双主瓣±30°范围内的增益设置在-1dBi以上。

进一步地，本发明一实施例中，can控制器可以通过微矩形连接器与星务计算机连接；可选的，微矩形连接器为J30J-21。

进一步地，本发明一实施例中，VHF频段接收天线可以通过SMA接口连接射频信号处理板卡以连接低通滤波器，VHF频段发射天线可以通过SMA接口连接射频信号处理板卡以连接功率放大器，低噪声放大器可以通过SMA接口连接基带信号处理板卡以连接变压器，变压器可以通过SMA接口连接射频信号处理板卡以连接宽带放大器。

第二方面，如附图8所示，本发明一实施例还提供了一种应急定位发射机信号收发方法，该方法利用上述的星载应急定位发射机信号收发装置实施，该方法包括如下内容：

VHF频段接收天线接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号；

射频信号处理板卡对无线电信号进行滤波处理和放大处理；

基带信号处理板卡对无线电信号进行解调以获取对应的报文信息；

星务计算机对报文信息进行信息分析以确定待发送信息；

基带信号处理板卡对待发送信息进行调制以获取待发送无线电信号；

射频信号处理板卡对待发送无线电信号进行滤波处理和放大处理；

VHF频段发射天线发射待发送无线电信号。

具体地，VHF频段接收天线接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号，无线电信号先通过低通滤波器进行低通滤波处理，滤波后的无线电信号通过两级低噪声放大器进行信号放大，放大后的无线电信号通过第一带通滤波器进行带通滤波，带通滤波后的无线电信号再经一级低噪声放大器进行信号放大后送入第一变压器进行变压整形以达到宽带收发器的接收范围，宽带收发器对无线电信号进行混频，完成正交解调，获取与无线电信号对应的采样数据，现场可编程逻辑门阵列对采样数据进行分析处理以获取对应的报文信息，并通过can控制器与星务计算机进行信息交互，星务计算机根据接收到的现场可编程逻辑门阵列输送的报文信息确定需要向地上搜救人员发送的报文信息，通过can控制器将待发送报文信息送至现场可编程逻辑门阵列，现场可编程逻辑门阵列对待发送报文信息进行分析处理并将处理结果数据送至宽带收发器，宽带收发器对处理结果数据进行正交调制以获取对应的待发送无线电信号，待发送无线电信号进入第二变压器进行变压整形，变压整形后的待发送无线电信号进入宽带放大器进行信号放大，放大后的待发送无线电信号通过第二带通滤波器进行带通滤波，带通滤波后的待发送无线电信号再经功率放大器进行功率放大后由VHF频段发射天线向地上搜救终端发送，完成应急定位发射机信号的收发。

可见，本发明一实施例提供的星载应急定位发射机信号收发装置及信号收发方法通过设置VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线，能够接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号，并根据接收到的应急定位发射机信号生成新无线电信号以向地上搜救终端发送，能够直接建立搜救人员与遇险人员间的通信链路，提高救援的时效性，确保救援及时。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述装置安装在微纳卫星上，包括：VHF频段接收天线、射频信号处理板卡、基带信号处理板卡和VHF频段发射天线；

所述射频信号处理板卡包括：低通滤波器、低噪声放大器、带通滤波器、宽带放大器和功率放大器，所述VHF频段接收天线的输出端连接所述低通滤波器的输入端，所述低通滤波器的输出端依次连接第一低噪声放大器和第二低噪声放大器，所述第二低噪声放大器的输出端连接第一带通滤波器的输入端，所述第一带通滤波器的输出端连接第三低噪声放大器的输入端，所述宽带放大器的输出端连接第二带通滤波器的输入端，所述第二带通滤波器的输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述VHF频段发射天线；

所述基带信号处理板卡包括：变压器、宽带收发器、现场可编程逻辑门阵列和can控制器，第一变压器的输入端和输出端分别连接所述第三低噪声放大器的输出端和所述宽带收发器的输入端，第二变压器的输入端和输出端分别连接所述宽带收发器的输出端和所述宽带放大器的输入端，所述宽带收发器与所述现场可编程逻辑门阵列连接，所述现场可编程逻辑门阵列与所述can控制器连接，所述can控制器与星务计算机连接。

2.根据权利要求1所述的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述基带信号处理板卡还包括石英晶体振荡器，所述石英晶体振荡器与所述宽带收发器连接。

3.根据权利要求1的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述射频信号处理板卡还设置有用于供电的第一电源模块。

4.根据权利要求1所述的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述基带信号处理板卡还设置有用于供电的第二电源模块。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述VHF频段接收天线和所述VHF频段发射天线均为采用细螺旋结构的螺旋天线。

6.根据权利要求5所述的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述VHF频段接收天线和所述VHF频段发射天线的极化方式为线极化。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的星载应急定位发射机信号收发装置，其特征在于，所述can控制器通过微矩形连接器与所述星务计算机连接。

8.一种应急定位发射机信号收发方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1至7中任一项所述的星载应急定位发射机信号收发装置实施，所述方法包括如下内容：

VHF频段接收天线接收应急定位发射机发射的处于VHF频段的无线电信号；

射频信号处理板卡对无线电信号进行滤波处理和放大处理；

基带信号处理板卡对无线电信号进行解调以获取对应的报文信息；

星务计算机对报文信息进行信息分析以确定待发送信息；

基带信号处理板卡对待发送信息进行调制以获取待发送无线电信号；

射频信号处理板卡对待发送无线电信号进行滤波处理和放大处理；

VHF频段发射天线发射待发送无线电信号。

Images