CN113630193A - 一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统，包括：射频放大器单元和数字信号处理单元，射频放大器用于将监测天线接收回的信号进行滤波、放大和整形，并发送至所述数字信号处理单元进行解算；所述数字信号处理单元包括：FPGA芯片、DSP芯片、RTC芯片、RS232串口芯片、FRAM闪存芯片、FLASH芯片、DA芯片和AD芯片，通过对监测天线接收到的信号进行预处理和解算，并通过所述RS232串口发送给所述主控单元、遥控单元和显控单元，以达到对本设备的信号的监测。

Description

一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统

技术领域

本发明涉及多普勒高频技术领域，特别涉及一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统。

背景技术

近年来，随着国内外机场导航设备的日益增加，对设备的要求也越来越高。上一代的多普勒甚高频全向信标的监测为远场监测方式，监测天线距台站距离在80～200米左右，其占地面积大，机场维护费用高，且对日常维护工作带来了很多困难。针对目前设备的这种情况，相关研发人员一直在研究如何去解决和优化。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统，包括：射频放大器单元和数字信号处理单元，其中，

所述射频放大器单元包括：射频放大器、数控衰减芯片和50MHz信号发生器，其中，所述射频放大器接入监测信号，所述射频放大器的输入端与所述数控衰减芯片的输出端连接，所述数控衰减芯片的输入端与所述数字信号处理单元连接，所述射频放大器的输入端与所述50MHz信号信号发生器的输出端连接，所述50MHz信号发生器的输出端进一步与所述数字信号处理单元；其中，所述射频放大器用于将监测天线接收回的信号进行滤波、放大和整形，并发送至所述数字信号处理单元进行解算；

所述数字信号处理单元包括：FPGA芯片、DSP芯片、RTC芯片、RS232串口芯片、FRAM闪存芯片、FLASH芯片、DA芯片和AD芯片，其中，所述FPGA芯片与所述RS232串口芯片双向连接，所述RS232串口芯片与外部的主控单元、遥控单元和显控单元进行数据交换，其中，所述FPGA芯片和DSP芯片通过对监测天线接收到的信号进行预处理和解算，并通过所述RS232串口发送给所述主控单元、遥控单元和显控单元，以达到对本设备的信号的监测；

所述FPGA芯片的输出端与所述数控衰减芯片的输入端连接，所述FPGA芯片的输入端进一步与50MHz信号发生器的输出端连接，所述FPGA芯片的输出端与所述DA芯片的输入端连接，所述FPGA芯片的输入端与所述AD芯片的输出端连接；其中，所述AD芯片用于采集模拟数据，所述FPGA芯片和DSP芯片的组合处理器通过所述RTC芯片来提供系统时间，通过所述FRAM闪存芯片存储系统的参数；

所述DSP芯片与所述FPGA芯片的双向连接，所述DSP芯片的输入端与所述RTC芯片的输出端连接，所述DSP芯片与所述FRAM闪存芯片和所述FLASH芯片双向连接。

进一步，还包括I2C接口，通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制。

进一步，通过I2C总线传输的信号，包括：监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器信号、金属按键信号和指示灯信号。

进一步，所述显控单元，提供外置液晶屏进行显示，采用LVDS接口通信。

进一步，所述FPGA芯片采用型号为EP4CE55F23I7的FPGA芯片；所述DSP芯片采用型号为TMS320C6713BGDPA200的DSP芯片

根据本发明实施例的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，该系统占地面积小，监测天线只需要安装于地网边缘即可实现对本场信号的监测功能、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强，减少用户维护成本等多项优点。

本发明的有益效果是：本发明的监测系统是临场监测，距天线中心位置距离18米左右，大大减少了机场用地，为客户日常维护提供了很大便利条件；上一代监测系统为远场监测，距离天线中心位置80～200米左右，日常维护十分不便，同时也使客户增加更多场地的使用费用。

该监测系统可扩展性好，监测信息准确，通信速度快，性能好，串口通信速率相比上代都有了提升。该系统提供了良好的人机界面，并且通过遥控器可以实现监测系统的远距离操控。上代的控制系统并没有遥控器，不能实现远距离操控。系统成本缩减，所选用原材料均为市面上稳定可靠的工业级器件，使得采购周期、生产周期均缩短，比上代的控制系统成本缩减近30％。由于元器件的优化升级，系统的体积也缩小，更加便于安装调试和维护。系统研发成功以后，迅速用到多普勒甚高频全向信标设备中，更加适应了环境的要求，在一些复杂的环境中也得到了应用，比上代的监测系统更能适应复杂的电磁环境下长时间工作。

总之，本监测系统具有串口通信功能、IO控制采集功能、AD采集功能。本监测系统通用性好、可扩展性好、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强，可用于Dvor等导航设备。本监测系统还可用于其它导航设备中。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的多普勒甚高频全向信标临场监测系统的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提出一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统，用于多普勒甚高频全向信标的信号临场监测。

如图1所示，本发明实施例的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，包括：射频放大器单元1和数字信号处理单元2。

具体的，射频放大器单元1包括：射频放大器100、数控衰减芯片200和50MHz信号发生器300，其中，射频放大器100接入监测信号，射频放大器100的输入端与数控衰减芯片200的输出端连接，数控衰减芯片200的输入端与数字信号处理单元2连接，射频放大器100的输入端与50MHz信号信号发生器300的输出端连接，50MHz信号发生器300的输出端进一步与数字信号处理单元2；其中，射频放大器100用于将监测天线接收回的信号进行滤波、放大和整形，并发送至数字信号处理单元2进行解算。需要说明的是，信号的功率大小可通过信号处理器进行数字控制。射频放大器单元1还包括射频信号功分器芯片。

数字信号处理单元2包括：FPGA芯片500、DSP芯片400、RTC芯片600、RS232串口芯片700、FRAM闪存芯片800、FLASH芯片900、DA芯片1000和AD芯片1100，其中，FPGA芯片500与RS232串口芯片700双向连接，RS232串口芯片700与外部的主控单元、遥控单元和显控单元进行数据交换，其中，FPGA芯片500和DSP芯片400通过对监测天线接收到的信号进行预处理和解算，并通过RS232串口发送给主控单元、遥控单元和显控单元，以达到对本设备的信号的监测。具体来说，控制系统进行RS232串口进行串行通信，能够根据具体应用编写通信协议，实现完整的串行通信功能，在设备中与罗盘模块、北斗模块及无线模块实现串口的通信。

FPGA芯片500的输出端与数控衰减芯片200的输入端连接，FPGA芯片500的输入端进一步与50MHz信号发生器300的输出端连接，FPGA芯片500的输出端与DA芯片1000的输入端连接，FPGA芯片500的输入端与AD芯片1100的输出端连接；其中，AD芯片1100用于采集模拟数据，FPGA芯片500和DSP芯片400的组合处理器通过RTC芯片600来提供系统时间，通过FRAM闪存芯片存储系统的参数。

具体的，AD芯片1100采集射频模拟输入信号。在本发明的实施例中，AD芯片1100可以采用型号为AD9245的AD芯片1100，进行模拟数据的采集，输入分辨率为14比特，即14路AD，并进行滤波处理，最终根据应用需要来实现报警、输出、存储功能。

DSP芯片400与FPGA芯片500的双向连接，DSP芯片400的输入端与RTC芯片600的输出端连接，DSP芯片400与FRAM闪存芯片和FLASH芯片900双向连接。

在本发明的实施例中，多普勒甚高频全向信标临场监测系统，进一步还提供I/O控制采集功能，包括I2C接口，通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制。最大IO的数量可以达到256路。

具体的，通过I2C总线传输的信号，包括：监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器信号、金属按键信号和指示灯信号。

在本发明的实施例中，显控单元可以提供外置液晶屏进行显示，采用LVDS接口通信。即，系统的显控部分主要完成显示任务，把相关的内容进行显示，系统具有显示接口，外扩了一块液晶屏进行显示，接口为LVDS接口。

在本发明的实施例中，FPGA芯片500采用型号为EP4CE55F23I7的FPGA芯片；DSP芯片400采用型号为TMS320C6713BGDPA200的DSP芯片。

具体来说，FPGA+DSP组合处理器采用INTEL公司的EP4CE55F23I7工业级宽温芯片，外部连接1片64Mbit，低功耗，50Mhz的SPI串行接口的Flash来作为系统配置芯片，系统运行的算法程序编辑完整后会存储在片上，等待下一次系统上电，程序将自动加载运行；另一片采用了TI公司的TMS320C6713BGDPA200工业级宽温芯片，外部连接了一片4Mbit，8位的Flash来作为系统配置芯片；同时连接一片FRAM闪存，作为芯片外部运行内存使用。

FPGA+DSP组合处理器主要负责将采集来的信号进行解算，传递给相应的单元进行显示与应用，同时对外部接口提供各类驱动程序，快速接收处理大量数据信息。

此外，本发明的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，还包括电源芯片。控制系统从各工作单元板获取各工作单元的工作状态即正常或故障信息，可以从各电源输出获取各电源工作状态信息，可采集各电源的电压，这些信息可通过维护软件和液晶屏显示查询，同时可以通过维护软件向系统设置参数。

控制系统通过网转光模块实现与遥控器之间的数据通信，实现远程遥控设备对本机设备的状态控制及本机设备状态信息的读取，在不连接光纤的情况下，可用无线模块与遥控器进行通信。

根据本发明实施例的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，该系统占地面积小，监测天线只需要安装于地网边缘即可实现对本场信号的监测功能、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强，减少用户维护成本等多项优点。

本发明的有益效果是：本发明的监测系统是临场监测，距天线中心位置距离18米左右，大大减少了机场用地，为客户日常维护提供了很大便利条件；上一代监测系统为远场监测，距离天线中心位置80～200米左右，日常维护十分不便，同时也使客户增加更多场地的使用费用。

该监测系统可扩展性好，监测信息准确，通信速度快，性能好，串口通信速率相比上代都有了提升。该系统提供了良好的人机界面，并且通过遥控器可以实现监测系统的远距离操控。上代的控制系统并没有遥控器，不能实现远距离操控。系统成本缩减，所选用原材料均为市面上稳定可靠的工业级器件，使得采购周期、生产周期均缩短，比上代的控制系统成本缩减近30％。由于元器件的优化升级，系统的体积也缩小，更加便于安装调试和维护。系统研发成功以后，迅速用到多普勒甚高频全向信标设备中，更加适应了环境的要求，在一些复杂的环境中也得到了应用，比上代的监测系统更能适应复杂的电磁环境下长时间工作。

总之，本监测系统具有串口通信功能、IO控制采集功能、AD采集功能。本监测系统通用性好、可扩展性好、稳定性强、通信速率高，通信响应快、体积小、抗干扰性强，可用于Dvor等导航设备。本监测系统还可用于其它导航设备中。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种多普勒甚高频全向信标临场监测系统，其特征在于，包括：射频放大器单元和数字信号处理单元，其中，

所述射频放大器单元包括：射频放大器、数控衰减芯片和50MHz信号发生器，其中，所述射频放大器接入监测信号，所述射频放大器的输入端与所述数控衰减芯片的输出端连接，所述数控衰减芯片的输入端与所述数字信号处理单元连接，所述射频放大器的输入端与所述50MHz信号信号发生器的输出端连接，所述50MHz信号发生器的输出端进一步与所述数字信号处理单元；其中，所述射频放大器用于将监测天线接收回的信号进行滤波、放大和整形，并发送至所述数字信号处理单元进行解算；

所述数字信号处理单元包括：FPGA芯片、DSP芯片、RTC芯片、RS232串口芯片、FRAM闪存芯片、FLASH芯片、DA芯片和AD芯片，其中，所述FPGA芯片与所述RS232串口芯片双向连接，所述RS232串口芯片与外部的主控单元、遥控单元和显控单元进行数据交换，其中，所述FPGA芯片和DSP芯片通过对监测天线接收到的信号进行预处理和解算，并通过所述RS232串口发送给所述主控单元、遥控单元和显控单元，以达到对本设备的信号的监测；

所述FPGA芯片的输出端与所述数控衰减芯片的输入端连接，所述FPGA芯片的输入端进一步与50MHz信号发生器的输出端连接，所述FPGA芯片的输出端与所述DA芯片的输入端连接，所述FPGA芯片的输入端与所述AD芯片的输出端连接；其中，所述AD芯片用于采集模拟数据，所述FPGA芯片和DSP芯片的组合处理器通过所述RTC芯片来提供系统时间，通过所述FRAM闪存芯片存储系统的参数；

所述DSP芯片与所述FPGA芯片的双向连接，所述DSP芯片的输入端与所述RTC芯片的输出端连接，所述DSP芯片与所述FRAM闪存芯片和所述FLASH芯片双向连接。

2.如权利要求1所述的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，其特征在于，还包括I2C接口，通过I2C总线扩展的输入输出单元进行数字量的输入采集和输出控制。

3.如权利要求2所述的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，其特征在于，通过I2C总线传输的信号，包括：监测器的告警和旁路、发射机的开关机信号、蜂鸣器信号、金属按键信号和指示灯信号。

4.如权利要求1所述的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，其特征在于，所述显控单元，提供外置液晶屏进行显示，采用LVDS接口通信。

5.如权利要求1所述的多普勒甚高频全向信标临场监测系统，其特征在于，所述FPGA芯片采用型号为EP4CE55F23I7的FPGA芯片；所述DSP芯片采用型号为TMS320C6713BGDPA200的DSP芯片。

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