CN114337700B - 一种ads-b系统发射链路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种ADS‑B系统发射链路及其控制方法，包括：频率合成器、带通滤波器、单刀双掷开关、驱动放大器、功率放大器、T/R开关，通过有效控制信号实现ADS‑B系统的收发转换控制，同时实现包括前导信号、数据信号的ADS‑B系统1090MHz发射信号的产生、滤波、放大，最后通过天线将发射信号向空间广播。本发明的优点是：不需要对信号进行多次上变频、滤波，减小了变频损失、插入损耗，结构简单，谐波/杂波抑制比高，信号质量优异，所用元器件少，造价低、体积小、功耗低，适合多种机载平台安装，尤其满足小微型无人机安装，平台适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及空管技术监视技术领域，特别涉及一种ADS-B系统发射链路及其控制方法。
背景技术
安装有ADS-B系统的飞机，采用全向广播方式主动向其他飞机、地面发送自身的位置、身份、事件、状态等信息，能够实现空空目标监视、空地目标监视，为飞机的导航、防撞提供监视数据源。本机ADS-B和其他机载ADS-B，结合空管监视系统，能形成精确、完整的空域飞行态势信息，为空域防冲突、解冲突提供信息支撑。
中国发明专利公开了ADS-B系统发射链路的信号处理方法及实施装置，公开号为CN104575109A，该发明专利中系统首先对待发送消息进行编码，形成基带数字信号，然后将基带信号发送至射频链路，进行数模转换、上变频、滤波、放大，形成1090MHz射频发射信号，再由天线向空间广播。
中国发明专利公开了一种发射机及其信号处理方法，公开号为CN109462410A，系统先产生基带数字信号，然后将信号变至中频，对信号进行数模转换，最后对信号进行上变频、滤波、放大，形成1090MHz射频发射信号。
上述现有技术中ADS-B系统的发射链路实现技术，需要首先产生基带信号，再对信号进行多次上变频、滤波，发射链路结构复杂、系统损耗大、信号质量较差，所用器件多，体积大，造价高。
缩略语和关键术语定义:
自动相关监视(ADS-B:Automatic Dependent Surveillance Broadcast)；
单刀双掷开关(SPDT:Single Pole Double Throw)；
现场可编程逻辑门阵列(FPGA:Field Programmable Gate Array)。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种ADS-B系统发射链路及其控制方法。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种ADS-B系统发射链路，包括：FPGA、频率合成器、带通滤波器、单刀双掷开关A、驱动放大器、单刀双掷开关B、功率放大器、T/R开关和ADS-B天线；
频率合成器连接带通滤波器，带通滤波器连接单刀双掷开关A，单刀双掷开关A分别连接驱动放大器和50Ω匹配电阻并接地。
所述驱动放大器连接单刀双掷开关B，单刀双掷开关B分别连接功率放大器和50Ω匹配电阻并接地。
功率放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接T/R开关，T/R开关分别连接ADS-B天线和FPGA的接收通道；
FPGA通过载波开关调制信号PBB控制单刀双掷开关A，通过收发开关控制信号CTL1控制单刀双掷开关B，通过功放控制信号VGS控制功率放大器的功率；通过T/R开关控制信号CTL2控制T/R开关。
通过有效控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，实现ADS-B系统发射链路的收发转换控制，同时实现包括前导信号、数据信号的ADS-B系统1090MHz发射信号的产生、滤波、放大，最后通过天线将发射信号向空间广播。
进一步地，带通滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz。
本发明还公开了ADS-B系统发射链路的控制方法，包括以下步骤：
S1：利用频率合成器产生1090MHz余弦信号；
S2：利用带通滤波器对产生的余弦信号进行带通滤波；
S3：利用FPGA产生发射请求信号T_req、发射完成标识信号T_ok和发射链路控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，其具体过程如下：
S31：FPGA通过数据接口接收待发射的数据，然后产生数据发射请求信号T_req，待发射的数据包括：设备类型信息、身份信息、本机状态、本机位置、操作状态、本机航向信息、本机速度信息、校验信息，在需要发射数据时，T_req持续一个系统时钟周期的高电平，其余时间为低电平。
S32：产生PBB信号；
S33：产生CTL1、VGS、CTL2控制信号及发射完成标识信号T_ok；
S4：利用PBB信号控制单刀双掷开关A，当PBB信号为高电平时单刀双掷开关A信号能有效发射至驱动放大器；当PBB信号为低电平时单刀双掷开关A切换，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地。
S5：利用驱动放大器对经过单刀双掷开关A的输出射频信号进行放大，使其满足功率放大器的输入信号功率要求。
S6：利用CTL1信号控制单刀双掷开关B，当CTL1信号为高电平时单刀双掷开关B掷于信号能有效发射至功率放大器；当CTL1信号为低电平时单刀双掷开关B切换，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地。
S7：利用功率放大器对经过单刀双掷开关B的输出射频信号进行放大，使其满足ADS-B系统向空间广播信号的功率要求。
S8：利用带通滤波器对功放后的射频信号进行带通滤波，
S9：利用CTL2信号控制T/R开关，当CTL2为高电平时，T/R开关连接ADS-B天线，此时发射有效，接收无效；当CTL为低电平时，T/R开关连接FPGA的接收通道，此时发射无效，接收有效。
S10：利用ADS-B天线，对经过T/R开关的发射信号进行广播。
进一步地，S32中PBB信号包括8us的前导脉冲信号和112us的数据信号。数据段中每1us的波形表示1bit数据，若前0.5us为低电平且后0.5us为高电平时，表示这一位传输0；若前0.5us为高电平，且后0.5us为低电平，表示这一位传输1。
进一步地，S33中FPGA在数据发射请求信号T_req到来后，将VGS信号由低电平拉为高电平，VGS信号高电平持续124us后，变为低电平，非发射状态时VGS为低电平。在VGS变为高电平1us后，将CTL1、CTL2信号由低电平拉为高电平，CTL1、CTL2信号高电平持续122us后，变为低电平，非发射状态时CTL1、CTL2为低电平。在CTL1变为高电平1us后，产生PBB信号，并在VGS信号高电平持续124us后，产生发射完成标识信号T_ok，此时T_ok为持续一个系统时钟周期的高电平信号，其余时间T_ok为低电平信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
相对于传统的ADS-B发射机，不需要对信号进行多次上变频、滤波，减小了变频损失、插入损耗，结构简单，谐波/杂波抑制比高，信号质量优异，所用元器件少，造价低、体积小、功耗低，适合多种机载平台安装，尤其满足小微型无人机安装，平台适应性强。
附图说明
图1是本发明实施例ADS-B系统发射链路结构示意图；
图2是本发明实施例PBB信号波形图；
图3是本发明实施例ADS-B系统发射链路各信号工作时序。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
ADS-B系统发射链路组成如图1所示，包括频率合成器、带通滤波器、单刀双掷开关、驱动放大器、功率放大器、T/R开关；
控制信号包括：载波开关调制信号PBB、收发开关控制信号CTL1、功放控制信号VGS、T/R开关控制信号CTL2。通过有效控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，能实现系统的收发转换控制，同时实现包括前导信号、数据信号的ADS-B系统1090MHz发射信号的产生、滤波、放大，最后通过天线将发射信号向空间广播。
ADS-B一次信号发射的具体过程如下：
(1)利用频率合成器产生1090MHz余弦信号；
(2)利用带通滤波器对产生的余弦信号进行带通滤波，滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz；
利用FPGA产生发射请求信号T_req、发射完成标识信号T_ok和发射链路控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，其具体过程如下：
FPGA通过数据接口接收待发射的数据，然后产生数据发射请求信号T_req，待发射的数据包括：设备类型信息、身份信息、本机状态、本机位置、操作状态、本机航向信息、本机速度信息、校验信息等，共112bit，在需要发射数据时，T_req持续一个系统时钟周期的高电平，其余时间为低电平。
产生PBB信号，如图2所示，PBB信号包括8us的前导脉冲信号和112us的数据信号。数据段中每1us的波形表示1bit数据，若前0.5us为低电平且后0.5us为高电平时，表示这一位传输0；若前0.5us为高电平，且后0.5us为低电平，表示这一位传输1。
产生CTL1、VGS、CTL2控制信号及发射完成标识信号T_ok，其与PBB信号、T_req信号的时序关系如图3所示。FPGA在数据发射请求信号T_req到来后，将VGS信号由低电平拉为高电平，VGS信号高电平持续124us后，变为低电平，非发射状态时VGS为低电平。在VGS变为高电平1us后，将CTL1、CTL2信号由低电平拉为高电平，CTL1、CTL2信号高电平持续122us后，变为低电平，非发射状态时CTL1、CTL2为低电平。在CTL1变为高电平1us后，产生PBB信号，并在VGS信号高电平持续124us后，产生发射完成标识信号T_ok，此时T_ok为持续一个系统时钟周期的高电平信号，其余时间T_ok为低电平信号。
(3)利用PBB信号控制单刀双掷开关SPDT1，当PBB信号为高电平时SPDT1掷于k1，此时信号能有效发射；当PBB信号为低电平时SPDT1掷于k2，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地。
(4)利用驱动放大器对经过单刀双掷开关SPDT1的k1点的输出射频信号进行放大，使其满足功率放大器的输入信号功率要求。
(5)利用CTL1信号控制单刀双掷开关SPDT2，当CTL1信号为高电平时SPDT2掷于k3，此时信号能有效发射；当CTL1信号为低电平时SPDT2掷于k4，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地。
(6)利用功率放大器对经过单刀双掷开关SPDT2的k3点的输出射频信号进行放大，使其满足ADS-B系统向空间广播信号的功率要求。
(7)利用带通滤波器对功放后的射频信号进行带通滤波，滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz；
(8)利用CTL2信号控制T/R开关，当CTL2为高电平时，开关掷于k5，此时发射有效，接收无效；当CTL为低电平时，开关掷于k6，此时发射无效，接收有效。
(9)利用ADS-B天线，对经过T/R开关的发射信号进行广播。
实施例1，设待发射的本机ADS-B数据为0010…01。
(1)频率合成器产生一个1090MHz的余弦信号，其输出功率为3dBm；
(2)经过带通滤波器，滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz，输出信号功率为0dBm；
(3)产生数据发射请求信号T_req，然后产生控制信号：PBB、CTL1、VGS、CTL2，其波形如图3所示；
(4)信号经过SPDT1，输出信号功率为-1dBm；
(5)信号经过驱动放大器，其放大增益为20dB，输出信号功率为19dBm；
(6)信号经过SPDT2，输出信号为18dBm；
(7)信号经过功率放大器，其放大增益为20dB，输出信号功率为38dBm；
(8)信号经过带通滤波器，滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz，输出信号功率为35dBm；
(9)信号经过T/R开关，输出信号为34dBm；
(10)ADS-B天线将34dBm的发射信号向空间全向广播，实现信号发射。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种ADS-B系统发射链路，其特征在于，包括：FPGA、频率合成器、带通滤波器、单刀双掷开关A、驱动放大器、单刀双掷开关B、功率放大器、T/R开关和ADS-B天线；
频率合成器连接带通滤波器，带通滤波器连接单刀双掷开关A，单刀双掷开关A分别连接驱动放大器和50Ω匹配电阻并接地；
所述驱动放大器连接单刀双掷开关B，单刀双掷开关B分别连接功率放大器和50Ω匹配电阻并接地；
功率放大器连接带通滤波器，带通滤波器连接T/R开关，T/R开关分别连接ADS-B天线和FPGA的接收通道；
所述FPGA发射请求信号T_req、发射完成标识信号T_ok和发射链路控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2；
FPGA通过载波开关调制信号PBB控制单刀双掷开关A，通过收发开关控制信号CTL1控制单刀双掷开关B，通过功放控制信号VGS控制功率放大器的功率；通过T/R开关控制信号CTL2控制T/R开关；
通过有效控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，实现ADS-B系统发射链路的收发转换控制，同时实现包括前导信号、数据信号的ADS-B系统1090MHz发射信号的产生、滤波、放大，最后通过天线将发射信号向空间广播。
2.根据权利要求1所述的一种ADS-B系统发射链路，其特征在于：带通滤波器中心频率为1090MHz，通带带宽为2MHz。
3.根据权利要求1所述的一种ADS-B系统发射链路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：利用频率合成器产生1090MHz余弦信号；
S2：利用带通滤波器对产生的余弦信号进行带通滤波；
S3：利用FPGA产生发射请求信号T_req、发射完成标识信号T_ok和发射链路控制信号PBB、CTL1、VGS、CTL2，其具体过程如下：
S31：FPGA通过数据接口接收待发射的数据，然后产生数据发射请求信号T_req，待发射的数据包括：设备类型信息、身份信息、本机状态、本机位置、操作状态、本机航向信息、本机速度信息、校验信息，在需要发射数据时，T_req持续一个系统时钟周期的高电平，其余时间为低电平；
S32：产生PBB信号；
S33：产生CTL1、VGS、CTL2控制信号及发射完成标识信号T_ok；
S4：利用PBB信号控制单刀双掷开关A，当PBB信号为高电平时单刀双掷开关A信号能有效发射至驱动放大器；当PBB信号为低电平时单刀双掷开关A切换，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地；
S5：利用驱动放大器对经过单刀双掷开关A的输出射频信号进行放大，使其满足功率放大器的输入信号功率要求；
S6：利用CTL1信号控制单刀双掷开关B，当CTL1信号为高电平时单刀双掷开关B掷于信号能有效发射至功率放大器；当CTL1信号为低电平时单刀双掷开关B切换，此时信号不能有效发射，经过50Ω匹配电阻后接地；
S7：利用功率放大器对经过单刀双掷开关B的输出射频信号进行放大，使其满足ADS-B系统向空间广播信号的功率要求；
S8：利用带通滤波器对功放后的射频信号进行带通滤波，
S9：利用CTL2信号控制T/R开关，当CTL2为高电平时，T/R开关连接ADS-B天线，此时发射有效，接收无效；当CTL为低电平时，T/R开关连接FPGA的接收通道，此时发射无效，接收有效；
S10：利用ADS-B天线，对经过T/R开关的发射信号进行广播。
4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：S32中PBB信号包括8us的前导脉冲信号和112us的数据信号；数据段中每1us的波形表示1bit数据，若前0.5us为低电平且后0.5us为高电平时，表示这一位传输0；若前0.5us为高电平，且后0.5us为低电平，表示这一位传输1。
5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：S33中FPGA在数据发射请求信号T_req到来后，将VGS信号由低电平拉为高电平，VGS信号高电平持续124us后，变为低电平，非发射状态时VGS为低电平；在VGS变为高电平1us后，将CTL1、CTL2信号由低电平拉为高电平，CTL1、CTL2信号高电平持续122us后，变为低电平，非发射状态时CTL1、CTL2为低电平；在CTL1变为高电平1us后，产生PBB信号，并在VGS信号高电平持续124us后，产生发射完成标识信号T_ok，此时T_ok为持续一个系统时钟周期的高电平信号，其余时间T_ok为低电平信号。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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