CN116582164B - 一种多模式地面航空通信电台 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多模式地面航空通信电台，属于航空通信技术领域，本发明地面航空通信电台包括：VHF电台主机和VHF天线。所述地面航空通信电台被配置为支持VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链三种工作模式。当配置为VHF话音通信工作模式时，电台仅用于VHF话音通信，屏蔽其他工作模式；当配置为ACARS数据链工作模式时，电台仅用于ACARS数据链通信，屏蔽其他工作模式；当配置为VDL模式2数据链工作模式时，电台仅用于VDL模式2数据链通信，屏蔽其他工作模式。使得本发明地面航空通信电台可以灵活配置工作模式，适配的机载电台类型更多。

Description

一种多模式地面航空通信电台
技术领域
本发明属于航空通信技术领域，尤其涉及一种多模式地面航空通信电台。
背景技术
目前全球范围内民航通信使用VHF（甚高频）通信、HF（高频）通信和SATCOM（卫星通信）。其中，VHF通信是当前最广泛使用的通信手段，主要包括VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链。
VHF话音通信用于飞机与地面台站、飞机与飞机之间的双向模拟语音通信联络，采用单边带模拟调幅方式，工作频率范围118 MHZ～137MHZ，频率间隔为25KHZ。ACARS数据链用于飞机与地面台站之间的双向数据链通信，采用MSK调制方式，工作频率范围118 MHZ～137MHZ，频率间隔25KHz，通信速率2.4Kbps。VDL模式2数据链采用D8PSK数字调制方式，工作频段118 MHZ～137MHZ，频率间隔25KHz或8.33KHz可配置，通信速率31.5Kbps，是未来空中交通四维航迹运行的核心通信手段，VHF话音通信和ACARS数据链正在向VDL模式2数据链过渡。
目前民航飞机均配备了VHF话音通信电台，大部分飞机配备有ACARS数据链电台，极少数新型飞机配备了VDL模式2电台，为了确保空地通信能力，地面通常需要独立配备三种电台，电台类型多、设备管理难、系统外部配线复杂。目前国产电台仅具备VHF话音通信一种工作模式能力，远不能满足地空通信的需要。随着新技术发展，采用支持VHF话音、ACARS数据链、VDL模式2数据链的多模式高集成的地面通信电台，实现一台多用，已成为未来发展的趋势。
现有的地面航空通信电台存在如下缺点：
（1）现有的地面航空通信电台只能工作在VHF话音通信模式，或者工作在VHF和HF两种频段的话音通信模式，设备不支持数据通信，无法支持数字化管制指挥，不能满足现代空管通信的需要。
（2）现有的地面航空通信电台工作模式单一、集成度低，不能工作在ACARS数据链、VDL模式2数据链模式，不具备ACARS数据链和VDL模式2数据链通信能力，无法与装备有机载ACARS电台、VDL模式2电台的飞机进行数据通信。
（3）现有的地面航空通信电台工作模式单一，在面对多种类型飞机通信时，地面通信台站需要分别建设VHF话音电台、ACARS数据链电台、VDL模式2电台，将导致设备类型多、架设困难、配线复杂、工作可靠性低、管理与维修困难等问题。
（4）部分地面航空通信电台具备VHF话音、ACARS数据链和VDL模式2数据链的三种工作模式，但外部接口复杂、通用性差，仅适配自有设备体系，难于与各类电台进行联网工作。
发明内容
本发明的目的在于：为了克服现有技术问题，公开了一种多模式地面航空通信电台，本发明电台集成了VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链三种通信功能。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种多模式地面航空通信电台，所述地面航空通信电台被配置为支持VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链三种工作模式；
所述地面航空通信电台包括：VHF电台主机和VHF天线，其中，所述VHF电台主机包括：发射机、接收机、处理模块、监控模块；
所述发射机被配置为接收处理模块已调制的VHF点频信号，并经VHF天线完成射频信号发射；
所述接收机被配置为接收来自VHF天线的VHF点频信号，并输出中频信号给处理模块；
所述处理模块包括信号变换单元、信号处理单元和数据处理单元；
其中，所述信号变换单元被配置为完成对接收机输出中频信号进行ADC采样，输出中频数字信号至信号处理单元；且所述信号变换单元被配置为根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，并输出VHF点频信号至发射机；
所述信号处理单元被配置为对信号变换单元输出的中频数字信号进行数字解调和译码，并根据工作模式选择输出音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带；所述信号处理单元还被配置为完成对外部输入的音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带进行成帧、编码的处理，然后进行数字I/Q调制，生成I/Q两路中频信号；
所述数据处理单元被配置为完成ACARS和VDL模式2下数据基带的帧组装与拆解、载波侦听数据处理和对外接口数据处理，同时与监控模块协同进行人机交互信息的处理；
所述监控模块为人机交互端。
根据一个优选的实施方式，所述发射机被配置为接收来自处理模块已调制的118MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和功率放大的处理后，通过内置开关连通到VHF天线，将射频信号从VHF天线发射出去。
根据一个优选的实施方式，所述接收机接收来自VHF天线的118 MHz～137.000MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和混频后，输出21.4MHz的中频信号，送给处理模块。
根据一个优选的实施方式，所述信号变换单元一方面采用AD9640芯片完成对中频的ADC，采样速率选择85.6Msps，输出中频数字信号；另一方面所述信号变换单元根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，输出118MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号。
根据一个优选的实施方式，所述信号处理单元还被配置为对接收的中频数字信号进行检测，进行CSMA载波侦听，以识别信道的忙闲状态。
根据一个优选的实施方式，所述信号处理单元还被配置为对安装在发射机中的内置开关进行切换管理，以及射频收发状态的管理，
当需要发射且信道闲时，将内置开关接通VHF天线和发射机，同时使能发射机的工作状态；在发射之外的时间段控制内置开关接通VHF天线和接收机，同时使能接收机的工作状态。
根据一个优选的实施方式，所述信号处理单元还被配置为进行对外接口的信号处理，完成TCP/IP接口、调试接口、对外滤波器接口、遥控接口的解译处理与隔离和电平转换；
同时，所述信号处理单元还被配置为完成音频的可调增益低噪放大、带通滤波和ADC采样。
根据一个优选的实施方式，所述监控模块用于对外显示电台的状态信息，包括调制度、温度、电压、音量、信号强度、驻波比、工作模式；
所述监控模块被配置还用于进行输入操作及其操作状态显示，包括工作模式设置、频率设置、波道间隔设置、静噪状态控制；
所述监控模块还用于配置设备自检、数据记录、记录数据上传的各项参数。
根据一个优选的实施方式，所述VHF电台主机还包括电源模块，所述电源模块接受外部交流220V、直流24V电压输入，经过保护处理和电压变换后，输出直流+5V、+24V、-48V的电压，为VHF电台主机提供所需电能。
根据一个优选的实施方式，所述VHF电台主机还包括总线背板，所述总线背板连接发射机、接收机、处理模块、监控模块、电源模块，为机内模块间的模拟量、数据量、电压量提供信号交联。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
本发明的有益效果：
本发明多模式地面航空通信电台集成了VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链通信功能，可以灵活配置工作模式，适配的机载电台类型更多。本发明电台支持话音和数据通信，可为数字化管制指挥、四维航迹运行应用提供支撑。且本发明电台所具备的VDL模式2数据链通信能力，可以解决目前的航空通信瓶颈问题，满足未来大流量空中交通的通信需要。
附图说明
图1是本发明多模式地面航空通信电台组成图；
图2是本发明电台的核心信号与信息处理流程示意图；
图3是本发明VHF电台主机软件功能组成图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
另外，本发明要指出的是，本发明中，如未特别写出具体涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等，则本发明涉及的结构、连接关系、位置关系、动力来源关系等均为本领域技术人员在现有技术的基础上，可以不经过创造性劳动可以得知的。
实施例1：
参考图1至图3所示，图中示出了一种多模式地面航空通信电台，所述地面航空通信电台被配置为支持VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链三种工作模式。电台可以通过前面板的监控模块进行工作模式的选择配置。
当配置为VHF话音通信工作模式时，电台仅用于VHF话音通信，屏蔽其他工作模式；当配置为ACARS数据链工作模式时，电台仅用于ACARS数据链通信，屏蔽其他工作模式；当配置为VDL模式2数据链工作模式时，电台仅用于VDL模式2数据链通信，屏蔽其他工作模式。
本实施例地面航空通信电台包括：VHF电台主机和VHF天线。本实施例电台工作频带为118 MHZ～137MHZ。
优选地，所述VHF电台主机包括：发射机、接收机、处理模块、监控模块、电源模块和总线背板。
优选地，发射机的功能是进行输出功率可调的功率放大。所述发射机被配置为接收处理模块已调制的VHF点频信号，并经VHF天线完成射频信号发射。
进一步地，所述发射机被配置为接收来自处理模块已调制的118 MHz～137.000MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和功率放大的处理后，通过内置开关连通到VHF天线，将射频信号从VHF天线发射出去。
优选地，接收机的功能是完成射频信号接收并进行可控增益放大。所述接收机被配置为接收来自VHF天线的VHF点频信号，并输出中频信号给处理模块。
进一步地，所述接收机接收来自VHF天线的118 MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和混频后，输出21.4MHz的中频信号，送给处理模块。
优选地，所述处理模块包括信号变换单元、信号处理单元和数据处理单元。
优选地，所述信号变换单元被配置为完成对接收机输出中频信号进行ADC采样，输出中频数字信号至信号处理单元。且所述信号变换单元被配置为根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，并输出VHF点频信号至发射机。
进一步地，所述信号变换单元一方面采用AD9640芯片完成对中频的ADC，采样速率选择85.6Msps，输出中频数字信号。另一方面所述信号变换单元根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，输出118 MHz～137.000MHz范围内VHF点频信号。
优选地，信号处理以XC7K160T型FPGA芯片为核心处理部件。所述信号处理单元被配置为：
一是对信号变换单元输出的中频数字信号进行数字解调和译码，并根据工作模式选择输出音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带；
二是通过对中频数字信号的监测，进行CSMA载波侦听，识别信道的忙闲状态；
三是对外部输入的音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带进行成帧、编码的处理，然后进行数字I/Q调制，生成I/Q两路21.4MHz中频信号；
四是对安装在发射机中的内置开关进行切换管理，以及射频收发状态的管理，当需要发射且信道闲时，将内置开关接通VHF天线和发射机，同时使能发射机的工作状态；在发射之外的时间段控制内置开关接通VHF天线和接收机，同时使能接收机的工作状态，其中，“使能”为电子技术专业词汇，与英文Enable对应，意思是允许电子器件的某个管脚(引脚)、芯片或模块开启某个预设的功能、进入预设的状态；
五是进行对外接口的信号处理，完成TCP/IP接口、调试接口、对外滤波器接口、遥控接口的解译处理与隔离和电平转换；
六是负责对音频的处理，完成音频的可调增益低噪放大、带通滤波和ADC采样。
优选地，数据处理以32位ARM微控制器STM32F722为核心处理部件，所述数据处理单元被配置为完成ACARS和VDL模式2下数据基带的帧组装与拆解、载波侦听数据处理和对外接口数据处理，同时与监控模块协同进行人机交互信息的处理。
优选地，所述监控模块为人机交互端。监控模块可以是一块带小型键盘和LED显示屏的信息处理模组。操作功能为：一是对外显示设备的状态信息，包括调制度、温度、电压、音量、信号强度、驻波比、工作模式；二是进行输入操作及其操作状态显示，包括工作模式设置、频率设置、波道间隔设置、静噪状态控制；三是配置设备自检、数据记录、记录数据上传的各项参数。
优选地，所述电源模块接受外部交流220V、直流24V电压输入，经过保护处理和电压变换后，输出直流+5V、+24V、-48V的电压，为VHF电台主机提供所需电能。
优选地，所述总线背板连接发射机、接收机、处理模块、监控模块、电源模块，为机内模块间的模拟量、数据量、电压量提供信号交联。
VHF电台主机软件由监控模块软件和处理模块软件两部分组成。监控模块软件功能包括电台参数配置、电台状态显示、电台自检配置、数据上传配置，处理模块软件功能包括监控参数处理、设备状态控制、ACARS数据处理、VDL模式2数据处理、接口数据处理。
本发明多模式地面航空通信电台集成了VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链通信功能，可以灵活配置工作模式，适配的机载电台类型更多。本发明电台支持话音和数据通信，可为数字化管制指挥、四维航迹运行应用提供支撑。且本发明电台所具备的VDL模式2数据链通信能力，可以解决目前的航空通信瓶颈问题，满足未来大流量空中交通的通信需要。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述地面航空通信电台被配置为支持VHF话音通信、ACARS数据链和VDL模式2数据链三种工作模式；
所述地面航空通信电台包括：VHF电台主机和VHF天线，其中，所述VHF电台主机包括：发射机、接收机、处理模块、监控模块；
所述发射机被配置为接收处理模块已调制的VHF点频信号，并经VHF天线完成射频信号发射；
所述接收机被配置为接收来自VHF天线的VHF点频信号，并输出中频信号给处理模块；
所述处理模块包括信号变换单元、信号处理单元和数据处理单元；
其中，所述信号变换单元被配置为完成对接收机输出中频信号进行ADC采样，输出中频数字信号至信号处理单元；且所述信号变换单元被配置为根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，并输出VHF点频信号至发射机；
所述信号处理单元被配置为对信号变换单元输出的中频数字信号进行数字解调和译码，并根据工作模式选择输出音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带；所述信号处理单元还被配置为完成对外部输入的音频基带或者ACARS与VDL模式2的数据基带进行成帧、编码的处理，然后进行数字I/Q调制，生成I/Q两路中频信号；
所述数据处理单元被配置为完成ACARS和VDL模式2下数据基带的帧组装与拆解、载波侦听数据处理和对外接口数据处理，同时与监控模块协同进行人机交互信息的处理；
所述监控模块为人机交互端；
所述接收机接收来自VHF天线的118 MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和混频后，输出21.4MHz的中频信号，送给处理模块；
所述信号变换单元一方面采用AD9640芯片完成对中频的ADC，采样速率选择85.6Msps，输出中频数字信号；
另一方面所述信号变换单元根据配置的工作模式，分别对音频、ACARS或VDL模式2的I/Q中频信号进行正交数字上变频，输出118 MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号。
2.如权利要求1所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述发射机被配置为接收来自处理模块已调制的118 MHz～137.000 MHz范围内VHF点频信号，进行可控增益放大和功率放大的处理后，通过内置开关连通到VHF天线，将射频信号从VHF天线发射出去。
3.如权利要求1所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述信号处理单元还被配置为对接收的中频数字信号进行检测，进行CSMA载波侦听，以识别信道的忙闲状态。
4.如权利要求3所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述信号处理单元还被配置为对安装在发射机中的内置开关进行切换管理，以及射频收发状态的管理，
当需要发射且信道闲时，将内置开关接通VHF天线和发射机，同时使能发射机的工作状态；在发射之外的时间段控制内置开关接通VHF天线和接收机，同时使能接收机的工作状态。
5.如权利要求1所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述信号处理单元还被配置为进行对外接口的信号处理，完成TCP/IP接口、调试接口、对外滤波器接口、遥控接口的解译处理与隔离和电平转换；
同时，所述信号处理单元还被配置为完成音频的可调增益低噪放大、带通滤波和ADC采样。
6.如权利要求1所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述监控模块用于对外显示电台的状态信息，包括调制度、温度、电压、音量、信号强度、驻波比、工作模式；
所述监控模块被配置还用于进行输入操作及其操作状态显示，包括工作模式设置、频率设置、波道间隔设置、静噪状态控制；
所述监控模块还用于配置设备自检、数据记录、记录数据上传的各项参数。
7.如权利要求1所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述VHF电台主机还包括电源模块，所述电源模块接受外部交流220V、直流24V电压输入，经过保护处理和电压变换后，输出直流+5V、+24V、-48V的电压，为VHF电台主机提供所需电能。
8.如权利要求7所述的多模式地面航空通信电台，其特征在于，所述VHF电台主机还包括总线背板，所述总线背板连接发射机、接收机、处理模块、监控模块、电源模块，为机内模块间的模拟量、数据量、电压量提供信号交联。
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