CN117727208A - 一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS‑B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。该实现方法采用简化的分机配置方案，复用定向天线和全向天线，具有TCAS测向能力，设备内部通道少，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。
Description
技术领域
本发明涉及机载防撞系统技术领域，具体涉及一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法。
背景技术
目前，机载防撞系统普遍使用TCASII型防撞系统，具有TCAS(Traffic CollisionAvoidance System，机载防撞功能)功能，可提供交通告警(TA)和决断告警(RA)；具有ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，广播式自动相关监视)功能，可提供ADS-B交通目标监视；具有XPDR(Transponder，应答机功能)功能，可提供A模式、C模式和S模式应答，可提供断续振荡和扩展断续振荡。机载防撞系统是防止空中飞机危险接近和相撞事故发生的必不可少的设备，可独立于地面交通管制系统的进行工作。主要用于为飞机提供空中安全分隔保证。系统采用二次雷达原理，实时探测附近空域的目标飞机，及时评估目标飞机相对于本机的运动趋势和威胁程度，根据威胁评估产生交通告警(TA)和决断告警(RA)，提示飞行员存在交通碰撞危险，建议飞行员采取垂直方向上的规避措施，与其它飞机保持适当的安全间距，达到空中防相撞的目的。
传统的机载防撞系统典型配置包括：ACAS收发主机1个、S模式应答机2个、天线切换开关1个、定向天线2个、全向天线2个，可选配置还有控制盒、交通/决断显示器、接口适配器、电源驱动盒、背光电源等，组成分机多、接口交联关系复杂，安装平台限制在运输类飞机。
传统的机载防撞系统采用“ACAS收发主机+定向天线”的方式实现TCAS/ADS-B功能应用，采用“S模式应答机+全向天线”的方式实现XPDR，实际上是分离式的设备组合。
传统的机载防撞系统中，ACAS收发主机采用单发射通道发射方式，通过开关切换方式实现单波束分时覆盖，在旁瓣抑制脉冲P2发送时，将P2脉冲拆分为P2A、P2B脉冲，使用分波束分时发送方式，覆盖主瓣波束相邻的副瓣波束；在TCAS广播和RA广播脉冲序列发送时使用分波束分时发送方式，覆盖定向天线4个波束。
然而，传统的机载防撞系统实现方案存在如下缺陷：传统的机载防撞系统实现方案中1个ACAS收发主机、2个S模式应答机、1个天线切换开关、2个定向天线和2个全向天线，其定向天线只配合ACAS收发主机实现TCAS/ADS-B功能，其全向天线只配合S模式应答机实现XPDR功能，未能实现天线复用，未能实现防撞系统设备综合化，导致设备组成数量多、体积大(3个4MCU主机)、重量大、功耗高，只能在具有较高载荷能力的运输类飞机平台安装使用，限制了防撞系统的推广应用。
另外，传统的机载防撞系统实现方案中，ACAS收发主机采用单通道发射方式，对4波束定向天线的使用率较低，只能分波束分时覆盖，限制了多波束同时覆盖的应用波形使用场景，例如旁瓣抑制脉冲P2覆盖、TCAS广播和RA广播脉冲序列覆盖。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法旨在通过复用天线，简化防撞系统设计，实现设备综合化，提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。本发明将提供机载综合防撞系统的分机配置，特别是设备内部的综合集成方案，在保留TCAS测向能力的前提下，简化防撞系统配置，简化天线配置，降低设备复杂度，减少系统体积、重量和功耗。本发明将提供机载综合防撞系统的天线复用方式，特别是针对1030MHz信号多波束同时覆盖的使用场景实现方案，达到信号快速完成波束覆盖的目的。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。该实现方法采用简化的分机配置方案，复用定向天线和全向天线，具有TCAS测向能力，设备内部通道少，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。
进一步地，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，包括设计防撞处理机及对防撞处理机设置多通道、配置端口和更改；
设计防撞处理机，防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器；第二组环形器包括第五环形器；
设置多通道，将防撞处理机发送通道从单通道扩展为4通道，每个发送通道独立可控，兼容原有的单通道发送能力；
配置端口和更改，包括：
通过5个射频端口对外连接定向天线4端口和全向天线1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
更改发射开关矩阵，将1030MHz询问信号发送从原有的1路切换到8路发射端口的方式更改为1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；将1090MHz应答/扩展断续振荡信号发送从原有的1路切换到2路发射端口的方式更改为保留1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；
更改接收开关矩阵，将1090MHz应答信号接收从原有的4路2选1开关简化更改为1路2选1开关，剩余3路无需通过开关切换；将1030MHz询问信号接收从原有的2路接收更改为5路接收。
进一步地，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，还包括对防撞处理机的如下设计：
采用同一频率源分频选择的方式，根据发射频率的需要选择不同的发送频率(1030MHz和1090MHz)，不同频率信号使用相同的发送通道；
采用同一本振源进行下变频处理，将变频后的不同中频信号分别进行滤波和放大处理，形成TCAS/ADS-B IN功能所需的中频信号、XPDR功能所需的中频信号，通过中频信号区分和解译不同功能的波形信号。
进一步地，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现TCAS功能，包括：
数字处理模块控制发起询问信号，控制发射天线选择为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号进行上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线，实现TCAS询问信号从定向天线发射；
当发射天线选择为全向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线；通过复用全向天线，实现TCAS询问信号从全向天线发射；
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的应答信号；经复用全向天线接收的应答信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的应答信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，进而共形成4路射频应答信号；在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机相对于本架飞机的距离、方位以及高度信息，得到其它飞机运行轨迹，经过实时评估其它飞机相对于本架飞机的碰撞威胁程度，输出交通目标信息和告警信息，实现TCAS功能。
进一步地，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现XPDR功能，包括：
通过全向天线和定向天线，同时接收空中或者地面询问机发出的询问信号；经全向天线接收的询问信号经过第五环行器进入接收通道模块，经定向天线接收的询问信号经过第一环行器1～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，共形成5路射频询问信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，5路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到询问模式信息和5路基带信号强度；通过基带信号强度，确定应答的天线选择全向天线还是定向天线；
当应答的天线选择为定向天线时，数字处理模块根据应答模式(A模式、C模式或者S模式)进行信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线；通过复用定向天线，实现XPDR应答信号从定向天线发射；
当应答的天线选择为全向天线时，数字处理模块根据应答模式进行信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线，实现XPDR应答信号从全向天线发射。
进一步地，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现ADS-B功能；ADS-B功能包括ADS-B发射功能，具体为：
数字处理模块控制发起ADS-B信号，周期切换选择发射天线为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线；通过复用定向天线，实现ADS-B信号从定向天线发射；
当发射的天线选择为全向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线，实现ADS-B信号从全向天线发射。
进一步地，ADS-B功能还包括ADS-B接收功能，具体为：
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的ADS-B信号；经复用全向天线接收的ADS-B信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的ADS-B信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，共形成4路射频应答信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机广播的位置信息(经纬度、高度)、速度信息(东向速度、北向速度、垂直速度等)、身份信息(航班号、尾号等)，及得到其它飞机运行轨迹，输出交通目标信息及其它ADS-B接收应用信息，实现ADS-B接收功能。
进一步地，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，还包括对防撞处理机的如下设计：
在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
第二方面，本发明又提供了一种机载综合防撞系统，该系统是基于上述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法实现的机载综合防撞系统，该系统包括1个防撞处理机、1个定向天线和1个全向天线；
防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器；第二组环形器包括第五环形器；发射通道模块的发送通道为4通道，每个发送通道独立可控，兼容单通道发送能力；
防撞处理机包括5个射频端口，通过其中四个射频端口对外连接定向天线的4端口，通过剩下的一个射频端口对外连接全向天线的1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
该系统采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。
进一步地，该系统在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法的系统架构为“防撞处理机+定向天线+全向天线”的分机组合，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。该实现方法采用简化的分机配置方案，复用定向天线和全向天线，具有TCAS测向能力，设备内部通道少，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。
2、本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法中的防撞处理机设备内部采用简化的通道配置，能够实现TCAS/ADS-B共享使用1090MHz接收通道，能够实现TCAS/ADS-B及XPDR信号同时接收。
3、本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法中采用定向天线复用的方式，实现1030MHz发射信号的高效率使用，能够实现旁瓣抑制波束快速覆盖，能够实现TCAS广播信号、RA广播信号全向快速覆盖。
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，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法对应的系统分机组成框图；
图2为本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法对应的系统设备模块交互框图。
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明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
如图1所示，本发明一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法的系统架构为“防撞处理机+定向天线+全向天线”的分机组合，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。
该实现方法采用简化的分机配置方案，复用定向天线和全向天线，具有TCAS测向能力，设备内部通道少，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。
具体地，本发明实现方法的系统架构为“防撞处理机+定向天线+全向天线”的分机组合，包括设计防撞处理机及对防撞处理机设置多通道、配置端口和更改等；具体如下：
第一，设计防撞处理机，如图2所示，防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器(环形器1)、第二环形器(环形器2)、第三环形器(环形器3)、第四环形器(环形器4)；第二组环形器包括第五环形器(环形器5)；
第二，设置多通道，将防撞处理机发送通道从单通道扩展为4通道，每个发送通道独立可控，兼容原有的单通道发送能力；
第三，配置端口和更改，包括：
通过5个射频端口对外连接定向天线4端口和全向天线1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
更改发射开关矩阵，将1030MHz询问信号发送从原有的1路切换到8路发射端口的方式更改为1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；将1090MHz应答/扩展断续振荡信号发送从原有的1路切换到2路发射端口的方式更改为保留1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；
更改接收开关矩阵，将1090MHz应答信号接收从原有的4路2选1开关简化更改为1路2选1开关，剩余3路无需通过开关切换；将1030MHz询问信号接收从原有的2路接收更改为5路接收。
以上技术方案，该实现方法中的防撞处理机设备内部采用4通道1030MHz/1090MHz发射机、4通道1090MHz接收通道、5通道1030MHz接收通道，能够实现TCAS/ADS-B共享使用1090MHz接收通道，能够实现TCAS/ADS-B及XPDR信号同时接收。
还包括对防撞处理机的如下设计：
在防撞处理机中，复用定向天线和全向天线，定向天线和全向天线用于发射1030MHz信号，实现TCAS功能询问信号发送；定向天线和全向天线用于发射1090MHz信号，实现XPDR功能应答信号发送，实现ADS-BOUT功能扩展断续振荡信号发送。
在防撞处理机中，复用定向天线和全向天线，定向天线和全向天线用于接收1030MHz信号，实现XPDR功能询问信号接收；定向天线和全向天线用于发射1090MHz信号，实现TCAS功能应答信号和断续振荡信号接收，实现ADS-BIN功能扩展断续振荡信号接收。
采用同一频率源分频选择的方式，根据发射频率的需要选择不同的发送频率(1030MHz和1090MHz)，不同频率信号使用相同的发送通道；
采用同一本振源进行下变频处理，将变频后的不同中频信号分别进行滤波和放大处理，形成TCAS/ADS-B IN功能所需的中频信号、XPDR功能所需的中频信号，通过中频信号区分和解译不同功能的波形信号。
具体地，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，包括：
(一)采用定向天线和全向天线复用的方式，实现TCAS功能，包括：
数字处理模块控制发起询问信号，控制发射天线选择为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号进行上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线，实现TCAS询问信号从定向天线发射；
当发射天线选择为全向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线；通过复用全向天线，实现TCAS询问信号从全向天线发射；
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的应答信号；经复用全向天线接收的应答信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的应答信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，进而共形成4路射频应答信号；在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机相对于本架飞机的距离、方位以及高度信息，得到其它飞机运行轨迹，经过实时评估其它飞机相对于本架飞机的碰撞威胁程度，输出交通目标信息和告警信息，实现TCAS功能。
(二)采用定向天线和全向天线复用的方式，实现XPDR功能，包括：
通过全向天线和定向天线，同时接收空中或者地面询问机发出的询问信号；经全向天线接收的询问信号经过第五环行器进入接收通道模块，经定向天线接收的询问信号经过第一环行器1～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，共形成5路射频询问信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，5路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到询问模式信息和5路基带信号强度；通过基带信号强度，确定应答的天线选择全向天线还是定向天线；
当应答的天线选择为定向天线时，数字处理模块根据应答模式(A模式、C模式或者S模式)进行信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线；通过复用定向天线，实现XPDR应答信号从定向天线发射；
当应答的天线选择为全向天线时，数字处理模块根据应答模式进行信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线，实现XPDR应答信号从全向天线发射。
(三)采用定向天线和全向天线复用的方式，实现ADS-B功能；ADS-B功能包括ADS-BOUT功能(即ADS-B发射功能)，具体为：
数字处理模块控制发起ADS-B信号，周期切换选择发射天线为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后经射频线缆馈入定向天线；通过复用定向天线，实现ADS-B信号从定向天线发射；
当发射的天线选择为全向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号经射频线缆馈入全向天线，实现ADS-B信号从全向天线发射。
(四)ADS-B功能还包括ADS-B IN接收(即ADS-B接收功能)，具体为：
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的ADS-B信号；经复用全向天线接收的ADS-B信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的ADS-B信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，共形成4路射频应答信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机广播的位置信息(经纬度、高度)、速度信息(东向速度、北向速度、垂直速度等)、身份信息(航班号、尾号等)，及得到其它飞机运行轨迹，输出交通目标信息及其它ADS-B接收应用信息，实现ADS-B接收功能。
作为进一步地实施，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，还包括对防撞处理机的如下设计：
在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
以上技术方案，该实现方法中采用定向天线复用的方式，实现1030MHz发射信号的高效率使用，具体表现为：发射询问信号时，采用主瓣波束以外的3个波束同时发送旁瓣抑制脉冲P2，简化原有的旁瓣抑制脉冲P2在不同波束分时发送方式，实现旁瓣抑制波束快速覆盖。该实现方法中采用定向天线复用的方式，实现1030MHz发射信号的高效率使用，具体表现为：发射TCAS广播信号、RA广播信号时，采用4波束同时发送的方式，简化原有的分波束分时发送的发送方式，实现TCAS广播信号、RA广播信号全向快速覆盖。
本发明至少包括以下有益效果：
(1)一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法采用简化的分机配置方案，复用定向天线和全向天线，具有TCAS测向能力，设备内部通道少，具有体积小、重量轻、功耗低等优点，能够提升防撞系统设备的装机环境适应性，有利于将机载综合防撞系统推广应用到更多的飞机平台。
(2)一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法中的防撞处理机设备内部采用简化的通道配置，能够实现TCAS/ADS-B共享使用1090MHz接收通道，能够实现TCAS/ADS-B及XPDR信号同时接收。
(3)一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，该实现方法中采用定向天线复用的方式，实现1030MHz发射信号的高效率使用，能够实现旁瓣抑制波束快速覆盖，能够实现TCAS广播信号、RA广播信号全向快速覆盖。
实施例2
如图1和图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了一种机载综合防撞系统，该系统是基于上述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法实现的机载综合防撞系统，该系统包括1个防撞处理机、1个定向天线和1个全向天线；
防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器；第二组环形器包括第五环形器；发射通道模块的发送通道为4通道，每个发送通道独立可控，兼容单通道发送能力；
防撞处理机包括5个射频端口，通过其中四个射频端口对外连接定向天线的4端口，通过剩下的一个射频端口对外连接全向天线的1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
该系统采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。
进一步地，该系统在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，包括设计防撞处理机及对防撞处理机设置多通道、配置端口和更改；
设计防撞处理机，所述防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器；第二组环形器包括第五环形器；
设置多通道，将所述防撞处理机发送通道从单通道扩展为4通道，每个发送通道独立可控，兼容原有的单通道发送能力；
配置端口和更改，包括：
通过5个射频端口对外连接定向天线4端口和全向天线1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
更改发射开关矩阵，将1030MHz询问信号发送从原有的1路切换到8路发射端口的方式更改为1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；将1090MHz应答/扩展断续振荡信号发送从原有的1路切换到2路发射端口的方式更改为保留1路切换2路发射端口，其余3路无需通过选择开关；
更改接收开关矩阵，将1090MHz应答信号接收从原有的4路2选1开关简化更改为1路2选1开关，剩余3路无需通过开关切换；将1030MHz询问信号接收从原有的2路接收更改为5路接收。
3.根据权利要求2所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，还包括对防撞处理机的如下设计：
采用同一频率源分频选择的方式，根据发射频率的需要选择不同的发送频率，不同频率信号使用相同的发送通道；
采用同一本振源进行下变频处理，将变频后的不同中频信号分别进行滤波和放大处理，形成TCAS/ADS-B IN功能所需的中频信号、XPDR功能所需的中频信号，通过中频信号区分和解译不同功能的波形信号。
4.根据权利要求2所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现TCAS功能，包括：
数字处理模块控制发起询问信号，控制发射天线选择为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号进行上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后馈入定向天线，实现TCAS询问信号从定向天线发射；
当发射天线选择为全向天线时，则数字处理模块周期发起询问信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号馈入全向天线；通过复用全向天线，实现TCAS询问信号从全向天线发射；
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的应答信号；经复用全向天线接收的应答信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的应答信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，进而共形成4路射频应答信号；在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机相对于本架飞机的距离、方位以及高度信息，得到其它飞机运行轨迹，经过实时评估其它飞机相对于本架飞机的碰撞威胁程度，输出交通目标信息和告警信息，实现TCAS功能。
5.根据权利要求2所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现XPDR功能，包括：
通过全向天线和定向天线，同时接收空中或者地面询问机发出的询问信号；经全向天线接收的询问信号经过第五环行器进入接收通道模块，经定向天线接收的询问信号经过第一环行器1～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，共形成5路射频询问信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，5路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到询问模式信息和5路基带信号强度；通过基带信号强度，确定应答的天线选择全向天线还是定向天线；
当应答的天线选择为定向天线时，则数字处理模块根据应答模式进行信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后馈入定向天线；通过复用定向天线，实现XPDR应答信号从定向天线发射；
当应答的天线选择为全向天线时，则数字处理模块根据应答模式进行信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号馈入全向天线，实现XPDR应答信号从全向天线发射。
6.根据权利要求2所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，采用定向天线和全向天线复用的方式，实现ADS-B功能；所述ADS-B功能包括ADS-B发射功能，具体为：
数字处理模块控制发起ADS-B信号，周期切换选择发射天线为定向天线或者全向天线；
当发射天线选择为定向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有4路信号编码输出到发射通道模块，驱动4路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号上变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，其中1路通过发射开关，送入第一环行器，其余3路进入第二环行器2～第四环行器，经过环行器输出的射频信号后馈入定向天线；通过复用定向天线，实现ADS-B信号从定向天线发射；
当发射的天线选择为全向天线时，则数字处理模块发起ADS-B信号编码，共有1路信号编码输出到发射通道模块，驱动1路发射通道，在发射通道模块中完成信号调制，基带信号变频到射频信号，射频信号放大到预定功率值后，先通过发射开关，再进入第五环行器，经过环行器输出的射频信号馈入全向天线，实现ADS-B信号从全向天线发射。
7.根据权利要求6所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，所述ADS-B功能还包括ADS-B接收功能，具体为：
通过全向天线和定向天线，同时接收其它飞机应答机发出的ADS-B信号；经复用全向天线接收的ADS-B信号经过第五环行器进入接收通道模块；经定向天线接收的ADS-B信号经过第一环行器～第四环行器进入接收通道模块；在接收通道模块中，经第五环行器输入的射频信号和第一环行器输入的射频信号通过二选一开关，合成1路，共形成4路射频应答信号，在接收通道模块中完成射频信号下变频到基带信号，4路基带信号送入数字处理模块，经过数字处理模块ADC采样后进行数字化处理，通过信号解译得到其它飞机广播的位置信息、速度信息、身份信息，及得到其它飞机运行轨迹，输出交通目标信息及其它ADS-B接收应用信息，实现ADS-B接收功能。
8.根据权利要求2所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法，其特征在于，该实现方法以防撞处理机、定向天线和全向天线的分机组合为系统架构，还包括对防撞处理机的如下设计：
在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
9.基于如权利要求1至8中任一所述的一种基于天线复用的机载综合防撞系统实现方法的机载综合防撞系统，其特征在于，该系统包括1个防撞处理机、1个定向天线和1个全向天线；
所述防撞处理机包括数字处理模块、发射通道模块、发射开关、第一组环形器、第二组环形器和接收通道模块；第一组环形器包括第一环形器、第二环形器、第三环形器、第四环形器；第二组环形器包括第五环形器；所述发射通道模块的发送通道为4通道，每个发送通道独立可控，兼容单通道发送能力；
所述防撞处理机包括5个射频端口，通过其中四个射频端口对外连接定向天线的4端口，通过剩下的一个射频端口对外连接全向天线的1端口，分时使用定向天线和全向天线进行信号发射，同时使用定向天线和全向天线进行信号接收；
该系统采用定向天线和全向天线复用的方式，将TCAS功能、XPDR功能和/或ADS-B功能集成到1个防撞处理机中，实现机载防撞系统功能。
10.根据权利要求9所述的机载综合防撞系统，其特征在于，该系统在防撞处理机中，通过控制4路发送通道的频率、发送使能，控制发送波形的波束覆盖，适应不同的波形覆盖需求，包括：
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过主瓣波束发送P1脉冲，其余波束同时发送P2脉冲的方式，完成旁瓣抑制脉冲P2的快速旁瓣覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的TCAS广播信号的方式，完成TCAS广播信号的快速全向覆盖；
在防撞处理机中，针对1030MHz的发送信号波形，通过同时发送4波束的RA广播信号的方式，完成RA广播信号的快速全向覆盖。
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