CN205899012U - S模式应答机模块化设备 - Google Patents

Abstract

提供一种S模式应答机模块化设备，具有用整块质轻且导热性良好的金属一体化制成的结构主箱体，其内部具有带多个不同独立腔体的双面安装布局，且双面安装布局分别适配将其封闭的密封盖板，每个腔体也分别适配独立的腔体盖板，多个腔体分别用于安装构成S模式应答机模块的各组件，各组件包括电源组件、信号处理组件、收发组件，收发组件和电源组件各自封装于独立的盒体后再安装于各自的腔体内，位于结构主箱体的外侧设有高低频混装插座。本实用新型解决了综合化集成航空电子系统对S模式应答机小型化和模块化要求，该设备具备小体积小、重量轻、导热快、功耗低、维修更换便利的特征，并可按不同需求与TCAS、EGPWS、WXR/PWS等模块综合集成,成为新型的综合监视系统。

Description

S模式应答机模块化设备

技术领域

本实用新型属导航电子设备空管应答机技术领域，具体涉及一种S模式应答机模块化设备。

背景技术

S模式应答机是用来接收、识别和应答S模式信标系统(图1)二次监视雷达询问机询问信号的一种装置。S模式应答机不仅兼容A模式、C模式应答机功能，同时拥有强大的数据链通信能力。S模式应答机通过应答地面交通管制雷达的询问，向其提供载机的飞机编码、飞行高度、危急状态信息并进行数据链通讯等；通过应答其他装备空中防撞系统(TCAS)飞机的询问，向其提供载机有关的飞行数据，实现对飞机的有效跟踪、监视、管制，可大大提高运营效率、防止飞行事故的发生。随着技术的进步和航空产业的发展，市场对航空装备的体积、重量以及可靠性提出了更高的要求，航空电子系统的高度综合化、集成化、小型化和网络化已成为航电系统发展的必然趋势。目前，飞机装备的S模式应答机通常都是以单机的形式装机工作或与TCAS系统配合工作。S模式应答机单机技术已相对成熟，但存在体积、重量较大，且不便于与其他机载设备的交联与组合工作，同时也不能满足航电系统的小型化及综合集成的要求。因为传统的S模式应答机采用拼装结构，内部由多个不同的独立功能模块(分机)组成，各独立功能模块(分机)用螺钉螺母紧固在支架上，再将各独立功能模块(分机)通过电缆进行电连接，通过尾插与载机的其他设备交联。为满足航电产品苛刻的环境适应性和电磁兼容性要求，各模块(分机)有各自独立的封闭箱体，结构复杂又不利于机内热量导出，最终导致设备总体体积和重量较大，而尾插电缆及各模块间电缆在机体内部较长且有较多交错，电磁兼容性要求较难保证，因此不能满足综合集成系统的小型化、模块化要求。故提出如下技术方案。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题：提供一种S模式应答机模块化设备，采用一体化多腔体箱体，通过双面安装布局并采用模块化设计，解决S模式应答机体积大、功耗高、重量大、与机上设备信号交联复杂、线缆连接较长的技术问题，实现S模式应答机体积小、重量轻、导热快、功耗低、维修更换便利的目的，使其可按不同需求与TCAS、EGPWS、WXR/PWS等模块综合集成,成为新型的综合监视系统。

本实用新型采用的技术方案：S模式应答机模块化设备，具有结构主箱体，结构主箱体内部具有双面安装布局，并用整块质轻且导热性良好的金属一体化制成，双面安装布局分别适配将其封闭的密封盖板，且双面安装布局中分别具有多个不同且独立的腔体，多个腔体分别适配独立的腔体盖板，且多个腔体分别用于安装构成S模式应答机模块的各组件，各组件包括电源组件、信号处理组件、收发组件，收发组件和电源组件各自封装于独立的盒体后再安装于各自的腔体内，位于结构主箱体的外侧设有高低频混装插座。

所述结构主箱体用整块铝合金材料加工制成，且结构主箱体具有较厚的隔离层。

所述密封盖板和腔体盖板均为加装了导电密封胶的盖板

所述电源组件不仅具有一个高转换率的电源模块，且电源模块的DC/DC转换器前端设有EMI滤波器，后端设有电源滤波电路。

所述收发组件包括频率源、接收单元、发射单元，所述频率源为发射单元提供载波信号，所述频率源为接收单元提供本振信号。

所述信号处理组件采用FPGA+DSP架构实现信号的中频数字化处理。

本实用新型与现有技术相比的优点：

1、采用模块化设计和双面布局安装结构，将传统的应答设备各独立的功能模块(分机)从分体式的安装结构，优化设计为一个模块内的不同组件，包括电源组件、信号处理组件、收发组件，为航电系统向高度综合化、集成化、小型化和网络化发展提供结构支持，优化后设备总体积和重量缩减至成熟单机的1/4至1/6；

2、一体化的箱体既是起热传导作用的散热器、结构支撑件、同时又是电磁屏蔽罩及外壳的四个面，解决了电源组件和诸如射频功放组件等高功耗器件间的散热和电磁兼容性问题；

3、收发组件和电源组件具有盒体加腔体的双层屏蔽结构，能够有效降低对其他组件的干扰，避免信号串扰，满足S模式应答模块的电磁兼容性能要求，并有效防止对外辐射以及外界干扰进入各组件内部各子模块如频率源电路、发射电路等；

4、铝合金材料、较厚的隔离层、密封导电密封胶盖板进一步共同解决设备整体体积缩小后带来的电磁兼容性和满功率输出时的散热问题；

5、电源组件为设备其余各组件提供具有稳定输出电压的电源，设备整体结构更加紧凑；

6、发射单元将信号处理组件输出的编码应答信号(ASK/PCM)用1090MHz载波进行调制，形成一定电平的调制脉冲，经过多次滤波和放大，经由天线发射出去，接收单元将1030MHz的射频脉冲信号经混频后变成70MHz中频脉冲信号，然后进行中频放大，能适合信号处理组件的要求；

7、通过超大规模的FPGA来实现模式识别、接收信号的解码处理以及应答信号的编码调制、429通信功能，确保S模式应答模块对应答时间的要求，提高了运行速度和可靠性，DSP主要用于实现信号处理、总体流程控制、指令解析和应答数据准备、对FPGA单元的启动、停止以及参数设置；

8、采用高低频混装插座，能够集成多种插头和插座模块，具有利于集成化连接和便捷安装的优势；

9、本实用新型能够使后期的外场维修简化为模块单元的更换，可满足外场维护标准化、快速化的要求，并起到了降低使用和维护成本的作用。

附图说明

图1为S模式信标系统示意图；

图2为本实用新型的一侧外形结构示意图；

图3为本实用新型的另一侧外形结构示意图；

图4为本实用新型的一侧装配示意图；

图5为本实用新型的另一侧装配示意图；

图6为本实用新型的收发组件组成框图；

图7为本实用新型的信号处理组件组成框图；

图8为本实用新型的软件流程图；

图9为将本实用新型应用于T³CAS系统后的状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。

S模式应答机模块化设备，本方案没有采用传统应答机的多模块结构，提出了全新的一体化设计。其体积300×186×30mm、其重量小于1.8Kg。如图4、图5所示，具有结构主箱体1，所述结构主箱体1用整块导热性能良好的铝合金材料一体化加工制成，且结构主箱体1具有较厚的隔离层。所述结构主箱体1内部具有双面安装布局，较传统的应答设备各独立的功能模块(分机)分体式的安装结构，具有能大大优化布局，节省设备空间的优势，于此同时，一体化的结构主箱体1既是起热传导作用的散热器、结构支撑件、同时又是电磁屏蔽罩及外壳的四个面，解决了电源组件和射频功放组件等高功耗器件间的散热和电磁兼容性问题，而且体积和重量大大减小，并能将功率管等器件产生的热量快速散发出去。再其中，所述双面安装布局分别适配将其封闭的密封盖板2，且双面安装布局中分别具有多个不同且独立的腔体3，所述多个腔体3分别适配独立的腔体盖板4，且多个腔体3用于安装构成S模式应答机模块的各组件，所述S模式应答机模块的各组件将传统的各独立功能模块(分机)，优化设计为一个模块内的不同组件，满足模块化技术要求。

其中，构成S模式应答机模块的各组件包含电源组件、信号处理组件、收发组件等。为降低收发组件和电源组件对其它组件的干扰，将收发组件和电源组件各自封装于独立的盒体后再安装于腔体3内。结构主箱体1具有较厚的隔离层，各组件所具有的独立的腔体3和独立的腔体盖板4，不仅实现了模块化设计，而且解决了设备整体体积缩小后带来的电磁兼容性和满功率输出时的散热问题。而且，密封盖板2和腔体盖板4均为加装了导电密封胶的盖板。再进一步地，位于结构主箱体1的外侧设有高低频混装插座5，采用高低频混装插座5，集成多种插头和插座模块，能够简化机上设备信号的交联和线缆连接，具有利于集成化连接和便捷安装的优势。

再其中，构成S模式应答机模块的各组件，电源组件为其它各功能组件供电，收发组件和上、下天线完成询问信号的接收和应答信号的发射，而信号处理组件完成信号的处理、接口通信控制和应答流程的控制。为降低功耗，采用小体积低内阻大功率器件、小体积高转换率电源模块、优化信号处理流程及PCB设计等措施，达到进一步降低功耗、减小体积和重量的目的。各组件内部各子模块如频率源电路、发射电路等均采用双层屏蔽，有效避免信号串扰，确保S模式应答模块的电磁兼容性能要求。

具体实施时，所述电源组件是S模式应答模块正常工作所必不可少的。所述电源组件不仅具有一个高转换率的电源模块，且电源模块的DC/DC转换器前端加入EMI滤波器，后端加入电源滤波电路，以满足模块的抗干扰和电磁兼容要求。由电源组件将机载电源+28V转换成各功能组件所需要的具有稳定输出电压的电源，设备整体结构更加紧凑，输出电源的数字地、模拟地、发射电源地、信号地相互独立，数字地、模拟地、发射电源地最后在一点接地。

所述收发组件用来实现信号的变频和收发。(如图6所示)本设计中，收发组件主要包括接收单元、发射单元和频率源三部分。发射单元将信号处理子模块输出的编码应答信号(ASK/PCM)用1090MHz载波进行调制，形成一定电平的调制脉冲，经过多次滤波和放大，经由天线发射出去。为了考虑散热问题，功放部分采用多次放大来分散热源。接收单元将1030MHz的射频脉冲信号经混频后变成70MHz中频脉冲信号，然后进行中频放大，以适合信号处理子模块的要求。频率源为发射单元提供载波信号，频率源还为接收单元提供本振信号。输出端加入两个滤波器，以滤除所产生的谐杂波，确保所产生时钟信号的稳定。

所述信号处理组件为S模式应答机模块化设备的核心部分。(如图7所示)本设计中，所述信号处理组件采用PCB设计，并具有FPGA+DSP的架构。其中，选用超大规模的FPGA来实现模式识别、接收信号的解码处理以及应答信号的编码调制、429通信功能，确保S模式应答机模块化设备对应答时间的要求，提高了运行速度和可靠性；DSP主要用于实现信号处理、总体流程控制、指令解析和应答数据准备、对FPGA单元的启动、停止以及参数设置(如图8所示)。

最后，(如图2所示)在结构主箱体1的一侧还设有多个指示灯6，所述指示灯6包括电源指示灯、状态指示灯和发射指示灯，位于发射指示灯的下方在结构主箱体1的一侧还设有调试接口7。可见，本设计整体采用双面安装的腔体结构，壳体采用质轻且具有高导热率的金属材料，保证重量的同时，又能将功率管等器件产生的热量快速散发出去；内部各子模块如频率源电路、发射电路等采用双层屏蔽，有效避免信号串扰，确保S模式应答机模块化设备的电磁兼容性能要求。在具备传统S模式应答机的A/C/S模式功能的前提下，实现了ADS-B OUT功能，并解决了S模式应答机小型化、模块化的难题。其体积和重量缩减至成熟单机的1/4至1/6，同时降低了功耗、提高了模块的可靠性，使后期的外场维修简化为模块单元的更换，可满足外场维护标准化、快速化的要求，并起到降低使用和维护成本的作用。

并解决了综合化集成航空电子系统对S模式应答机小型化和模块化要求，除了具备小体积、轻量化、低功耗、维修更换便利的特征外，S模式应答机模块化设备可按不同需求与TCAS、EGPWS、WXR/PWS等模块综合集成,成为新型的综合监视系统。本设计已在综合集成化的飞行环境监视系统(T³CAS)中实际装机使用，经测试满足各项功能和技术指标要求。

上述实施例，只是本实用新型的较佳实施例，并非用来限制本实用新型实施范围，故凡以本实用新型权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本实用新型权利要求范围之内。

Claims (6)

1.S模式应答机模块化设备，具有结构主箱体(1)，其特征在于：所述结构主箱体(1)内部具有双面安装布局，且结构主箱体(1)用整块质轻且导热性良好的金属一体化制成，所述双面安装布局分别具有将其封闭的密封盖板(2)，且双面安装布局中分别具有多个不同且独立的腔体(3)，上述多个腔体(3)分别适配独立的腔体盖板(4)，且多个腔体(3)分别用于安装构成S模式应答机模块的各组件，所述各组件包括电源组件、收发组件和信号处理组件，所述收发组件和电源组件各自封装于独立的盒体后再安装于各自的腔体(3)内，结构主箱体(1)的外侧设有高低频混装插座(5)。

2.根据权利要求1所述的S模式应答机模块化设备，其特征在于：所述结构主箱体(1)用整块铝合金材料加工制成，且结构主箱体(1)具有较厚的隔离层。

3.根据权利要求1所述的S模式应答机模块化设备，其特征在于：所述密封盖板(2)和腔体盖板(4)均为加装了导电密封胶的盖板。

4.根据权利要求1所述的S模式应答机模块化设备，其特征在于：所述电源组件不仅具有一个高转换率的电源模块，且电源模块的DC/DC转换器前端设有EMI滤波器，后端设有电源滤波电路。

5.根据权利要求1所述的S模式应答机模块化设备，其特征在于：所述收发组件包括接收单元、发射单元、频率源，所述频率源为发射单元提供载波信号，所述频率源为接收单元提供本振信号。

6.根据权利要求1所述的S模式应答机模块化设备，其特征在于：所述信号处理组件采用FPGA+DSP架构实现信号的中频数字化处理。