CN215498962U - 一种北斗短报文与ads-b集成收发设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种北斗短报文与ADS‑B集成收发设备，涉及北斗短报文与民航自动相关监视信号接收解码与编码发射技术领域。该设备包括CPU主控模块以及与CPU主控模块连接的电源模块、ADS‑B收发模块及其天线、北斗/GPS接收模块及其天线、北斗短报文模块及其天线、温度控制模块和接口模块；电源模块将航空电源转换成设备内部各模块所需的电压；ADS‑B收发模块接收其他飞机的ADS‑B信号并传输到CPU主控模块，同时发射本机的ADS‑B信号；北斗/GPS接收模块输出NMEA0183报文并传输到CPU主控模块；北斗短报文模块与CPU主控模块连接，用于收发短报文信息；CPU主控模块通过标准通信接口输出标准协议数据。

Description

一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备

技术领域

本实用新型涉及北斗短报文与民航自动相关监视信号接收解码与编码发射技术领域，尤其涉及一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备。

背景技术

在空中交通管制领域，飞机安全、有效和有计划地在空中飞行，是管制系统追求的目标。航空业的持续繁荣使得对空中交通管制的要求越来越高，二次监视雷达作为管制系统中最主要的组成部分因其自身的局限性，限制了空中交通管制水平的进一步提高。

通用航空，无人机和民用航空业的高速发展促进空管监视技术的进步，目前主要的监视手段有广播式自动相关监视(ADS-B)技术、北斗短报文通信技术等等。单独使用某一种监视手段会有一些监视上的缺陷，例如ADS-B系统要求监视方向无线电信号传播路径无高建筑物的遮挡，无高山遮挡，信号最远传播距离受视距限制。北斗短报文通信技术则无此缺陷，但是北斗短报文通信成功率易受飞行姿态的影响。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，将广播式自动相关监视(ADS-B)技术和北斗短报文通信技术相结合，以实现对航空器的全航路监视。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，包括CPU主控模块以及与CPU主控模块连接的电源模块、ADS-B收发模块及其天线、北斗/GPS接收模块及其天线、北斗短报文模块及其天线、温度控制模块和接口模块；所述电源模块将航空电源转换成设备内部各模块所需的电压；所述ADS-B收发模块接收其他飞机的ADS-B信号并传输到CPU主控模块，同时发射本机的ADS-B信号；所述北斗/GPS接收模块输出NMEA0183报文并传输到CPU主控模块；所述北斗短报文模块与CPU主控模块连接，用于收发短报文信息；所述CPU主控模块通过标准通信接口输出标准协议数据。

优选地，所述电源模块的输入电压28VDC，最大功耗25W，由外接电源通过设备外部接口J599提供；输入电压经DC-DC模块及LDO稳压器转换为设备各模块所需各电压。

优选地，所述温度控制模块包括与CPU主控模块连接的温度传感器和加热器。

优选地，所述接口模块包括设备内部各模块间接口、设备与外部天线之间的射频接口、设备与外部其它设备之间的通信接口。

优选地，所述接口模块包括七个射频接口，其中，包括2个ADS-B天线接口，2个北斗/GPS天线接口，2个北斗短报文天线接口及1个备用接口；设备与外部其它设备之间的通信接口选用SMA-KFK-6。

优选地，所述CPU主控模块包括FPGA及其配置电路和系统参考时钟电路。

优选地，所述ADS-B收发模块包括接收单元和发射单元，其中，接收单元包括依次连接的限幅器、放大器、滤波器、检波器、模数转换器；发射单元包括1090MHz调制电路和功率放大电路。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本实用新型提供的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，一方面利用ADS-B收发模块向外高速率播报位置，另一方面通过北斗短报文模块利用卫星链路传输信息，保障了航空器能被地面监视中心接收，同时，该设备还实现了对航空器周边ADS-B信息的感知，可用于航空器避障，有效解决了航空器在复杂地形环境下与地面监视中心的通信问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的电源模块结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的ADS-B收发模块中接收单元的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的功率放大电路的示意图；

图5为本实用新型实施例提供的CPU主控模块的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的接口模块的结构示意图。

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。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实施例中，一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备设置在通用航空飞机内，如图1所示，包括CPU主控模块以及与CPU主控模块连接的电源模块、ADS-B收发模块、北斗/GPS接收模块、北斗短报文模块、外部天线、温度控制模块和接口模块；电源模块将28VDC的航空电源转换成设备内部各模块所需的电压；ADS-B收发模块接收其他飞机的ADS-B信号并传输到CPU主控模块，同时发射本机的ADS-B信号；北斗/GPS接收模块输出NMEA0183报文并传输到CPU主控模块，CPU主控模块并从报文中提取位置、高度、速度等信息，然后编排后发给CCMS设备和ADS-B收发模块；北斗若出现故障失效时，CPU主控模块立即启用北斗短报文的GPS/北斗位置。如果北斗短报文模块也不能成功定位，则CPU主控模块会向CCMS设备报告北斗/GPS故障。接口模块包括设备内部各模块间接口、设备与外部天线之间的射频接口、设备与外部其它设备之间的通信接口；北斗短报文模块与CPU主控模块连接，用于收发短报文信息；CPU主控模块通过标准通信接口输出标准协议数据；本实施例中，CPU主控模块通过标准通信接口输出标准协议数据，为通用航空飞机的客舱和机组管理服务设备提供数据服务。

外部天线包括了北斗短报文收发天线、北斗/GPS导航定位天线、ADS-B收发天线；所有天线均通过SMA-KFK-6接口与对应模块相连。各天线经接口、馈线与设备内部模块相连。各设备模块经电源模块供电，CPU主控模块控制模块间交互，对外控制接口。

电源模块的输入电压28VDC，最大功耗25W，由外接电源通过设备外部接口J599提供；输入电压经DC-DC模块及LDO稳压器转换为设备各模块所需各电压。本实施例中，电源模块如图2所示，外接电源为机载航空电源，经多个DC-DC模块转换后，分别给北斗短报文模块、ADS-B收发模块、接口模块、北斗/GPS模块、CPU主控模块和温度控制模块。

北斗短报文模块(内含一个北斗定位模块)收发北斗短报文实质就是一个按照北斗短报文协议进行的一个串口的读写，当地面监控中心发来数据时，该功能模块执行接收数据进程，并将接收到的数据发给其他设备。当其他设备需要发送数据时，该功能模块执行发送数据进程。为了保障可靠通信，北斗短报文的内容包含时间戳，该设备内置一个64MB的非易失存储器，CPU主控模块会将要发送的信息依次写入该存储器，并进行顺序发送，当发送成功之后，即将该信息从存储器中删除。当发送失败时，将该信息继续保存，待通信状况好转时再次进行发送。如果连续5次发送不成功，CPU主控模块会控制北斗短报文模块的供电模块进行重新上电。如果仍然不能正常工作，则上报CCMS设备北斗短报文模块故障。

温度控制模块包括与CPU主控模块连接的温度传感器和加热器。温度控制模块负责加热整机设备，确保设备在低温情况下正常工作，同时高温时又不能损坏。CPU主控模块通过温度传感器采集设备内的温度信息，当温度低于-10℃时，CPU主控模块控制加热器上电工作，确保低温正常工作。当温度高于0℃时，CPU主控模块切断加热器电源，确保高温正常工作。

ADS-B收发模块包括接收单元和发射单元，其中，接收单元如图3所示，包括依次连接的限幅器、放大器、滤波器、检波器、模数转换器；发射单元包括1090MHz调制电路和功率放大电路。

接收单元通过ADS-B收发模块的天线将接收到的ADS-B原始射频信号经滤波放大后由检波器进行检波，检波信号经过ADC转换为FPGA可以识别的数字信号；接收单元射频链路第一阶是限幅器结构，主要为了防止接收到民航飞机自身的发射机产生的强信号导致接收链路饱和，电路原理是利用限幅二极管限制信号幅度，从而保护后面电路；射频链路第二阶为低噪声放大器，在不引进过多噪声的前提下实现小信号的放大；射频链路第三阶为声表面波滤波器，实现滤除频带外杂波的功能；射频链路第四阶为检波器，实现ADS-B信号的检波；射频链路第五阶为模数转换器，实现模拟信号的数字化，模数转换器输出数字信号直接输入FPGA。

发射单元包括ADS-B编码报文的1090MHz调制电路和功率放大电路，功率放大电路采用了三级设计，依次是射频放大器，驱动级放大器，100W放大器和收发开关，主要功能是将调制后的ADS-B微弱信号放大到100W，并通过天线向外辐射。

本实施例中，功率放大电路如图4所示。功率放大电路在调制开关之后，其主要功能是将调制开关调制后的微弱信号放大到100W。功率放大链路采用了三级设计，依次是射频放大器，驱动级放大器，100W放大器和收发开关。

CPU主控模块包括FPGA及其配置电路和系统参考时钟电路，如图5所示。CPU主控模块实现以下两项功能，一是提取由ADS-B收发模块传送的其他飞机的ICAO、航班号、位置、高度、速度信息，按照定义协议通过RS-422接口发送给客舱和机组管理服务(Cabin and CrewManagement Services，CCMS)设备；二是解析北斗/GPS接收模块传送的NMEA0183报文，并从报文中提取位置，高度，速度等定位信息，然后编排后通过RS-232接口发给ADS-B收发模块和北斗短报文模块，实现飞机自身位置信息通过ADS-B链路和北斗短报文链路同时向外发射；CPU主控模块对ADS-B收发模块接收单元输出的数字信号进行信号采样，通过基带码元同步获取、检错纠错得到原始ADS-B报文，最后通过解CPR编码输出目标飞行器的ICAO号码、经纬度、高度及其他信息；同时通过解析GPS/北斗定位数据，结合配置的自身ICAO号码及航班号码信息，通过ADS-B收发模块的发射单元，经过编码、调制、多级放大后通过天线发射出去，向地面监控中心广播。

接口模块如图6所示，包括七个射频接口，其中，包括2个ADS-B天线接口，2个北斗/GPS天线接口，2个北斗短报文天线接口及1个备用接口；设备与外部其它设备之间的通信接口选用SMA-KFK-6。

本实施例中，接口模块各接口具体为：

(1)设备内部各模块间接口：该类接口需要满足各模块之间信息交互和供电的功能要求，接口数量、类型和连接器型号根据实际需求确定；

(2)设备外部天线与各模块之间的射频接口，该类接口为SMA-KFK-6；

(3)设备与外部其它设备之间的通信接口包括1路RS-232、1路RS-422以及设备电源和离散量接口；其中，RS-232接口发送NMEA0183格式的GPS信息；RS-422接口为全双工类型，与机舱内其它设备通信，满足数据传输、固件升级、设备配置以及状态监控功能。接口类型为J599；设备供电为28VDC，并提供标准离散输入信号作为释压信号，对设备电源进行控制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型权利要求所限定的范围。

Claims (7)

1.一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：包括CPU主控模块以及与CPU主控模块连接的电源模块、ADS-B收发模块及其天线、北斗/GPS接收模块及其天线、北斗短报文模块及其天线、温度控制模块和接口模块；所述电源模块将航空电源转换成设备内部各模块所需的电压；所述ADS-B收发模块接收其他飞机的ADS-B信号并传输到CPU主控模块，同时发射本机的ADS-B信号；所述北斗/GPS接收模块输出NMEA0183报文并传输到CPU主控模块；所述北斗短报文模块与CPU主控模块连接，用于收发短报文信息；所述CPU主控模块通过标准通信接口输出标准协议数据。

2.根据权利要求1所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述电源模块的输入电压28VDC，最大功耗25W，由外接电源通过设备外部接口J599提供；输入电压经DC-DC模块及LDO稳压器转换为设备各模块所需各电压。

3.根据权利要求1所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述温度控制模块包括与CPU主控模块连接的温度传感器和加热器。

4.根据权利要求1所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述接口模块包括设备内部各模块间接口、设备与外部天线之间的射频接口、设备与外部其它设备之间的通信接口。

5.根据权利要求4所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述接口模块包括七个射频接口，其中，包括2个ADS-B天线接口，2个北斗/GPS天线接口，2个北斗短报文天线接口及1个备用接口；设备与外部其它设备之间的通信接口选用SMA-KFK-6。

6.根据权利要求1所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述CPU主控模块包括FPGA及其配置电路和系统参考时钟电路。

7.根据权利要求2-6任一项权利要求所述的一种北斗短报文与ADS-B集成收发设备，其特征在于：所述ADS-B收发模块包括接收单元和发射单元，其中，接收单元包括依次连接的限幅器、放大器、滤波器、检波器、模数转换器；发射单元包括1090MHz调制电路和功率放大电路。

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