一种比幅测向体制的s模式应答系统及信号处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及空中交通管理和空中交通安全监视领域，具体涉及一种比幅测向体制 的S模式应答系统及信号处理方法。
【背景技术】
[0002] S模式应答机配合机载TCAS设备构成TCAS系统实现空空协调避撞，同时与地面二 次雷达配合完成空中交通管制，通常兼容原有空中交通管制雷达信标系统(ATCRBS)A/C模 式应答机功能(通常简称ATC应答机），同时也具备离散寻址信标系统(DABS，简称S模式)S模 式应答机功能。
[0003] 传统S模式应答机全向接收1030MHz询问信号，全向发射1090MHz应答信号。由于硬 件环境和信道设计的差异，传统的S模式应答机使用安装在飞机顶部与底部的两部全向天 线完成与地面二次雷达站或者空中飞机之间的询问和应答操作，因为无法判断询问信号的 方位，使得询问设备必须保持较高的重复询问频率和较大的发射功率，以维持与机载应答 机之间的通信，从而导致了飞行空域中存在大量的射频信号干扰，对于日益繁忙的空中交 通管制造成了严重的影响，同时传统S模式应答机作为独立的个体也无法和TCAS设备共用 硬件资源和天线信道，造成了硬件资源的浪费，不便于地面维护和管理。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种比幅测向体制的S模式应答系统及信号处理方法，解 决传统S模式应答机无法判断询问信号的方位，使得询问设备必须保持较高的重复询问频 率和较大的发射功率，以维持与机载应答机之间的通信，从而导致飞行空域中存在大量的 射频信号干扰，对于日益繁忙的空中交通管制造成严重的影响，而且传统S模式应答机作为 独立的个体，无法和TCAS设备共用硬件资源和天线信道，造成硬件资源的浪费，不便于地面 维护和管理的问题。
[0005] 本发明为实现上述目的，采用以下技术方案实现:一种比幅测向体制的S模式应答 系统，包括数字正交变换单元、数字正交信号预处理单元、A/C/S模式询问信号解码单元、S 模式应答PPM/PCM编码单元、DA芯片数据配置单元、数据处理单元、应答信号方位角控制单 元以及全向/定向天线控制单元；
[0006] 数字正交变换单元用于接收测向信号，并对测向信号进行滤波；
[0007] 数字正交信号预处理单元用于对数字正交变换单元输出的信号进行信号特征提 取、询问信号方位角计算以及ASK包络解调；
[0008] A/C/S模式询问信号解码单元用于对数字正交信号预处理单元输出的询问信号包 络波形进行解码，并将解码后的信号输出至数据处理单元；
[0009] S模式应答PPM/PCM编码单元根据数据处理单元给出的应答信号进行编码;DA芯片 数据配置单元根据S模式应答PPM/PCM编码单元的编码信息，对数据进行配置;数据处理单 元用于产生本机应答信号数据，并将处理后的数据分别输出值S模式应答PPM/PCM编码单元 和外部设备；
[0010]应答信号方位角控制单元用于产生方位角控制信号；
[0011]全向/定向天线控制单元根据应答信号方位角控制单元发出的方位角控制信号， 控制天线在全向和定向两种模式切换。
[0012] 进一步地，作为优选方案，所述数字正交变换单元包括数字信号带通滤波器模块 和数字正交变换器模块，数字信号带通滤波器模块接收测向信号并完成信号滤波，滤波后 的信号经数字正交变换器组模块进行数字正交变换处理。
[0013] 进一步地，作为优选方案，所述数字正交信号预处理单元包括信号特征提取模块、 询问信号方位角计算模块以及ASK包络解调模块，所述信号特征提取模块对数字正交变换 后的信号进行特征提取，得到信号幅度、相位、频率;询问信号方位角计算模块根据提取到 的特征，产生询问信号方位信息并传输给数据处理单元;ASK包络解调模块根据信号特征提 取模块提取到的特征，得到询问信号包络波形，并将该询问信号包络波形输出至A/C/S模式 询问信号解码单元。
[0014] 一种基于上述比幅测向体制的S模式应答机的信号处理方法，包括以下处理步骤：
[0015] (a)数字正交变换单元接收待处理的测向信号，并对接收到的信号进行滤波、数字 正交变换处理；
[0016] (b)经数字正交变换处理后的信号进入数字正交预处理单元，信号在数字正交预 处理单元完成信号特征提取，提取后的信号分别进行询问信号方位角计算、ASK包络解调；
[0017] (c)-方面，提取后的信号经询问信号方位角计算得到询问信号方位信息，将该询 问信号方位信息输入数据处理单元，数据处理单元输出相应的应答信息；另一方面，提取后 的信号经ASK包络解调得到询问信号包络波形，将该询问信号包络波形输入A/C/S模式询问 信号解码单元完成解码工作；
[0018] (d)S模式应答PPM/PCM编码单元对A/C/S模式询问信号解码单元解码后的信号进 行编码，并将编码后的信号输入DA芯片数据配置单元；
[0019] (e)应答信号方位角控制单元根据数据处理单元给出的方位角，产生应答信号方 位信息和天线控制信息；
[0020] (f)全向/定向天线控制单元根据步骤(e)给出的天线控制信息，控制天线实现全 向和定向两种模式的切换。
[0021] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(c)中询问信号方位角计算的具体过程为：
[0022] (cl)通过四个天线阵子接收提取后的信号，并将每个天线阵子接收到的信号送入 各自对应的信道；
[0023] (c2)每个信道输出的信号都分别送到两个减法器；
[0024] (c3)在减法器内，每个天线阵子的输出信号与左右相邻天线阵子的输出信号进行 比幅运算，得到方位码，并将方位码传输给数据处理单元进行后续处理。
[0025] 进一步地，作为优选方案，所述步骤(c2)的具体过程为：
[0026] (c21)将四个天线阵子输出的信号分别送入四个信道，四个信道分别输出信号A、 B、C、D，每个信道输出两路信号；
[0027] ((^22)信号4和8加到减法器11，信号8和(：加到减法器12，信号(：和0加到减法器了3， 信号D和A加到减法器J4。
[0028] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0029] (1)本发明在射频收发通道上参考综合监视系统的硬件电路设计思路，配合专用 TCAS天线实现射频信号定向收发的功能，大幅减少地面二次雷达站询问所带来的异步串扰 问题;并利用定向天线收发增益，增长探测距离和降低发射机功率;询问信号方位解算和应 答信号方位角控制的软件逻辑算法全部集成在FPGA中，处理时间短，时效性强，数字化程度 尚。
[0030] (2)本发明可根据应用平台的不同需求，进行天线数量和收发链路结构裁剪，以满 足支线客机、通用飞机、地面管制站等不同应用平台的实际要求;并可根据收发天线的设计 特性，完成应答信号方位角控制软件算法的自适应匹配。
【附图说明】
[0031 ]图1为本发明的整体组成结构示意图；
[0032]图2为询问信号方位角计算过程示意图；
[0033]图3为定向天线四阵子方向图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。 [0035] 实施