發(fā)布時(shí)間：2020-11-21 00:58

　　 隨著航空業(yè)的發(fā)展,空中交通日益繁忙,空中交通警戒與防撞系統(tǒng)(TCAS)作為在擁擠的空中交通中降低撞擊風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)載電子系統(tǒng),在保障飛行安全中發(fā)揮著不可替代的作用,為保證該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行,對(duì)它的檢查測(cè)試就顯得十分重要。本文所設(shè)計(jì)的TCAS信號(hào)模擬設(shè)備是對(duì)TCAS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成單元——TCAS收發(fā)主機(jī)進(jìn)行測(cè)試,它可以模擬產(chǎn)生靜態(tài)及動(dòng)態(tài)入侵目標(biāo),測(cè)試TCAS收發(fā)主機(jī)對(duì)入侵目標(biāo)的監(jiān)視及跟蹤能力,本文從技術(shù)原理到硬件實(shí)現(xiàn)介紹了TCAS信號(hào)模擬設(shè)備的設(shè)計(jì)過(guò)程。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:1、從TCAS信號(hào)模擬設(shè)備指標(biāo)需求入手,通過(guò)分析被測(cè)設(shè)備對(duì)入侵目標(biāo)的監(jiān)視及跟蹤原理,提出了采用軟件無(wú)線電技術(shù)中零中頻架構(gòu)的技術(shù)路線,并給出此架構(gòu)下通用解調(diào)模型及DPSK的解調(diào)思路。其從基帶到射頻信號(hào)的變換只需要一次混頻,極大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)的復(fù)雜度,更好的控制了設(shè)備的尺寸,易于集成。接著對(duì)本設(shè)備需要模擬的關(guān)鍵信息進(jìn)行分析,提出實(shí)現(xiàn)方法,設(shè)計(jì)了目標(biāo)入侵模型。2、根據(jù)零中頻架構(gòu)進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì),制定了采用單片集成的可編程射頻收發(fā)器LMS7002M加FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)方案,此方案射頻收發(fā)配置選擇更加靈活,基帶處理功能更加豐富。采用PCI橋接芯片結(jié)合FPGA進(jìn)行PXI接口部分設(shè)計(jì),并分析設(shè)備相關(guān)需求,完成了存儲(chǔ)、電源、時(shí)鐘部分的電路設(shè)計(jì)。3、在FPGA內(nèi)部完成了相關(guān)邏輯實(shí)現(xiàn)。對(duì)詢問(wèn)信號(hào)的兩路正交數(shù)據(jù)流進(jìn)行脈沖特征識(shí)別,解析詢問(wèn)信號(hào)模式。完成采用點(diǎn)積算法的DPSK解調(diào),得到S模式詢問(wèn)信號(hào)碼元。設(shè)計(jì)了目標(biāo)參數(shù)提取及動(dòng)態(tài)更新邏輯,其中使用優(yōu)化的查表法完成反余弦計(jì)算,使其滿足占用空間及更新速度的要求。應(yīng)答數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)將應(yīng)答數(shù)據(jù)的方位角信息轉(zhuǎn)換為各個(gè)方向衰減碼,高度及其他信息根據(jù)不同模式進(jìn)行編碼并以此產(chǎn)生基帶IQ數(shù)據(jù)流,在延遲時(shí)間達(dá)到后輸出到LMS7002M進(jìn)行應(yīng)答。通過(guò)搭建平臺(tái)進(jìn)行測(cè)試,驗(yàn)證了本論文設(shè)計(jì)方法的可行性。完成的TCAS信號(hào)模擬設(shè)備具有良好的性能指標(biāo),能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)1030MHz詢問(wèn)信號(hào)的解析,靜態(tài)及動(dòng)態(tài)入侵目標(biāo)更新模擬,生成相應(yīng)1090MHz應(yīng)答信號(hào)的功能,達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。最后對(duì)全文的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié),給出設(shè)計(jì)存在的不足,提出了基于PXI的TCAS信號(hào)模擬設(shè)備未來(lái)的展望。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：V328;V243
【部分圖文】：

圖 2-2 TCAS 系統(tǒng)工作過(guò)程CAS 發(fā)射不同模式的 1030MHz 詢問(wèn)信號(hào)，并接收答以及間歇振蕩信號(hào)，以確定周圍空域中的交通狀據(jù)接收到的應(yīng)答信號(hào)特征，得到入侵飛機(jī)的相對(duì)距入侵飛機(jī)的飛行路徑。將推算的飛行路徑結(jié)合本機(jī)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的規(guī)避措施，通過(guò)音響和屏幕產(chǎn)生警報(bào)進(jìn)行避讓操作[16]。 C 模式臨近飛機(jī)的監(jiān)測(cè)主機(jī)可對(duì)裝備有 C 模式應(yīng)答機(jī)的入侵飛機(jī)進(jìn)行搜附近空域有裝載 C 模式應(yīng)答機(jī)的入侵飛機(jī)，TCAz 的呼叫詢問(wèn)信號(hào)，然后等待入侵飛機(jī)應(yīng)答。在接信號(hào)后，TCAS 收發(fā)主機(jī)就會(huì)將入侵飛機(jī)加入跟蹤蹤。

圖 2-6 TCAS 對(duì) W／S 詢問(wèn)序列的相應(yīng)上述 3 種技術(shù)是 C 模式所特有的，分別使用僅 C 模式呼叫詢問(wèn)、方向性詢聲呼叫序列技術(shù)，使 TCAS 收發(fā)主機(jī)采用 C 模式對(duì)感興趣目標(biāo)進(jìn)行詢問(wèn)的到了最低，提高了詢問(wèn)的針對(duì)性[17]。2.3 TCAS 對(duì) S 模式臨近飛機(jī)的監(jiān)測(cè)TCAS 收發(fā)主機(jī)會(huì)主動(dòng)監(jiān)聽(tīng) S 模式入侵飛機(jī)發(fā)射的間歇振蕩信號(hào)。在沒(méi)到詢問(wèn)信號(hào)的情況下，S 模式應(yīng)答機(jī)斷續(xù)發(fā)射采用 DF11 格式編碼的信號(hào)來(lái)機(jī)地址，數(shù)據(jù)格式如圖 2-7 所示，發(fā)射頻率為 1 秒。DF11 (0 1011)(CA:3) (AA:24) (PI:24圖 2-7 DF11 數(shù)據(jù)字段格式該格式信息中，斷續(xù)振蕩信號(hào)在 AA 段表示自身 24 位飛機(jī)地址碼，PI 段環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check，CRC）。當(dāng) TCAS 收發(fā)主機(jī)接收到

提高了詢問(wèn)的針對(duì)性[17]。.3 TCAS 對(duì) S 模式臨近飛機(jī)的監(jiān)測(cè)TCAS 收發(fā)主機(jī)會(huì)主動(dòng)監(jiān)聽(tīng) S 模式入侵飛機(jī)發(fā)射的間歇振蕩信號(hào)。在詢問(wèn)信號(hào)的情況下，S 模式應(yīng)答機(jī)斷續(xù)發(fā)射采用 DF11 格式編碼的信號(hào)地址，數(shù)據(jù)格式如圖 2-7 所示，發(fā)射頻率為 1 秒。F11 (0 1011)(CA:3) (AA:24) (PI圖 2-7 DF11 數(shù)據(jù)字段格式該格式信息中，斷續(xù)振蕩信號(hào)在 AA 段表示自身 24 位飛機(jī)地址碼，P冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check，CRC）。當(dāng) TCAS 收發(fā)主機(jī)接收入侵飛機(jī)的斷續(xù)震蕩信號(hào) DF11 時(shí)，該入侵飛機(jī)就會(huì)被加入到詢問(wèn)列進(jìn)行單獨(dú)詢問(wèn)。TCAS 在 S 模式下不會(huì)使用全呼叫詢問(wèn)臨近飛機(jī),而是采用輪詢?cè)儐?wèn)模獨(dú)詢問(wèn)。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2892279