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險的機載電子系統(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)定可靠的運行,對它的檢查測試就顯得十分重要。本文所設(shè)計的TCAS信號模擬設(shè)備是對TCAS系統(tǒng)的關(guān)鍵組成單元——TCAS收發(fā)主機進行測試,它可以模擬產(chǎn)生靜態(tài)及動態(tài)入侵目標,測試TCAS收發(fā)主機對入侵目標的監(jiān)視及跟蹤能力,本文從技術(shù)原理到硬件實現(xiàn)介紹了TCAS信號模擬設(shè)備的設(shè)計過程。本文的主要研究內(nèi)容如下:1、從TCAS信號模擬設(shè)備指標需求入手,通過分析被測設(shè)備對入侵目標的監(jiān)視及跟蹤原理,提出了采用軟件無線電技術(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的變換只需要一次混頻,極大簡化了硬件設(shè)計的復(fù)雜度,更好的控制了設(shè)備的尺寸,易于集成。接著對本設(shè)備需要模擬的關(guān)鍵信息進行分析,提出實現(xiàn)方法,設(shè)計了目標入侵模型。2、根據(jù)零中頻架構(gòu)進行硬件電路設(shè)計,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進行PXI接口部分設(shè)計,并分析設(shè)備相關(guān)需求,完成了存儲、電源、時鐘部分的電路設(shè)計。3、在FPGA內(nèi)部完成了相關(guān)邏輯實現(xiàn)。對詢問信號的兩路正交數(shù)據(jù)流進行脈沖特征識別,解析詢問信號模式。完成采用點積算法的DPSK解調(diào),得到S模式詢問信號碼元。設(shè)計了目標參數(shù)提取及動態(tài)更新邏輯,其中使用優(yōu)化的查表法完成反余弦計算,使其滿足占用空間及更新速度的要求。應(yīng)答數(shù)據(jù)處理實現(xiàn)將應(yīng)答數(shù)據(jù)的方位角信息轉(zhuǎn)換為各個方向衰減碼,高度及其他信息根據(jù)不同模式進行編碼并以此產(chǎn)生基帶IQ數(shù)據(jù)流,在延遲時間達到后輸出到LMS7002M進行應(yīng)答。通過搭建平臺進行測試,驗證了本論文設(shè)計方法的可行性。完成的TCAS信號模擬設(shè)備具有良好的性能指標,能夠?qū)崿F(xiàn)對1030MHz詢問信號的解析,靜態(tài)及動態(tài)入侵目標更新模擬,生成相應(yīng)1090MHz應(yīng)答信號的功能,達到了設(shè)計要求。最后對全文的設(shè)計進行總結(jié),給出設(shè)計存在的不足,提出了基于PXI的TCAS信號模擬設(shè)備未來的展望。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：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)工作過程CAS 發(fā)射不同模式的 1030MHz 詢問信號，并接收答以及間歇振蕩信號，以確定周圍空域中的交通狀據(jù)接收到的應(yīng)答信號特征，得到入侵飛機的相對距入侵飛機的飛行路徑。將推算的飛行路徑結(jié)合本機計算出對應(yīng)的規(guī)避措施，通過音響和屏幕產(chǎn)生警報進行避讓操作[16]。 C 模式臨近飛機的監(jiān)測主機可對裝備有 C 模式應(yīng)答機的入侵飛機進行搜附近空域有裝載 C 模式應(yīng)答機的入侵飛機，TCAz 的呼叫詢問信號，然后等待入侵飛機應(yīng)答。在接信號后，TCAS 收發(fā)主機就會將入侵飛機加入跟蹤蹤。

圖 2-6 TCAS 對 W／S 詢問序列的相應(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、方向性詢聲呼叫序列技術(shù)，使 TCAS 收發(fā)主機采用 C 模式對感興趣目標進行詢問的到了最低，提高了詢問的針對性[17]。2.3 TCAS 對 S 模式臨近飛機的監(jiān)測TCAS 收發(fā)主機會主動監(jiān)聽 S 模式入侵飛機發(fā)射的間歇振蕩信號。在沒到詢問信號的情況下，S 模式應(yīng)答機斷續(xù)發(fā)射采用 DF11 格式編碼的信號來機地址，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)振蕩信號在 AA 段表示自身 24 位飛機地址碼，PI 段環(huán)冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）。當 TCAS 收發(fā)主機接收到

提高了詢問的針對性[17]。.3 TCAS 對 S 模式臨近飛機的監(jiān)測TCAS 收發(fā)主機會主動監(jiān)聽 S 模式入侵飛機發(fā)射的間歇振蕩信號。在詢問信號的情況下，S 模式應(yīng)答機斷續(xù)發(fā)射采用 DF11 格式編碼的信號地址，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)振蕩信號在 AA 段表示自身 24 位飛機地址碼，P冗余校驗（Cyclic Redundancy Check，CRC）。當 TCAS 收發(fā)主機接收入侵飛機的斷續(xù)震蕩信號 DF11 時，該入侵飛機就會被加入到詢問列進行單獨詢問。TCAS 在 S 模式下不會使用全呼叫詢問臨近飛機,而是采用輪詢詢問模獨詢問。
【參考文獻】

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本文編號：2892279