[发明专利]一种ACAS和XPDR射频综合化设计系统

说明书

 

所属技术领域

本发明涉及空中交通管制领域，尤其涉及一种ACAS和XPDR射频综合化设计系统。

背景技术

ACAS（Airborne Collision Avoidance System）称为机载防撞系统，TCAS（Traffic Alert and Collision Avoidance System）称为空中交通告警和防撞系统，前者名称是由欧洲航行安全局（EUROCONTROL）定义,后者由美国联邦航空局（FAA）定义，两种名称的系统含义、组成和功能都是一致的。

ACAS基于航管二次雷达的工作原理，由ACAS的询问发射机对空中目标飞机进行前、后、左、右四个区域进行扫描询问，附近装有应答机（S模式/ATCRBS应答机）的飞机（目标机），就会做出应答。ACAS接收应答信号后，便可以计算出相对距离、高度、方位、遭遇时间和升降速度，当出现潜在冲突时，向驾驶员提供警告信息和处置建议，从而避免与空域其他飞机相撞危险的发生。

应答机（Transponder：XPDR）是一种空中交通管制二次雷达系统接收发射设备，它可以对模式A、C和模式S的询问进行应答。XPDR根据收到的地面雷达或空中飞机询问信息类型进行应答一组确认信息。从XPDR获得的应答信息可以在空中交通管制系统中显示相应飞机的身份（代码）、高度、位置信息。XPDR的S模式数据链可以用于两架装备ACAS飞机间进行传送ACAS相关信息。

ACAS工作频率为发射1030MHZ，接收1090MHZ；XPDR工作频率发射1090MHZ，接收1030MHZ。传统机载ACAS和XPDR系统都有各自的射频收发机和天线，因此，每架飞机可能安装一组ACAS上、下定向天线和一组XPDR上、下全向天线，上天线安装在飞机机身上面，下天线安装在飞机机身下面，每个天线都需要各个独立射频电缆相连接，ACAS的两个定向天线和XPDR的两个全向天线为无源天线，即内部无低频信号。传统机载ACAS和XPDR系统射频组成及连接关系如图1所示。ACAS上定向天线和下定向天线分别通过四根射频电缆连接到ACAS射频收发单元，它包含ACAS天线通道切换开关、ACAS发射机和ACAS接收机（其包含4个接收分机）。XPDR上全向天线和下全向天线分别通过两根射频电缆连接到XPDR射频收发单元，它包含XPDR天线通道切换开关、XPDR发射机和XPDR接收机（其包含2个接收分机）。ACAS射频收发单元与XPDR射频收发单元之间通过闭锁信号进行连接，闭锁信号使ACAS和XPDR收发单元在一定时间内进行互斥，即ACAS在发射时禁止XPDR接收与发射或XPDR发射时禁止ACAS接收与发射；同时，该信号还使ACAS、XPDR设备与飞机上同频段设备进行闭锁。

传统分离的ACAS和XPDR系统需要四个天线、各自的射频电缆、发射机和天线通道切换开关，这种分离的射频形式导致系统重量重、体积大、功耗高、成本高。随着航空电子系统综合模块化（IMA）的发展趋势，传统分离的ACAS和XPDR系统缺点也越来越明显，通过ACAS和XPDR射频综合化设计系统不但可以大大改进原缺点，而且还满足航空电子系统综合模块化（IMA）的发展趋势，并提高了ACAS和XPDR射频的可靠性与稳定性。

ACAS和XPDR射频综合化设计组成框图如图2所示，它共用一个天线通道切换开关连接ACAS接收机、ACAS/XPDR一体发射机和XPDR接收机到两个定向天线。因为传统机载ACAS和XPDR系统协同工作时，两者发射都是主动且相互闭锁，两者仅是频率和功率不同，因此一个单独综合设计发射机可以满足两者发射需求。由于ACAS和XPDR是实时接收工作，而且两者接收频率不同，为了满足ACAS和XPDR接收的实时性要求，它们分别拥有独自的接收机。

传统ACAS发射和接收是定向的，XPDR发射和接收是全向的。在综合化设计中，ACAS和XPDR共用定向天线，可以实现天线口径统一，ACAS发射和接收特性与传统系统相同；对于XPDR系统，需要由定向天线来满足XPDR发射信号在空间的全向辐射要求，同时利用上下定向天线的四个通道定向接收实现XPDR接收；因传统XPDR全向接收时，通过比较上下全向天线的两个接收分机收到的全向信号的幅度强度来判断是接收信号是来自上天线或下天线为主，然后根据接收到的信息进行对应上或下天线的应答；对XPDR通过上下两个定向天线多个通道接收到定向信号而言，同样可以通过比较接收分机从多个通道接收的信号的幅度强度来判断上天线或下天线后选择对应天线进行应答，因此，XPDR的定向接收与全向接收等效。