[发明专利]一种复用全向天线的混合监视防撞告警方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种保障飞机飞行安全的防撞告警方法，属于航空技术领域

背景技术

近年来随着航空事业的发展，单位空域的飞机密度越来越大，传统的空中防撞系统随着飞行器飞行状态的复杂性增加，其探测精度大大降低；ACAS和地面空管监视都使用1030/1090MHz频率，ACAS和地面空管的询问都是通过机载应答机回答，因此需要通过混合监视防撞系统来减少ACAS的询问率以减少无线电干扰问题。

混合监视防撞告警技术是指ACAS机载防撞系统利用ADS-B1090MHz扩展电文信息，从临近飞机接收ADS-B信息，从而减少该飞机ACAS机载防撞系统的设备主动询问率，同时维持它作为防撞系统的独立性，并提高监视精度和监视范围，能更及时、准确的预测冲突的发生。

现行的混合监视防撞告警技术均以ACAS机载防撞系统为基础，通过上下两个定向天线接收入侵飞机的应答信号和扩展电文信息，完成对入侵飞机的测距、测向，实现入侵飞机的冲突检测和防撞告警。该运行机制下需要八路接收通道完成射频信号的接收，因此系统体积大、功耗高、可靠性低，不适合战斗机、无人机等军用飞机的混合监视防撞告警。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的发明目的在于提供一种复用全向天线的混合监视防撞告警方法，在机载防撞系统（ACAS）的基础上，引入ADS-B技术用于提高系统定位精确度、增强系统的防撞性能；考虑到S模式应答机和ACAS系统使用同一个1030/1090MHz频段，因此两个系统可以同时使用复用的全向天线系统，减小系统体积，降低功耗。

本发明的发明目的通过以下技术方案来实现：

一种基于复用全向天线的混合监视防撞告警方法，通过对复用S模式应答机的上下两个全向天线，通过对基带和射频前端的控制，实现S模式应答机和ACAS系统的天线系统的共用，具体包含以下步骤：

1)将飞机监视范围分为主动监视区和被动监视区；

2)入侵飞机处于被动监视区时，本机在S模式应答间隙通过全向天线接受入侵飞机广播的ADS-B信号信息，本机不对入侵飞机发起ACAS询问，完全依赖被动接受的ADS-B信息对入侵飞机进行跟踪；

3)当入侵飞机处于主动监视区时，本机在S模式应答间隙，通过上下全向天线对入侵飞机发送ACAS询问信号，并通过全向天线接收该飞机发送的应答信号以及ADS-B信息，根据对应答信号的延时计算、解码解调等算法处理，计算出入侵飞机的距离、高度等信息；

4)融合TCAS测量数据与ADS-B信息后最终得出入侵飞机与本机的最近接近点，并向飞行员提供相应TA/RA告警来避免飞机相撞。

进一步，所述S模式应答机和ACAS系统的天线系统共用包含以下策略：

a)、S模式应答信号存在对全向天线的优先使用权，应答时间固定且满足协议要求，确保本机相对于地面以及其他飞机可见，满足航空安全需求；

b)、每次发送ACAS询问信号的间隔周期存在一定偏差的扰动，使得每次发射周期不完全一样；

c)、大数据量重复ACAS询问过程，在发射次数足够的情况下，一定会存在接收ACAS应答和发射S模式应答完全区分的情况，使得飞机同时保证S模式应答和ACAS询问功能。

进一步，所述步骤3）中主动监视区根据ACAS主机的询问频率又可以分为低频混合监视区和正常混合监视区，在保证本机安全的前提下低频混合监视区通过降低ACAS主机的询问频率减少和避免ACAS询问和S模式应答信号对全向天线系统的占用冲突问题，确保本机在地面控制中心始终可见。

进一步，所述步骤4）融合TCAS测量数据与ADS-B信息后最终得出入侵飞机与本机的最近接近点，具体包含以下步骤：

41）、通过ACAS发射询问信号的时间和ACAS接收应答信号的时间两个测量数据通过计算得到入侵飞机的与本机的距离；

42）、通过全向天线接收ADS-B广播信号，经过ADS-B接收通道解码得到ADS-B扩展电文；解算电文密码提取得到入侵飞机的方位信息，结合本机卫星导航系统给出的本机航空参数计算出入侵飞机与本机的角度和相位信息；

43）将ADS-B给出的方位信息和ACAS接收通道给出的距离信息等带入ACAS防撞算法逻辑计算出入侵飞机与本机的最近接近点，并向飞行员提供相应TA/RA告警来避免飞机相撞。

本发明的另一目的在于提供一种基于复用全向天线的混合监视防撞告警系统，包含上全向天线、下全向天线、开关矩阵、接收通道、发射通道、中频处理模块、综合处理模块：