ADS-B系统发射链路的信号处理方法及实施装置

摘要

本发明公开了ADS-B系统发射链路的信号处理方法，包括依次进行的以下步骤：步骤1、ADS-B目标信息初始化；步骤2、端口初始化；步骤3、创建并执行ADS-B控制盒消息任务和ADS-B发射链路层消息处理任务；步骤4、执行ADS-B消息发送任务；步骤5、BPSK编码调制；步骤6、将编码调制后的ADS-B消息送至射频链路并经处理后送至天线广播出去。发明还公开了实施上述ADS-B系统发射链路的信号处理方法的装置。发明应用时能简化信号处理工序，进而能降低系统延时，提高ADS-B发射系统信号稳定性及可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及空管技术监视领域，具体是ADS-B系统发射链路的信号处理方法及实施装置。

背景技术

广播式自动相关监视系统（ADS-B系统）是ICAO在新航行系统中所推荐的一种新兴航行监视技术，是空管监视领域的一项革命性技术。广播式自动相关监视系统（ADS-B系统） 采用全向广播方式播发空对空、空对地报告，由飞机自动向周围的飞机、车辆和地面接收装置发射自身的位置、状态、事件等信息，实现空空目标相互监视，空地目标监视，完成监视、导航功能。空中飞机可自动识别相互位置及状态，保持间隔，地面ATC可对终端和航路飞行的飞机实施监控指挥，对机场地面活动的飞机、车辆间保持安全间隔，起到地面监视作用。ADS-B主要实施空对空监视，一般情况下，只需机载电子设备（GPS 接收机、数据链收发机及其天线、驾驶舱冲突信息显示器CDTI），不需要任何地面辅助设备即可完成监视、导航功能，装备了ADS-B的飞机可通过数据链广播其自身的精确位置和其它数据（如速度、高度、编号等监视信息及飞机是否转弯、爬升或下降等状态信息或事件驱动信息等）。ADS-B 接收机能与空管监视系统、其它飞机的机载ADS-B结合起来，在空地、空空都能提供精确、实时的冲突信息。与传统雷达不同，ADS-B 系统可在低空和地面工作，因此，能用来监控滑行道和跑道上的冲突情况、信息，并能有效地在偏远地区或山区的雷达无法覆盖或受限制的地区使用。ADS-B 能同时向机组和管制员提供实时信息，机组和管制员就能在第一时间“看到”同样的信息。

然而，现有ADS-B发射系统信号处理过程繁琐，系统延时大，这会影响ADS-B发射系统信号稳定性及可靠性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种ADS-B系统发射链路的信号处理方法，其能简化信号处理过程，减小系统延时，进而能提高ADS-B发射系统信号稳定性及可靠性。本发明还提供了上述ADS-B系统发射链路的信号处理方法的实施装置。

本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：ADS-B系统发射链路的信号处理方法，包括以下步骤：

步骤A、对ADS-B系统目标信息及相关配置信息进行初始化处理，并对ADS-B主机设备与ADS-B控制盒之间交互通信的端口进行初始化处理；

步骤B、创建系统任务，其中，创建的系统任务包括ADS-B控制盒消息任务和ADS-B发射链路层消息处理任务；

步骤C、执行ADS-B控制盒消息任务：将ADS-B控制盒进行初始化处理，并将ADS-B控制盒获取的飞行目标配置信息、目标高度信息及设备温度信息传输给ADS-B主机设备；

步骤D、执行ADS-B发射链路层消息处理任务：将ADS-B链路层处理需求的消息数据、任务进行初始化操作，再提取和处理各类待发射消息，并将提取处理后的各类信息按照ADS-B链路层处理规范进行消息融合后传输给发射任务管理器；

步骤E、将ADS-B控制盒传输给ADS-B主机设备的信息和发射任务管理器的消息进行数据融合，数据整合后形成一个标准格式的ADS-B消息；

步骤F、将ADS-B消息发送到ADS-B系统主机设备控制的发送模块；

步骤G、将发送模块ADS-B消息数据进行BPSK编码调制；

步骤H、将编码调制后的ADS-B基带消息送至射频链路，经上变频和脉冲位置调制至1090MHz的射频信号，再经功率变换后送至天线广播出去。其中，BPSK编码为二进制相位反转编码，对发送模块ADS-B消息进行BPSK编码调制，能增强消息传输过程的抗干扰性和稳定性；将发送至射频链路的消息经上变频和功率变换，能进一步增加ADS-B消息在信道传输中的抗干扰能力。

进一步的，所述步骤C中获取的飞行目标配置信息包括VFR码设置、ICAO地址设置、航班号设置、最大速度设置、飞行器类别设置、飞机长度宽度设置及GPS数据源选择；所述步骤D中提取和处理的待发射信息包括目标位置、速度、高度、身份及状态及事件驱动信息；所述步骤E的数据融合包括目标身份状态信息、消息TYPE类型设置、经纬度信息CPR编码、速度信息编码、气压高度数据编码及CRC校验位编码。

进一步的，所述步骤C还包括在ADS-B控制盒进行初始化处理后由ADS-B控制盒发送与ADS-B主机设备的建链消息，在ADS-B控制盒收到返回的建链消息后再将获取的信息传输给ADS-B主机设备。其中，ADS-B控制盒向ADS-B主机设备发送建链消息，以检测ADS-B控制盒和ADS-B主机的上电、加载接口通信是否正常，保证通信的可靠性和稳定性。

进一步的，所述步骤B中获取的配置信息包括本机设备和通过航空总线获取机载其它传感器的相关配置信息，ADS-B控制盒通过气压高度传感器获取目标高度信息，通过温度传感器获取设备温度信息。本发明通过航空总线获取机载其它传感器的相关配置信息，能克服现有ADS-B系统传感器接口单一不与外部设备共享的缺点，同时能兼容机载其它传感器信号的输入和共享。

进一步的，所述步骤C中ADS-B控制盒获取的信息按照ADS-B报表格式生成相关数据后再传输给ADS-B主机设备。如此，本发明应用时，能缩短处理等待的空闲时间，进而能减少获取需要发送的各种信息的时间，方便实时处理和减少系统延时。

进一步的，所述步骤D还包括在初始化操作后根据各类消息发射任务的优先级更新速率要求设置仲裁器和定时器，然后再采用仲裁定时机制实时的提取和处理各类待发射消息。本发明通过设置仲裁器和定时器，能够有效缩短系统处理延时，克服系统处理延时大的问题。

进一步的，所述步骤E在进行数据融合之前还包括以下步骤：

步骤E.1、读取配置信息，按照配置信息的指令，完成串口或航空429总线的初始化，实现导航数据源的选择；

步骤E.2、根据处理发送的消息类型，设置消息的延时；

步骤E.3、检测数据更新，若有数据更新，则开始编码信息，若无数据更新，则继续延时，其中，数据更新处理是通过定时器定时的将更新数据的TTL值减1，当TTL值为0时，就表示在规定的时间内没有收到更新的数据，此时要清除该数据，防止编码错误信息。其中，ADS-B系统在具体设置时应具备设置为接收外界GPS数据源或者设置为接收机载其它导航数据源，ADS-B系统还应具备存储配置信息的存储芯片。因ADS-B系统要发送多种类型的消息，各种消息发送的时间间隔也各不相同，如空中位置信息的时间间隔为0.4-0.6s，飞机身份与类型消息的时间间隔为4.8-5.2s，如此，本发明在处理发送不同类型的消息时，设置不同消息的延时。ADS-B系统的主要任务是时时广播自己的飞行状态，本发明在没有数据可用时，即不能表示自己的飞行状态时，停止广播相应消息，如此，能防止对其它设备广播的数据造成干扰。本发明更新处理是为了防止系统将过时的信息融合到消息中，发送出错误的飞行状态信息，消息发送处理中的检查是否有更新就是查看此处的TTL值是否为0。

进一步的，所述步骤G中按基于S模式1090MHz ES数据链的ADS-B消息格式对相应消息数据进行BPSK编码调制，在应答数据块前8us的0us、1.0us、3.5us、4.5us处添加持续宽度为0.5us的脉冲信号构成应答报头，并和应答数据块整合成完整的ADS-B基带消息。

实施上述ADS-B系统发射链路的信号处理方法的装置，包括ADS-B控制盒和ADS-B主机设备，所述ADS-B主机设备包括ADS-B发射装置和信号发射模块，其中：

ADS-B控制盒用于对发射的ADS-B目标信息进行初始化配置，配置处理相关数据，并经融合编码后形成标准格式ADS-B消息传输至ADS-B发射装置；

ADS-B发射装置用于接收ADS-B控制盒发射的目标待发射信息,结合其它传感器传送的相关信息，经过提取、判断、融合之后，进行基带编码和调制后，送至信号发射模块；

信号发射模块用于将基带调制后的信号进行变频、放大后至天线发射出去，其中，ADS-B消息即以S模式1090MHz ES数据链格式广播出去。其中，ADS-B控制盒配置的信息包括目标的气压高度数据，目标飞机ICAO地址、目标飞行ID数据和辅助信息；ADS-B发射装置接收到的信息主要包括位置、速度、事件状态信息。

综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明的处理方法应用时结合系统初始化配置的目标信息，通过收集飞行目标的各类传感器信息，然后对目标信息进行判断、分析、融合及编码调制处理，最终广播发射出去，实现目标监视、导航功能，本发明应用时能减少信息处理量，能减小系统延时，简化信号处理过程，并能提高ADS-B发射系统信号稳定性和可靠性。

（2）本发明实行层次化、架构化处理方法以及利用实时处理系统和并行多任务并发操作的处理方式，相较以前串行处理方法（一级处理完成再处理下一级任务方法），显得结构更加清晰，处理更加快捷和方便；系统处理延时由以前的800us提高到现在的200us，缩短了系统延时。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的总体流程图；

图2为图1中ADS-B控制盒消息处理任务流程图；

图3为图1中ADS-B发射链路层消息处理任务流程图；

图4为图1中ADS-B系统发送任务处理流程图；

图5是基于S模式1090MHz ES数据链的ADS-B消息格式图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例：

如图1所示，ADS-B系统发射链路的信号处理方法，包括依次进行的以下步骤：步骤1、ADS-B目标信息初始化；步骤2、端口初始化；步骤3、创建并执行ADS-B控制盒消息任务和ADS-B发射链路层消息处理任务；步骤4、执行ADS-B消息发送任务；步骤5、BPSK编码调制；步骤6、将编码调制后的ADS-B消息送至射频链路并经处理后送至天线广播出去。

本实施例中步骤1的具体操作步骤为：对ADS-B系统目标信息及相关配置信息进行初始化处理。步骤2的具体操作步骤为：对ADS-B主机设备与ADS-B控制盒之间交互通信的端口进行初始化处理。

如图2所示，本实施例执行ADS-B控制盒消息任务具体包括以下步骤：步骤31.1、ADS-B控制盒初始化及建链；步骤31.2、获取配置信息；步骤31.3、获取目标高度及设备温度信息；步骤31.4、协议生成并传输至ADS-B主机设备。ADS-B控制盒获取的配置信息包括本机设备和通过航空总线获取机载其它传感器的相关配置信息，在获取配置信息时，ADS-B控制盒发送获取的配置信息命令给ADS-B主机设备，通过接口获取相关配置信息，其中，配置信息包括VFR码设置、ICAO地址设置、航班号设置、最大速度设置、飞行器类别设置、飞机长度宽度设置及GPS数据源选择。本实施例中ADS-B控制盒通过气压高度传感器获取目标高度，并每秒更新一次，同时通过温度传感器获取设备温度信息。本实施例中步骤31.4的具体操作步骤为：按照ADS-B报表格式生成相关数据并将生成后的数据传输给ADS-B主机设备进行后续相关处理。

如图3所示，本实施例执行ADS-B发射链路层消息处理任务具体包括以下步骤：步骤32.1、对ADS-B发射链路层消息处理需求的消息数据、任务进行初始化操作；步骤32.2、创建仲裁器和定时器；步骤32.3、提取和处理各类待发射消息；步骤32.4、ADS-B相关信息融合处理；步骤32.5、、ADS-B信息传输。本实施例应用时，根据各类消息发射任务的优先级更新速率要求设置仲裁器和定时器，比如：位置速度的优先级设置为最高优先级，更新速率为0.4-0.6s更新一次，目标身份与状态信息优先级设置为次优先级，更新速率为4.8-5.2s更新一次。当更新速度和优先级相冲突时，以有线级别高的消息任务为主，且自动切换。本实施例中提取和处理的待发射消息包括空中位置信息、地表位置信息、飞行器身份与类型信息、空中速度信息、目标状态与状况信息及事件驱动信息。本实施例步骤32.4的具体操作步骤为：将提取处理后的各类信息按照ADS-B链路层处理规范进行消息融合。步骤32.5的信息传输具体为：将融合后的消息传输给发射任务管理器。

如图4所示，本实施例执行ADS-B消息发送任务具体包括以下步骤：步骤4.1、按配置信息设置导航数据源；步骤4.2、消息延时；步骤4.3、检测数据是否有更新，若有数据更新，则开始编码信息，若无数据更新，则返回步骤4.2继续延时；步骤4.4、数据融合；步骤4.5、发送消息。本实施例的ADS-B系统有设置为接收外界GPS数据源或者设置为接收机载其它导航数据源，本实施例在实施步骤4.1时按照配置信息的指令，完成串口或航空429总线的初始化，实现导航数据源的选择，本实施例在实施步骤4.2时根据处理发送的不同类型的消息设置不同消息的延时。本实施例步骤4.3中数据更新处理是通过定时器定时的将更新数据的TTL值减1，当TTL值为0时，就表示在规定的时间内没有收到更新的数据，此时要清除该数据，防止编码错误信息。更新处理是为了防止系统将过时的信息融合到消息中，发送出错误的飞行状态信息，消息发送处理中的检查是否有更新就是查看此处的TTL值是否为0。本实施例步骤4.4融合的消息包括ADS-B控制盒传输给ADS-B主机设备的信息和发射任务管理器的消息，数据融合后形成一个标准格式的ADS-B消息，数据融合具体包括目标身份状态信息（即：ICAO地址编码、航班号编码）、消息TYPE类型设置、经纬度信息CPR编码、速度信息编码、气压高度数据编码、CRC校验位编码等。本实施例中发送消息具体包括以下步骤：按照更新速率要求，采用仲裁定时机制实时的将ADS-B消息数据发送到主机控制的发送模块。

如图5所示，本实施例中BPSK编码调制具体包括以下步骤：按基于S模式1090MHz ES数据链的ADS-B消息格式对发送模块ADS-B消息数据进行BPSK编码调制，并在应答数据块前8us的0us、1.0us、3.5us、4.5us处添加持续宽度为0.5us的脉冲信号构成应答报头（前导脉冲），并和应答数据块整合成完整的ADS-B基带消息。本实施例在步骤6中将编码调制后的ADS-B消息进行处理具体为：将编码调制后的ADS-B消息经上变频和脉冲位置调制至1090MHz的射频信号，再经功率变换。

实施上述ADS-B系统发射链路的信号处理方法的装置，包括ADS-B控制盒和ADS-B主机设备， ADS-B主机设备包括ADS-B发射装置和信号发射模块，其中：ADS-B控制盒用于对发射的ADS-B目标信息进行初始化配置，配置处理相关数据，并经融合编码后形成标准格式ADS-B消息传输至ADS-B发射装置。ADS-B发射装置用于接收ADS-B控制盒发射的目标待发射信息,结合其它传感器传送的相关信息，经过提取、判断、融合之后，进行基带编码和调制后，送至信号发射模块。信号发射模块用于将基带调制后的信号进行变频、放大后至天线发射出去，其中，ADS-B消息即以S模式1090MHz ES数据链格式广播出去。

如上所述，可较好的实现本发明。