[發明專利]一種ACAS和XPDR射頻綜合化設計系統

無效

• 申請號: 201210266480.7
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102780504A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 王杰
• 申請（專利權）人: 四川九洲空管科技有限責任公司
• 主分類號: H04B1/40
• 分類號: H04B1/40;G08G5/04
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 卿誠;吳彥峰

?

所屬技術領域

本發明涉及空中交通管制領域，尤其涉及一種ACAS和XPDR射頻綜合化設計系統。

背景技術

ACAS（Airborne?Collision?Avoidance?System）稱為機載防撞系統，TCAS（Traffic?Alert?and?Collision?Avoidance?System）稱為空中交通告警和防撞系統，前者名稱是由歐洲航行安全局（EUROCONTROL）定義,后者由美國聯邦航空局（FAA）定義，兩種名稱的系統含義、組成和功能都是一致的。

ACAS基于航管二次雷達的工作原理，由ACAS的詢問發射機對空中目標飛機進行前、后、左、右四個區域進行掃描詢問，附近裝有應答機（S模式/ATCRBS應答機）的飛機（目標機），就會做出應答。ACAS接收應答信號后，便可以計算出相對距離、高度、方位、遭遇時間和升降速度，當出現潛在沖突時，向駕駛員提供警告信息和處置建議，從而避免與空域其他飛機相撞危險的發生。

應答機（Transponder：XPDR）是一種空中交通管制二次雷達系統接收發射設備，它可以對模式A、C和模式S的詢問進行應答。XPDR根據收到的地面雷達或空中飛機詢問信息類型進行應答一組確認信息。從XPDR獲得的應答信息可以在空中交通管制系統中顯示相應飛機的身份（代碼）、高度、位置信息。XPDR的S模式數據鏈可以用于兩架裝備ACAS飛機間進行傳送ACAS相關信息。

ACAS工作頻率為發射1030MHZ，接收1090MHZ；XPDR工作頻率發射1090MHZ，接收1030MHZ。傳統機載ACAS和XPDR系統都有各自的射頻收發機和天線，因此，每架飛機可能安裝一組ACAS上、下定向天線和一組XPDR上、下全向天線，上天線安裝在飛機機身上面，下天線安裝在飛機機身下面，每個天線都需要各個獨立射頻電纜相連接，ACAS的兩個定向天線和XPDR的兩個全向天線為無源天線，即內部無低頻信號。傳統機載ACAS和XPDR系統射頻組成及連接關系如圖1所示。ACAS上定向天線和下定向天線分別通過四根射頻電纜連接到ACAS射頻收發單元，它包含ACAS天線通道切換開關、ACAS發射機和ACAS接收機（其包含4個接收分機）。XPDR上全向天線和下全向天線分別通過兩根射頻電纜連接到XPDR射頻收發單元，它包含XPDR天線通道切換開關、XPDR發射機和XPDR接收機（其包含2個接收分機）。ACAS射頻收發單元與XPDR射頻收發單元之間通過閉鎖信號進行連接，閉鎖信號使ACAS和XPDR收發單元在一定時間內進行互斥，即ACAS在發射時禁止XPDR接收與發射或XPDR發射時禁止ACAS接收與發射；同時，該信號還使ACAS、XPDR設備與飛機上同頻段設備進行閉鎖。

傳統分離的ACAS和XPDR系統需要四個天線、各自的射頻電纜、發射機和天線通道切換開關，這種分離的射頻形式導致系統重量重、體積大、功耗高、成本高。隨著航空電子系統綜合模塊化（IMA）的發展趨勢，傳統分離的ACAS和XPDR系統缺點也越來越明顯，通過ACAS和XPDR射頻綜合化設計系統不但可以大大改進原缺點，而且還滿足航空電子系統綜合模塊化（IMA）的發展趨勢，并提高了ACAS和XPDR射頻的可靠性與穩定性。

ACAS和XPDR射頻綜合化設計組成框圖如圖2所示，它共用一個天線通道切換開關連接ACAS接收機、ACAS/XPDR一體發射機和XPDR接收機到兩個定向天線。因為傳統機載ACAS和XPDR系統協同工作時，兩者發射都是主動且相互閉鎖，兩者僅是頻率和功率不同，因此一個單獨綜合設計發射機可以滿足兩者發射需求。由于ACAS和XPDR是實時接收工作，而且兩者接收頻率不同，為了滿足ACAS和XPDR接收的實時性要求，它們分別擁有獨自的接收機。

傳統ACAS發射和接收是定向的，XPDR發射和接收是全向的。在綜合化設計中，ACAS和XPDR共用定向天線，可以實現天線口徑統一，ACAS發射和接收特性與傳統系統相同；對于XPDR系統，需要由定向天線來滿足XPDR發射信號在空間的全向輻射要求，同時利用上下定向天線的四個通道定向接收實現XPDR接收；因傳統XPDR全向接收時，通過比較上下全向天線的兩個接收分機收到的全向信號的幅度強度來判斷是接收信號是來自上天線或下天線為主，然后根據接收到的信息進行對應上或下天線的應答；對XPDR通過上下兩個定向天線多個通道接收到定向信號而言，同樣可以通過比較接收分機從多個通道接收的信號的幅度強度來判斷上天線或下天線后選擇對應天線進行應答，因此，XPDR的定向接收與全向接收等效。