基于ADS-B的机载防撞系统信号处理模块
技术领域
本实用新型涉及机载防撞技术，具体是基于ADS-B的机载防撞系统信号处理模块。
背景技术
随着民航事业的迅速发展，空中交通变得越来越繁忙，航路也随之变得拥挤。防止飞机之间的碰撞，保证飞机的安全飞行变得越来越重要，发展独立可靠的空空监视和冲突检测与防撞系统受到高度重视。传统的空中防撞系统主要依靠TCASⅡ系统，其是运行独立的空中交通防撞系统，为装备了应答机的飞机提供保护。TCASⅡ对冲突的预测依靠获得的当前和历史位置、速度等信息，其冲突预测能力将随着航路飞行复杂性的增加而大大降低。TCASⅡ和地面空管的询问都是通过机载应答机回答，因此，需要减小TCASⅡ的询问率以减小无线电干扰。ADS-B是通过飞机对外广播其位置、速度、意图等信息，并接收其它飞机的广播信息，达到飞机间的相互感知，进而实现对周边空域交通状况全面、详细的了解。ADS-B技术能够对外广播种类繁多、内容丰富、满足精度和准确性要求的监视信息，基于全面、及时、丰富的监视信息而实现冲突检测，能够及时、准确地预测冲突的发生。但现阶段直接用ADS-B被动监视代替现有的TCASⅡ主动监视是不被接受的，因为ADS-B一旦丧失了为其提供位置报告的基础(如GPS)将会丧失冲突探测能力。
集合TCASⅡ和ADS-B技术的组合监视防撞系统，可以使TCASⅡ利用ADS-B 1090MHZ扩展电文信息，从临近飞机接收ADS-B信息，以减少该飞机TCASⅡ设备询问率，同时维持它作为防撞系统的独立性，其能有效地保持空中运行航空器的最小安全间距和增加空域容量。组合监视防撞系统中的TCASⅡ系统主要由计算机控制单元、频率源、发射机、接收机、天线单元、信号处理单元、电源模块等组成。其中，接收机和信号处理单元在应用时，接收机处理天线单元所接收的信号，经混频形成中频信号，并将频率信号输出到信号处理单元；信号处理单元接收频率信号并处理，生成消息信号，输出到计算机控制单元。现有组合监视防撞系统中的TCASⅡ系统应用时，时常出现接收机传送的频率信号强度不足、存在信号干扰的问题，这导致信号处理单元反馈的消息信号精度受到影响，进而会影响到监视的准确性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有组合监视防撞系统中TCASⅡ系统的信号处理单元因受接收机输出频率信号强度和干扰的影响，而导致生成消息信号精度不能保证的问题，提供了一种基于ADS-B的机载防撞系统信号处理模块，其应用时能提升获取的接收机输出频率信号强度和降低信号干扰，进而能消除频率信号强度不足和信号干扰对生成消息信号精度的影响，提升监视的准确性。
本实用新型的目的主要通过以下技术方案实现：基于ADS-B的机载防撞系统信号处理模块，包括带通滤波单元、信号放大单元、模数转换单元、微处理器、电源、时钟芯片及信号缓冲单元，所述带通滤波单元、信号放大单元及模数转换单元顺次连接，所述模数转换单元输出端、电源、时钟芯片及信号缓冲单元均与微处理器连接；其中：
电源，用于为微处理器及其连接的元器件供电；
时钟芯片，用于为微处理器提供时钟信号；
带通滤波单元，用于获取接收机输出的频率信号并进行选频滤波，然后输出至信号放大单元；
信号放大单元，用于将滤波后信号进行放大，然后输出至模数转换单元；
模数转换单元，用于将放大后模拟信号转换为数字信号发送至微处理器；
微处理器，用于接收经模数转换单元转换的数字信号并处理，生成消息信号发送至信号缓冲单元；
信号缓冲单元，用于接收微处理器输出信号并进行暂存后输出。本实用新型通过信号缓冲单元提升输入输出数据稳定性，能降低由于信号波动而引起的错误，信号缓冲单元输出的信号输送至计算机控制单元。
进一步的，所述带通滤波单元包括可调电阻R1、可调电阻R2、可调电容C1及可调电容C2，所述可调电容C2两端分别与可调电阻R1和信号放大单元输入端连接，所述可调电阻R1相对连接可调电容C2端的另一端用于输入接收机输出的频率信号；所述可调电容C1一端连接于可调电阻R1与可调电容C2之间的线路上，其另一端接地；所述可调电阻R2一端与可调电容C2相对连接可调电阻R1端的另一端连接，其另一端接地。本实用新型应用时，通过调节可调电阻R1、可调电阻R2、可调电容C1及可调电容C2的值，使得可调电阻R1与可调电容C1形成低通网络，可调电阻R2与可调电容C2形成高通网络，低通网络和高通网络共同构成带通滤波电路，通过调节可调电阻R1、可调电阻R2、可调电容C1及可调电容C2的取值，即可调节带通滤波电路的中心频率。
进一步的，所述信号放大单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、NPN三极管Q1及PNP三极管Q2，所述电阻R3一端与带通滤波单元输出端连接，其另一端与NPN三极管Q1基极连接；所述二极管D1正负两极分别与NPN三极管Q1基极和集电极连接，NPN三极管Q1发射极接地；所述电阻R4两端分别与NPN三极管Q1集电极和PNP三极管Q2基极连接，电阻R5两端分别与PNP三极管Q2基极和发射极连接，二极管D2正负两极分别与PNP三极管Q2集电极和基极连接；所述PNP三极管Q2发射极接电源，其集电极作为输出端与模数转换单元连接。
进一步的，所述电阻R3、电阻R4及电阻R5的阻值均为10KΩ。
进一步的，所述微处理器采用EP3C25Q240C8N芯片实现。
综上所述，本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：本实用新型整体结构简单，使用元器件少，便于实现，成本低，本实用新型应用时，首先对接收机输出的频率信号进行选频滤波，再进行放大，然后模数转换后输送至微处理器进行处理，滤波能降低信号干扰，信号放大单元能增强频率信号强度，如此，本实用新型能消除频率信号强度不足和信号干扰对生成消息信号精度的影响，提升监视的准确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
图1为本实用新型一个具体实施例的结构框图；
图2为图1中带通滤波单元与信号放大单元的电路原理图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
实施例：
如图1所示，基于ADS-B的机载防撞系统信号处理模块，包括带通滤波单元、信号放大单元、模数转换单元、微处理器、电源、时钟芯片及信号缓冲单元，带通滤波单元、信号放大单元及模数转换单元顺次连接，模数转换单元输出端、电源、时钟芯片及信号缓冲单元均与微处理器连接。其中：电源用于为微处理器及其连接的元器件供电；时钟芯片用于为微处理器提供时钟信号；带通滤波单元用于获取接收机输出的频率信号并进行选频滤波，然后输出至信号放大单元；信号放大单元用于将滤波后信号进行放大，然后输出至模数转换单元；模数转换单元用于将放大后模拟信号转换为数字信号发送至微处理器；微处理器用于接收经模数转换单元转换的数字信号并处理，生成消息信号发送至信号缓冲单元；信号缓冲单元用于接收微处理器输出信号并进行暂存后输出。本实施例的微处理器优选采用altera公司的EP3C25Q240C8N芯片实现，信号缓冲单元优选采用SN74ALVC16245芯片实现，模数转换单元优选采用24位并行AD7771芯片，时钟芯片优选采用ds1302芯片。为了保证本实施例微处理器输出信号稳定，满足输出信号的时序要求，本实施例中微处理器与信号缓冲单元之间的连线采用双向异步总线。
如图2所示，本实施例的带通滤波单元包括可调电阻R1、可调电阻R2、可调电容C1及可调电容C2，其中，可调电容C2两端分别与可调电阻R1和信号放大单元输入端连接，可调电阻R1相对连接可调电容C2端的另一端用于输入接收机输出的频率信号。本实施例的可调电容C1一端连接于可调电阻R1与可调电容C2之间的线路上，其另一端接地。本实施例的可调电阻R2一端与可调电容C2相对连接可调电阻R1端的另一端连接，其另一端接地。本实施例的信号放大单元包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、NPN三极管Q1及PNP三极管Q2，其中，电阻R3一端与NPN三极管Q1基极连接，其另一端与带通滤波单元输出端连接，即与可调电容C2连接。本实施例的二极管D1正负两极分别与NPN三极管Q1基极和集电极连接，NPN三极管Q1发射极接地。本实施例的电阻R4两端分别与NPN三极管Q1集电极和PNP三极管Q2基极连接，电阻R5两端分别与PNP三极管Q2基极和发射极连接，二极管D2正负两极分别与PNP三极管Q2集电极和基极连接。本实施例的PNP三极管Q2发射极接电源，其集电极作为输出端与模数转换单元连接。本实施例中电阻R3、电阻R4及电阻R5的阻值均为10KΩ，可调电阻R1和可调电阻R2两者阻值的可调范围为0～10KΩ，可调电容C1和可调电容C2两者容值的可调范围为0～1000pF。本实施例中，NPN三极管Q1采用PMBT5551三极管实现，PNP三极管Q2采用PMBT5401三极管实现，两个三极管的开关速度最大能达到300MHz，信号延迟几乎为零，导通速度快。
本实施例应用时，接收机输出的频率信号先经过带通滤波单元滤波降低干扰，再经信号放大单元放大以增强信号强度，然后由模数转换单元进行信号转换以供微处理器处理，最后由微处理器产生消息信号由信号缓冲单元暂存后输出。如此，能保证供微处理器处理的信号强度和减小干扰，以提升监视性能。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
