專利名稱：分布式接收機(jī)及使用該分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種用于多點(diǎn)定位機(jī)場場面監(jiān)視系統(tǒng)的接收機(jī)，尤其涉及的是一種分布式接收機(jī)及使用該分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置。
背景技術(shù)：
多點(diǎn)定位機(jī)場場面監(jiān)視系統(tǒng)(Mult1-staticDependent Surveillance, MDS)是一種應(yīng)用于目標(biāo)識(shí)別和空域監(jiān)管的新型系統(tǒng)，該系統(tǒng)是在目前基于二次雷達(dá)(SecondarySurveillance Radar, SSR)空管系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用分布式接收機(jī)接收全球通用的SSR應(yīng)答信號(hào)，通過信號(hào)到達(dá)各接收機(jī)的到達(dá)時(shí)差進(jìn)行定位，MDS技術(shù)是緩解目前日益增長的空中交通管制壓力、提升復(fù)雜環(huán)境下機(jī)場附近監(jiān)管能力的關(guān)鍵技術(shù)之一。典型的MDS系統(tǒng)一般配置15 20個(gè)分布式接收機(jī)，接收機(jī)捕捉機(jī)場附近來自不同平臺(tái)的應(yīng)答機(jī)信號(hào)，完成低噪 聲放大、低失真濾波、包絡(luò)提取、高速采樣、時(shí)間標(biāo)定與數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。?duì)于MDS系統(tǒng),精確的到達(dá)時(shí)差(Time Difference of Arrival, TDOA)估計(jì)是實(shí)現(xiàn)高精度定位的關(guān)鍵。分布式接收機(jī)對(duì)應(yīng)答信號(hào)的多個(gè)處理環(huán)節(jié)如濾波、采樣等都可能會(huì)影響應(yīng)答脈沖的失真度，進(jìn)而影響時(shí)差估計(jì)精度和定位精度。由于MDS系統(tǒng)是在SSR基礎(chǔ)上構(gòu)建的，MDS接收機(jī)與SSR接收機(jī)的功能類似，都是要完成對(duì)1090MHz應(yīng)答信號(hào)的接收和射頻處理，因此與SSR接收機(jī)一樣，MDS接收機(jī)一般也是采用中頻對(duì)數(shù)檢波方案，如圖1所示。在該方案中，接收機(jī)首先對(duì)1090MHz應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行低噪聲放大與濾波，然后與1030MHz本振進(jìn)行混頻下變頻至60MHz，對(duì)該中頻信號(hào)進(jìn)行濾波和放大以后進(jìn)行中頻對(duì)數(shù)檢波，最后對(duì)視頻脈沖進(jìn)行AD變換，著名的MDS系統(tǒng)全球供應(yīng)商ERA公司即采用的是該方案。但是這種方案存在著以下不足I)信號(hào)的混頻環(huán)節(jié)會(huì)給應(yīng)答脈沖的失真度尤其是脈沖上升沿帶來額外影響；2)混頻過程需要1030MHz頻綜器和60MHz中頻濾波器，增加了系統(tǒng)設(shè)備量與系統(tǒng)成本。另外，MDS系統(tǒng)通過分布式接收機(jī)捕捉應(yīng)答器的應(yīng)答信號(hào)，應(yīng)答脈沖到達(dá)每個(gè)接收機(jī)的到達(dá)時(shí)間(Time of Arrival，T0A)為空間傳輸部分，而信號(hào)在接收機(jī)中的傳輸延遲應(yīng)予以扣除，因此對(duì)分布式接收機(jī)進(jìn)行精確延遲校正是保證MDS系統(tǒng)準(zhǔn)確定位的關(guān)鍵問題之
O
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種分布式接收機(jī)及使用該分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置，能夠在更少設(shè)備量的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)答信號(hào)的高精度與低失真接收，并能夠?qū)Ψ植际浇邮諜C(jī)的傳輸延遲進(jìn)行精確校正。本實(shí)用新型是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本實(shí)用新型包括依次連接的低噪聲放大器、高斯匹配濾波器、射頻對(duì)數(shù)檢波器、匹配電路、AD變化電路和光電轉(zhuǎn)換光纖傳輸器。作為本實(shí)用新型的優(yōu)選方式之一，所述高斯匹配濾波器為五階高斯型射頻濾波器，帶寬為30MHz。使用所述分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置，包括應(yīng)答信號(hào)模擬器、I n功分器、η個(gè)分布式接收機(jī)和η個(gè)信號(hào)處理器,應(yīng)答信號(hào)模擬器和1:η功分器相連以傳輸產(chǎn)生的AC模式和S模式應(yīng)答信號(hào)，1:η功分器和η個(gè)分布式接收機(jī)的輸入端相連將應(yīng)答信號(hào)分為η路分別傳輸給每個(gè)分布式接收機(jī)，η個(gè)分布式接收機(jī)的輸出端分別與對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理器相連，η彡2且為整數(shù)。本實(shí)用新型相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)本實(shí)用新型所采用的射頻直接對(duì)數(shù)檢波技術(shù)能避免混頻環(huán)節(jié)給應(yīng)答脈沖的失真度尤其是給脈沖上升沿所帶來的惡化，同時(shí)省去了混頻器、1030MHz頻綜器和60MHz中頻濾波器等硬件電路單元，減小了 MDS系統(tǒng)設(shè)備量與系統(tǒng)成本；本實(shí)用新型所采用的高斯匹配濾波技術(shù)有效減小了減少了接收機(jī)帶寬和匹配濾 波類型對(duì)應(yīng)答脈沖失真度的影響，尤其是大大緩解了上升沿的惡化以及消除了脈沖邊沿過沖現(xiàn)象，從而提聞了 TDOA估計(jì)精度和系統(tǒng)定位精度；采用的外部有源標(biāo)校裝置對(duì)分布式接收機(jī)自身傳輸和處理延遲進(jìn)行校正，該技術(shù)裝置簡單、可實(shí)現(xiàn)性很強(qiáng)，能精確測出接收機(jī)自身的傳輸與處理延遲，使得MDS系統(tǒng)可以獲得更加精確的真實(shí)目標(biāo)TD0A，從而提高了 MDS系統(tǒng)的時(shí)差定位精度。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)中采用中頻對(duì)數(shù)檢波的接收機(jī)的系統(tǒng)框圖；圖2是本實(shí)用新型采用射頻直接對(duì)數(shù)檢波的接收機(jī)的系統(tǒng)框圖；圖3是接收機(jī)帶寬與接收輸出脈沖上升沿的關(guān)系示意圖；圖4是采用平頂濾波器3dB帶寬=IOMHz的接收機(jī)輸出脈沖示意圖；圖5是采用高斯匹配濾波器3dB帶寬=IOMHz的接收機(jī)輸出脈沖示意圖；圖6是采用平頂濾波器3dB帶寬=30MHz的接收機(jī)輸出脈沖示意圖；圖7是采用高斯匹配濾波器3dB帶寬=30MHz的接收機(jī)輸出脈沖示意圖；圖8為外部有源標(biāo)校裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖9為校正時(shí)各電路單元延遲示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。如圖2所示，本實(shí)施例的接收機(jī)包括依次連接的低噪聲放大器11、高斯匹配濾波器12、射頻對(duì)數(shù)檢波器13、匹配電路14、AD變化電路15和光電轉(zhuǎn)換光纖傳輸器16。所述的射頻對(duì)數(shù)檢波器13是指接收機(jī)對(duì)1090MHz頻段的應(yīng)答脈沖進(jìn)行低噪聲放大與濾波以后，在射頻段直接進(jìn)行對(duì)數(shù)檢波，提取應(yīng)答脈沖包絡(luò)，而不同于常規(guī)方案中對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行下變頻到60MHz中頻后才進(jìn)行對(duì)數(shù)檢波。射頻直接對(duì)數(shù)檢波方案既避免了混頻環(huán)節(jié)給應(yīng)答脈沖失真度尤其是脈沖上升沿帶來的影響，又節(jié)省了混頻器、1030MHz頻綜器、60MHz中頻濾波器等硬件電路單元。所述的高斯匹配濾波器12是指接收機(jī)采用了五階高斯型射頻濾波器進(jìn)行匹配濾波。TDOA估計(jì)精度下限與應(yīng)答脈沖的上升沿成正比，而脈沖的上升沿與接收機(jī)的帶寬以及濾波類型相關(guān)，因此接收機(jī)匹配濾波帶寬與類型的選擇是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)考慮問題之一。如圖3所示，針對(duì)MDS應(yīng)答脈沖的信號(hào)特點(diǎn)，分析與仿真指出當(dāng)接收機(jī)帶寬小于IOMHz時(shí)，接收機(jī)帶寬決定了輸出脈沖上升沿的大??；當(dāng)接收機(jī)帶寬大于30MHz時(shí)，接收機(jī)對(duì)脈沖上升沿的影響很小，輸出脈沖上升沿主要取決于輸入脈沖自身。另外，對(duì)于采用脈沖調(diào)制方式的1090MHz應(yīng)答脈沖，其信號(hào)頻譜的包絡(luò)為sine函數(shù)，當(dāng)接收機(jī)的通頻特性與其相匹配時(shí)，接收機(jī)輸出脈沖失真度最低、信噪比最大，如圖4 7所示。針對(duì)MDS系統(tǒng)對(duì)時(shí)間測量精度上的需求以及應(yīng)答脈沖信號(hào)的特點(diǎn)，本實(shí)施例提出接收機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)帶寬為30MHz，采用了五階高斯型射頻濾波器進(jìn)行匹配濾波的解決方案，使得接收機(jī)對(duì)實(shí)際應(yīng)答信號(hào)的上升沿大小幾乎沒有惡化，對(duì)脈沖失真度影響很小，能更好地滿足MDS系統(tǒng)的應(yīng)用需求。如圖8所示，使用所述分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置，包括應(yīng)答信號(hào)模擬器
2、I n功分器3、n個(gè)分布式接收機(jī)和η個(gè)信號(hào)處理器4,應(yīng)答信號(hào)模擬器2和1:η功分器3相連以傳輸產(chǎn)生的AC模式和S模式應(yīng)答信號(hào)，I η功分器3和η個(gè)分布式接收機(jī)的輸入端相連將應(yīng)答信號(hào)分為η路分別傳輸給每個(gè)分布式接收機(jī)，η個(gè)分布式接收機(jī)的輸出端分別 與對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理器4相連，η彡2且為整數(shù)。本實(shí)施例的外部有源標(biāo)校裝置是采用應(yīng)答信號(hào)模擬器2作為外部標(biāo)校源，產(chǎn)生的AC模式和S模式應(yīng)答信號(hào)，通過等相位1:η功分器將信號(hào)送至η個(gè)分布式接收機(jī)的輸入端，信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)部經(jīng)過低噪聲放大、低失真濾波、射頻對(duì)數(shù)檢波、AD變換，電光-光電轉(zhuǎn)換后送至信號(hào)處理器4 (DSP)進(jìn)行TOA測量。如圖9所示，接收機(jī)進(jìn)行延遲校正時(shí)，中心站信號(hào)處理系統(tǒng)以高精度時(shí)間同步系統(tǒng)送來的IOMHz時(shí)鐘作為參考，產(chǎn)生I毫秒為周期的毫秒脈沖送至應(yīng)答信號(hào)模擬器2，應(yīng)答信號(hào)模擬器2以該信號(hào)的上升沿作為觸發(fā)，延遲一定的時(shí)間之后產(chǎn)生應(yīng)答信號(hào)的AC碼和S碼的調(diào)制脈沖串，并通過對(duì)1090MHz射頻連續(xù)波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制產(chǎn)生從而應(yīng)答脈沖信號(hào)，該射頻應(yīng)答信號(hào)通過等相位1:n功分器和等長射頻電纜后送至η個(gè)接收機(jī)的輸入端，通過η個(gè)接收機(jī)的處理將其TOA信息送至DSP系統(tǒng)，測得第i (i=l，2，…，η)個(gè)接收機(jī)的應(yīng)答脈沖的前沿與毫秒脈沖前沿之差為Ti，考慮到毫秒脈沖傳輸延遲τη、應(yīng)答信號(hào)模擬器2內(nèi)部毫脈沖觸發(fā)與調(diào)制延遲τ 2、1:η功分器和等長射頻電纜傳輸延遲Ti3，則第i個(gè)接收機(jī)自身的傳輸與處理延遲A τ i應(yīng)為Δ Ti=T1-T η- τ i2~ τ i3采用該裝置準(zhǔn)確測出接收機(jī)自身的傳輸延遲后，將數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，然后在系統(tǒng)測定真實(shí)目標(biāo)的TOA后，對(duì)該部分延遲進(jìn)行校除。由于應(yīng)答信號(hào)模擬器2可以產(chǎn)生高信噪比、低失真的模擬應(yīng)答信號(hào)，并且在校正時(shí)沒有多個(gè)目標(biāo)信號(hào)疊加和多徑干擾問題，MDS系統(tǒng)可以更加精確地測出該信號(hào)的Τ0Α，另外校正系統(tǒng)中各輔助電路設(shè)備的傳輸延遲τη、Ti2、Ti3可以用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、示波器等儀表精確測出，因此通過上式可以計(jì)算出接收機(jī)自身精確的傳輸與處理延遲，于是系統(tǒng)可以獲得更加精確的TD0A，從而提高了 MDS系統(tǒng)的時(shí)差定位精度。
權(quán)利要求1.一種分布式接收機(jī)，其特征在于，包括依次連接的低噪聲放大器、高斯匹配濾波器、 射頻對(duì)數(shù)檢波器、匹配電路、AD變化電路和光電轉(zhuǎn)換光纖傳輸器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式接收機(jī)，其特征在于所述高斯匹配濾波器為五階高斯型射頻濾波器，帶寬為30MHz。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置，包括應(yīng)答信號(hào)模擬器、1:n功分器、η個(gè)分布式接收機(jī)和η個(gè)信號(hào)處理器,應(yīng)答信號(hào)模擬器和1:η功分器相連以傳輸產(chǎn)生的AC模式和S模式應(yīng)答信號(hào)，I η功分器和η個(gè)分布式接收機(jī)的輸入端相連將應(yīng)答信號(hào)分為η路分別傳輸給每個(gè)分布式接收機(jī)，η個(gè)分布式接收機(jī)的輸出端分別與對(duì)應(yīng)的信號(hào)處理器相連，η彡2且為整數(shù)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分布式接收機(jī)及使用該分布式接收機(jī)的外部有源標(biāo)校裝置，分布式接收機(jī)包括依次連接的低噪聲放大器、高斯匹配濾波器、射頻對(duì)數(shù)檢波器、匹配電路、AD變化電路和光電轉(zhuǎn)換光纖傳輸器。外部有源標(biāo)校裝置包括應(yīng)答信號(hào)模擬器、1n功分器、n個(gè)分布式接收機(jī)和n個(gè)信號(hào)處理器。本實(shí)用新型所采用的射頻直接對(duì)數(shù)檢波技術(shù)能避免混頻環(huán)節(jié)給應(yīng)答脈沖的失真度尤其是給脈沖上升沿所帶來的惡化，同時(shí)省去了混頻器、1030MHz頻綜器和60MHz中頻濾波器等硬件電路單元，減小了MDS系統(tǒng)設(shè)備量與系統(tǒng)成本。采用的外部有源標(biāo)校裝置對(duì)分布式接收機(jī)自身傳輸和處理延遲進(jìn)行校正，提高了MDS系統(tǒng)的時(shí)差定位精度。
文檔編號(hào)G01S5/00GK202837534SQ20122054982
公開日2013年3月27日 申請日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者段宗明, 柴文乾, 張奕 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所