CN103259551A - 基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置 - Google Patents

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李玉柏
孙梦
文博龙
王坚
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Abstract

本发明提供一种基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，包括射频接收模块、第一级射频滤波模块、低噪放模块、第二级射频滤波模块、射频检波模块；所述射频接收模块的输出端与第一级射频滤波模块的输入端相连，第一级射频滤波模块的输出端与低噪放模块的输入端相连，低噪放模块的输出端与第二级射频滤波模块的输入端相连，第二级射频滤波模块的输出端与射频检波模块的输入端相连；所述射频接收模块的中心频率为1090MHz，所述射频检波模块为对数检波器。本发明的ADS-B射频接收装置采用射频直接检波的方式，电路结构简单，成本低，不需要本振，不需要对电源做特殊保护处理。

Description

基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置
技术领域
本发明涉及射频接收技术。
背景技术
监视（Surveillance）为空中交通管理***提供目标（包括空中航空器及机场场面动目标）的实时动态信息，是进行空中交通管理的基础。广播式自动相关监视ADS-B使用机载导航***得到飞机精确的位置和速度信息，并且周期性地广播自己的位置和状态信息，同时也接收其他飞机的广播信息。飞机利用周围空域的广播式自动相关监视信息可以得到周围各个方向飞机的状态，自由的规划自己的航路；地面监视站利用广播式自动相关监视信息可以方便的监视飞机的飞行状态，同时可以发送各种控制信息来协助飞机自由飞行。
在未来若干年内，对民航飞机的监视技术将从一次雷达与二次雷达结合的方式过渡到由空管一次监视雷达、空管二次监视雷达、自动相关监视和多点定位技术协同工作的方式。充分保障飞行的安全性与自由性。
快速、准确、无误的对广播式自动相关监视的射频信号进行接收是其后的ADS-B信号处理和报文解析的基础，为飞机航迹规划和监管提供有效支持。我国发展广播式自动相关监视始于2007年，目前多采用购买国外设备的方式进行试验建设。国内专利CN200910079141.6提出了一种基于广播式自动相关监视的信号检测方法及装置。国内专利CN200910205688.6提出了一种基于广播式自动相关监视的信号处理方法及装置。目前国内尚未有对广播式自动相关监视的射频信号接收方法及装置的研究。
传统的射频接收方案采用超外差方案或者中频方案，通过构建一个本地的振荡器对接收到的信号进行下变频，然后再对下变频后的信号进行处理，具体处理过程如下：
ADS-B信号经高增益天线接收后通过射频电缆进入第一级射频滤波器，天线的增益用于抵消射频连接电缆的损耗；
第一级射频滤波器一般采用腔体滤波器或者介质滤波器的形式，总体的要求是低***损耗，带内波动小，3dB带宽6MHz～10MHz为宜；
滤波之后射频信号输入低噪声放大器模块，放大增益取决于***所需要达到的灵敏度，一般放大25dB～35dB为宜；
信号放大之后输入第二级射频滤波器，该级滤波器需要具有良好的矩形系数，即带外衰减大，一般要求在1090MHz±30MHz的位置上衰减45dB以上；
第二级滤波后的信号输入下变频模块，与本地LO信号混频后得到中频信号，之后需要对中频信号再次进行滤波处理，此处对中频滤波器的要求是极高的，需要具有良好的矩形系数和较小的带内波动，一般要求IF±5MHz的位置上衰减20dB以上，带内波动优于1dB；
中频信号经滤波后需要再次放大，一般放大增益20dB～30dB为宜，放大之后中频信号输入到检波器，最后得到ADS-B的基带信号。
由以上描述可知，传统的射频接收ADS-B信号的方案需要一级射频放大器和两级射频滤波器，同时需要VCO模块产生本振，中频之后还需要进一步的放大和滤波，电路较复杂，同时基带处理之后所反映出的关键灵敏度指标也不尽理想。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单的基于广播式自动相关监视的射频接收装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，包括射频接收模块、第一级射频滤波模块、低噪放模块、第二级射频滤波模块、射频检波模块；
所述射频接收模块的输出端与第一级射频滤波模块的输入端相连，第一级射频滤波模块的输出端与低噪放模块的输入端相连，低噪放模块的输出端与第二级射频滤波模块的输入端相连，第二级射频滤波模块的输出端与射频检波模块的输入端相连；
所述射频接收模块的中心频率为1090MHz，所述射频检波模块为对数检波器。
射频接收模块接收1090MHz的射频信号，输出ADS-B射频信号。第一级射频滤波模块滤除射频信号的带外噪声，输出滤波后的ADS-B信号。低噪放模块放大射频信号中的有用的ADS-B信号，抑制噪声，输出噪声抑制后的ADS-B信号。第二级射频滤波模块进一步滤波ADS-B信号中的带外噪声，提高信号的信噪比，输出二级滤波后的ADS-B信号。射频检波模块对射频信号进行对数检波，获得ADS-B基带脉冲信号。
本发明的ADS-B射频接收装置采用射频直接检波的方式，电路结构简单，同时具有比超外差接收机更高的灵敏度和动态范围的指标，具有很高的实用性。使用对数检波器可以让后续数据处理更加方便，将除法转换成对数减法以减少资源消耗。
进一步的，还包括信号调理模块，射频检波模块的输出端与信号调理模块的输入端相连。信号调理模块对基带脉冲信号进行调理，获得适合于数字采样的ADS-B视频信号。
本发明的有益效果是，电路结构简单，成本低，不需要本振，不需要对电源做特殊保护处理。
附图说明
图1为实施例的射频接收机结构示意图；
图2为实施例射频接收机对实际信号接收效果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。
本实施例ADS-B射频接收机总体性能指标如下表所示：
Figure BDA00003073734700031
如图1所示，本实施例ADS-B射频接收的装置包括，射频接收模块、第一级射频滤波模块、低噪放模块、第二级射频滤波模块、射频检波模块、信号调理模块；
所述射频接收模块的输出端与第一级射频滤波模块的输入端相连，第一级射频滤波模块的输出端与低噪放模块的输入端相连，低噪放模块的输出端与第二级射频滤波模块的输入端相连，第二级射频滤波模块的输出端与射频检波模块的输入端相连，射频检波模块的输出端与信号调理模块的输入端相连。
第一级射频滤波模块选择腔体滤波器进行射频滤波处理，抑制带外噪声的干扰。腔体滤波器要求中心频率1090MHz，3dB带宽6MHz～10MHz，带内波动小于0.4dB。腔体滤波器的***损耗要求很小，在此选择***损耗参数小于0.6dB的腔体滤波器。
低噪放模块中由两级不同的低噪声放大器LNA进行级联组成；第一级LNA要求噪声系数小；第二级LNA要求增益高。第一级低噪声放大器要求增益15dB左右，噪声系数为0.5dB左右；第二级低噪声放大器要求要求增益30dB左右，噪声系数为0.9dB左右。级联的两级低噪放对射频信号中的ADS-B有用信号放大，同时最大可能地减小对噪声的放大。
第二级射频滤波模块可选择腔体滤波器、介质滤波器或者声表面滤波器进行在此滤波，滤波器参数要求为带外衰减大，此选择中心频率为1090MHz，1090±20MHz带外衰减55dB的滤波器。
对数检波器对信号进行射频直接检波，获得基带脉冲信号，对数检波器输出基带脉冲信号的幅度相对恒定，灵敏度要求低于-65dBm，动态范围大于75dB。
信号调理模块采用运算放大器对基带信号进行信号调理，此处的调理为调整基带脉冲的幅度以满足采样电路的量化范围，即将输入信号的幅度变换到数模转换器ADC的最优量化范围内，获得ADS-B视频信号。运算放大器的参数要求为增益带宽积大于4MHz。
在射频检波之后的ADS-B信号电平范围已经匹配AD转换器，此处的信号调理电路只需要实现电压跟随，作为缓冲保护。若电平之间不匹配，运算放大器的***电路需要另外设计。
本实施例ADS-B射频接收装置灵敏度高，功耗低，动态范围大，尤其适合对远距离的广播式ADS-B信号的接收。如图2所示，本采用实施例ADS-B射频接收装置输出的信号示波器上显示，可见，脉冲的边沿特性保持得陡峭，脉冲形状好，噪声抑制效果很好。

Claims (10)

1.基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，包括射频接收模块、第一级射频滤波模块、低噪放模块、第二级射频滤波模块、射频检波模块；
所述射频接收模块的输出端与第一级射频滤波模块的输入端相连，第一级射频滤波模块的输出端与低噪放模块的输入端相连，低噪放模块的输出端与第二级射频滤波模块的输入端相连，第二级射频滤波模块的输出端与射频检波模块的输入端相连；
所述射频接收模块的中心频率为1090MHz；所述射频检波模块为对数检波器。
2.如权利要求1所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，还包括信号调理模块，射频检波模块的输出端与信号调理模块的输入端相连。
3.如权利要求1所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，低噪放模块中由两级不同的低噪声放大器进行级联组成；第一级低噪声放大器的噪声系数小，第二级低噪声放大器的增益高。
4.如权利要求3所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，第一级低噪声放大器的增益为15dB左右，噪声系数为0.5dB；第二级低噪声放大器的增益为30dB，噪声系数为0.9dB。
5.如权利要求1所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，所述第一级射频滤波模块为***损耗小的腔体滤波器。
6.如权利要求5所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，所述第一级射频滤波模块的中心频率为1090MHz，3dB带宽为6MHz～10MHz，带内波动小于0.4dB，***损耗参数小于0.6dB。
7.如权利要求1所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，所述第二级射频滤波模块为腔体滤波器、介质滤波器或者声表面滤波器。
8.如权利要求7所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，第二级射频滤波模块的中心频率为1090MHz，频率范围为1090±20MHz，带外衰减55dB的滤波器。
9.如权利要求1所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，所述对数检波器的灵敏度低于-65dBm，动态范围大于75dB。
10.如权利要求2所述基于广播式自动相关监视的射频信号接收装置，其特征在于，所述信号调理模块包括运算放大器，运算放大器的增益带宽积大于4MHz。
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