本发明涉及一种ADS‑B多通道信号产生方法，属于航空技术领域，方法包括，上位机获取多路报文数据，并确定ADS‑B报文输出方案；将多路报文数据处理成多通道传输合成帧发送到终端机；终端机接收多通道传输合成帧数据，进行数据解析、调制、放大和多通道延时控制后，形成多路射频信号经由天线发射。本发明能够产生ADS‑B多路信号，模拟ADS‑B信号在空中传输时产生的多经,交织等特性。
1.一种ADS-B多通道信号产生方法，其特征在于，包括以下步骤：上位机获取多路报文数据，并确定ADS-B报文输出方案；
根据所述报文的输出方案，将多路报文数据处理成多通道传输合成帧发送到终端机；
所述多通道传输合成帧，包括同步头、通道使能字段、延时字段、帧数据段和CRC；
所述通道使能字段，包括N个BIT；N为ADS-B报文输出方案中确定的输出通道数；每个通道使能为1BIT,0表示通道禁止,1表示通道使能输出；
所述延时字段，包括N个字节；其中，字节与输出通道相对应，表示N个输出通道的延时时间；
所述帧数据段，包括N个数据字段；其中，每个帧数据字段为每个输出通道经过编码后的ADS-B报文数据；
终端机接收多通道传输合成帧数据，进行数据解析、调制、放大和多通道延时控制后，形成多路射频信号经由天线发射；
1)接收到帧数据流后，先检测同步帧头，找到同步头后，进行传输帧的数据校验；
2)数据校验无误后，并对各通道的ADS-B报文数据流CRC校验和解析；
3)分别提取出各通道帧数据、使能位及延时大小，进行PPM调制和精确延时控制后，生成各通道ADS-B基带信号；
具体的精确延时控制是在终端机上采用恒温晶振为PLL管理芯片提供源时钟；所述PLL管理芯片再输出稳定时钟给终端机的FPGA；FPGA通过分频对各通道的延时进行控制；控制报文输出的时钟控制周期在20纳秒，保证输出的控制时钟误差不会超过1纳秒；
通过各通道的延时控制，用于模拟ADS-B多通道信号通道之间的多径和交织特性；通道延时为信号的多径延时；
4)把各通道ADS-B基带信号调制到1090MHz载波上后进行放大，经天线发送出去。
2.根据权利要求1所述的多通道信号产生方法，其特征在于，还包括地图显示方法，所述方法包括：上位机获得GNSS信息，对获取多路报文数据中包含的位置信息进行初始位置定位，在GIS地图上显示；
在上位机进行数据发送后，同步将产生的飞行轨迹数据，在GIS地图上显示；
重要的飞机参数数据以伴飞标牌形式，实时在地图上叠加显示。
3.一种ADS-B多通道信号产生方法，其特征在于，包括上位机和终端机；所述上位机和终端机通过串行接口连接；
所述上位机，用于获取多路报文数据，确定ADS-B报文输出方案；并根据所述报文的输出方案，将多路报文数据处理成多通道传输合成帧通过串行接口传输给终端机；
所述终端机，用于接收多通道传输合成帧数据，并对合成帧进行数据解析、调制、放大和多通道延时控制后，形成多路射频信号经由天线发射；
所述上位机内部设置报文数据获取模块、报文输出方案生成模块、报文数据编码模块、多通道传输合成帧生成模块和串口模块；
所述报文数据获取模块，获取多个通道的包括飞机数量，工作模式，二次代码设置、飞行标识代码设置，S模式地址设置，最大飞行速度，飞机的起始经纬度在内的报文数据；
所述报文输出方案生成模块，根据获取的报文数据，设定报文输出方案；
所述报文数据编码模块，对多通道报文数据按照数据类别分别进行编码；
所述多通道传输合成帧生成模块，根据设定报文输出方案，以及编码后的报文数据，合成多通道传输合成帧数据；
串口模块，将多通道传输合成帧转换成串行数据格式，通过串口向终端机发送；
所述终端机包括接口模块、FPGA模块、多路射频输出模块、天线和状态监控模块；
所述接口模块与上位机的串口模块连接，用于接收上位机以串行数据发送的串行数据后发送到FPGA模块；
所述FPGA模块，用于对接口模块传输的多通道传输合成帧数据进行CRC检验后，对帧数据进行解析，提取出各通道的帧数据、使能位及延时大小，再对帧数据进行PPM调制送到多路射频输出模块；
所述多路射频输出模块，用于将FPGA模块输出的多路PPM调制信号，调制到1090MHz载波上后进行放大；
所述天线与多路射频输出模块连接，用于将射频放大后的多通道数据发送出去；
所述状态监控模块，用于对包括终端机的运行电流、功耗、以及报文的发送速率、发送进度和报文发送帧数在内的信息进行监控；
所述FPGA模块采用恒温晶振为PLL管理芯片提供源时钟，PLL管理芯片再输出时钟给FPGA中的控制模块，控制模块对时钟进行分频后，对各通道的延时进行控制；控制报文输出的时钟控制周期在20纳秒，保证输出的控制时钟误差不会超过1纳秒。
4.根据权利要求3所述的多通道信号产生方法，其特征在于，还包括GNSS系统接口和显示模块，所述GNSS系统接口，将上位机与GNSS系统进行连接，接收位置信息进行初始位置定位；
所述显示模块，将接收到的位置信息显示在的GIS地图上；在上位机进行数据发送后，同步在GIS地图控件上对产生的飞机信息和飞行轨迹进行显示，并将重要的飞机参数数据使用伴飞标牌进行实时显示。
一种ADS-B多通道信号产生方法
技术领域
[0001] 本发明涉及航空技术领域，尤其是一种ADS-B多通道信号产生方法。
背景技术
[0002] ADS-B是ADS技术的一种，是目前精度最高的监视设备，在冲突解决和间隔调配中占有重要的地位，使保证飞行安全高效的新兴手段，广泛应用于空中交通状况监视、避撞和机场场面监视等。目前,针对ADS-B信号的产生的研究，单路信号输出的较多；随着ADS-B的全面部署，在多通道ADS-B信号的生成技术方面,需求越来越多，但缺少相应的技术和设备。
发明内容
[0003] 鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种ADS-B多通道信号产生方法，产生ADS-B多路信号，模拟ADS-B信号在空中传输时产生的多经,交织等特性。
[0004] 本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种ADS-B多通道信号产生方法，包括以下步骤：
[0006] 上位机获取多路报文数据，并确定ADS-B报文输出方案；
[0007] 根据所述报文的输出方案，将多路报文数据处理成多通道传输合成帧发送到终端机；
[0008] 终端机接收多通道传输合成帧数据，进行数据解析、调制、放大和多通道延时控制后，形成多路射频信号经由天线发射。
[0009] 进一步地，所述多通道传输合成帧，包括同步头、通道使能字段、延时字段、帧数据段和CRC；
[0010] 所述同步头，包括2字节；
[0011] 所述通道使能字段，包括N个BIT；N为ADS-B报文输出方案中确定的输出通道数；每个通道使能为1BIT,0表示通道禁止,1表示通道使能输出；
[0012] 所述延时字段，包括N个字节；其中，字节与输出通道相对应，表示N个输出通道的延时时间；
[0013] 所述帧数据段，包括N个数据字段；其中，每个帧数据字段为每个输出通道经过编码后的ADS-B报文数据；
[0014] CRC为循环冗余校验码，为整个传输帧的校验码。
[0015] 进一步地，所述终端机的处理过程包括：
[0016] 1)接收到多通道传输合成帧数据流后，先检测同步头，找到同步头后，进行传输帧的数据校验；
[0017] 2)数据校验无误后，对各通道的ADS-B报文数据流CRC校验和解析；
[0018] 3)分别提取出各通道帧数据、使能位及延时大小，进行PPM调制和延时控制后，生成各通道ADS-B基带信号；
[0019] 4)把各通道ADS-B基带信号调制到1090MHz载波上后进行放大，经天线发送出去。
[0020] 进一步地，所述延时控制包括，在终端机上采用恒温晶振为PLL管理芯片提供源时钟；所述PLL管理芯片输出稳定时钟给终端机的FPGA；FPGA通过分频对各通道的延时进行控制。
[0021] 进一步地，还包括地图显示方法，所述方法包括：
[0022] 上位机获得GNSS信息，对获取多路报文数据中包含的位置信息进行初始位置定位，在GIS地图上显示；
[0023] 在上位机进行数据发送后，同步将产生的飞行轨迹数据，在GIS地图上显示；
[0024] 重要的飞机参数数据以伴飞标牌形式，实时在地图上叠加显示。
[0025] 一种ADS-B多通道信号产生方法，包括上位机和终端机；所述上位机和终端机通过串行接口连接；
[0026] 所述上位机，用于获取多路报文数据，确定ADS-B报文输出方案；并根据所述报文的输出方案，将多路报文数据处理成多通道传输合成帧通过串行接口传输给终端机；
[0027] 所述终端机，用于接收多通道传输合成帧数据，并对合成帧进行数据解析、调制、放大和多通道延时控制后，形成多路射频信号经由天线发射。
[0028] 进一步地，所述上位机内部设置报文数据获取模块、报文输出方案生成模块、报文数据编码模块、多通道传输合成帧生成模块和串口模块；
[0029] 所述报文数据获取模块，获取多个通道的包括飞机数量，工作模式，二次代码设置、飞行标识代码设置，S模式地址设置，最大飞行速度，飞机的起始经纬度在内的报文数据；
[0030] 所述报文输出方案生成模块，根据获取的报文数据，设定报文输出方案；
[0031] 所述报文数据编码模块，对多通道报文数据按照数据类别分别进行编码；
[0032] 所述多通道传输合成帧生成模块，根据设定报文输出方案，以及编码后的报文数据，合成多通道传输合成帧数据；
[0033] 串口模块，将多通道传输合成帧转换成串行数据格式，通过串口向终端机发送。
[0034] 进一步地，所述终端机包括接口模块、FPGA模块、多路射频输出模块、天线和状态监控模块；
[0035] 所述接口模块与上位机的串口模块连接，用于接收上位机以串行数据发送的串行数据后发送到FPGA模块；
[0036] 所述FPGA模块，用于对接口模块传输的多通道传输合成帧数据进行CRC检验后，对帧数据进行解析，提取出各通道的帧数据、使能位及延时大小，再对帧数据进行PPM调制送到多路射频输出模块；
[0037] 所述多路射频输出模块，用于将FPGA模块输出的多路PPM调制信号，调制到1090MHz载波上后进行放大；
[0038] 所述天线与多路射频输出模块连接，用于将射频放大后的多通道数据发送出去；
[0039] 所述状态监控模块，用于对包括终端机的运行电流、功耗、以及报文的发送速率、发送进度和报文发送帧数在内的信息进行监控。
[0040] 进一步地，所述FPGA模块采用恒温晶振为PLL管理芯片提供源时钟，PLL管理芯片再输出时钟给FPGA中的控制模块，控制模块对时钟进行分频后，对各通道的延时进行控制。
[0041] 进一步地，还包括GNSS系统接口和显示模块，
[0042] 所述GNSS系统接口，将上位机与GNSS系统进行连接，接收位置信息进行初始位置定位；
[0043] 所述显示模块，将接收到的位置信息显示在的GIS地图上；在上位机进行数据发送后，同步在GIS地图控件上对产生的飞机信息和飞行轨迹进行显示，并将重要的飞机参数数据使用伴飞标牌进行实时显示。
[0044] 本发明有益效果如下：
[0045] 本发明可以模拟出ADS-B信号的多经传输场景，产生出ADS-B交织信号，而且各通道输出的ADS-B报文信号可以灵活设置,且各通道均能在1秒的时间内单通道输出超过6000条的ADS-B报文，各通道还可以按照上位机软件预设的飞行轨迹图案进行模拟飞行，使得接收机接收到的信号在监视界面上形成一定形状的图案。
附图说明
[0046] 附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0047] 图1为本发明实施例中的ADS-B多通道信号产生方法流程图；
[0048] 图2为本发明实施例中的传输合成帧格式示意图；
[0049] 图3为本发明实施例中的ADS-B多通道信号产生方法组成连接示意图。
具体实施方式
[0050] 下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
[0051] 本发明实施例公开了一种ADS-B多通道信号产生方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0052] 步骤S101、上位机获取多路报文数据，并确定ADS-B报文输出方案；
[0053] 其中，步骤S101具体包括，
[0054] 1)获取多路报文数据
[0055] 具体的，多路报文对应多个报文通道，每个通道的报文数据信息包括：
[0056] 报文的通道号；
[0057] 通道的相对时延；所述相对时延为不同通道之间的相对时延，例如，所在通道相对于第一通道的时延；
[0058] 通道内包含的目标数量；所述目标为飞机；
[0059] 通道内每个目标的工作参数数据，包括：
[0060] 飞机的工作模式选择、二次代码设置、标识代码设置和S模式地址设置；
[0061] 飞机的最大飞行速度设置、飞机类别设置、空地开关类型设置、飞机长度和宽度设置、特殊模式识别代码设置以及ADS-B报文的类型；
[0062] 飞机的起始位置(经纬度)、飞机高度，每秒产生的报文数量；
[0063] 飞机飞行轨迹图形的方案。
[0064] 其中，所述参数信息包含的飞机飞行轨迹图案，可以是直线轨迹，螺旋轨迹、圆形轨迹及其他特殊图案轨迹等，
[0065] 可选的，上述报文数据信息可以通过在上位机设置的人机交互界面进行参数信息输入；
[0066] 并且，所述轨迹图案也可以存储到外部文件中，由上位机通过命令或人机交互方式，直接读取外部文件中的轨迹数据组合成报文来模拟飞行轨迹。
[0067] 2)根据获取的报文数据，设定报文输出方案；
[0068] 其中，报文输出方案是指每个通道输出飞行轨迹，飞机参数信息以及每个通道相对于第一通道的输出延时多少等信息的制定，根据获取的报文数据内容中飞机的批次、数量、架次、空域以及其他相关内容，分配报文通道，组成每个通道的报文内容形成输出报文方案。
[0069] 可选的，具体的报文产生方案也可以在使用者使用的过程中，根据测试的目的来灵活设置的，比如飞机飞行的位置，高度，速度等设置，都是由使用者根据自己的测试目的来设置。
[0070] 3)对每个通道报文数据按照数据类别分别进行编码；
[0071] 把输入的数据项信息按照ADS-B的标准进行编码，形成报文帧数据格式，比如计算经纬度编码，高度编码，速度编码，飞机ID等信息；
[0072] 并把这些信息存入到临时文件中，再根据各通道的输出报文方案结合参数信息，产生每个通道经过编码后的ADS-B报文数据。
[0073] 步骤S102、根据报文的输出方案，生成多通道传输合成帧发送到终端机；
[0074] 具体的，传输合成帧格式,如图2所示，包括同步头、通道使能字段(1-N)、延时字段(1-N)、帧数据段(1-N)和CRC；
[0075] 同步头，为2字节，一般可以设定为0x7e,0x7e；
[0076] 道使能字段(1-N),根据输出方案中的通道数确定N；每个通道使能为1BIT,0表示通道禁止,1表示通道使能输出；
[0077] 延时字段(1-N)，延时字段表示每个输出通道的延时时间，每个通道的延时字段的长度为一个字节，最大可以设置每个通道延255个时钟周期；
[0078] 帧数据段(1-N)，每个帧数据字段是每个通道经过编码后的ADS-B报文数据，通过设定好每个通道的参数信息，每个参数信息根据使用者的测试目的进行设置，把这些信息按照ADS-B的标准，对每个数据项目信息进行编码，形成每个通道的ADS-B报文帧，这个ADS-B报文帧再填充到传输合成帧中的对应帧数据段中的固定字节位置。
[0079] CRC为循环冗余校验码，为整个传输帧的校验码。
[0080] 特殊的，延时的时间长度也可由终端机进行设置。
[0081] 步骤S103、终端机接收多通道传输合成帧数据，并对合成帧进行数据解析、调制后，形成多路射频信号经由天线进行发送；
[0082] 其中，步骤S103具体包括，
[0083] 1)接收到帧数据流后，先检测同步帧头，找到同步头后，进行传输帧的数据校验；
[0084] 2)数据校验无误后，并对各通道的ADS-B报文数据流CRC校验和解析；
[0085] 3)分别提取出各通道帧数据、使能位及延时大小，进行PPM调制和精确延时控制后，生成各通道ADS-B基带信号；
[0086] 具体的精确延时控制是在终端机上采用恒温晶振为PLL管理芯片提供源时钟；所述PLL管理芯片再输出稳定时钟给终端机的FPGA；FPGA通过分频对各通道的延时进行控制；具体的，控制报文输出的时钟控制周期在20纳秒，保证输出的控制时钟误差不会超过1纳秒。
[0087] 特殊的，本发明实施例中通过各通道的延时控制可用来模拟ADS-B多通道信号通道之间的多径和交织特性；通道延时可以认为是信号的多经延时，由于采用了多通道和FPGA进行报文的输出，显著地提高了报文的输出速度。
[0088] 4)把各通道ADS-B基带型号调制到1090MHz载波上后进行放大，经天线发送出去。
[0089] 优选的，还包括地图显示方法，上位机通过与GNSS系统进行连接获得GNSS信息，对获取多路报文数据中包含的位置信息进行初始位置定位，在GIS地图上显示；在上位机进行数据发送后，同步在GIS地图控件上对产生的飞机信息和飞行轨迹进行显示，重要的飞机参数数据以伴飞的标牌形式进行实时显示。
[0090] 所述重要的飞机参数包括飞机编号、位置(经纬度)、飞机高度、速度等。
[0091] 本发明实施例产生的ADS-B多通道信号符合ADS-B的标准，一方面，可以用于模拟空中的ADS-B信号来验证ADS-B接收机的性能和系统功能等；另一方面，在针对国外ADS-B系统对抗方面，同样会对国外ADS-B系统产生干扰和欺骗的作用。
[0092] 本发明实施例还公开了一种及ADS-B多通道信号产生方法，如图3所示，包括上位机和终端机；所述上位机和终端机通过RS232接口连接；
[0093] 所述上位机内部设置报文数据获取模块、报文输出方案生成模块、报文数据编码模块、多通道传输合成帧生成模块和串口模块；
[0094] 所述报文数据获取模块，获取包括多个通道报文的输出类型，产生目标飞机数量，工作模式，二次代码设置、飞行标识代码设置，S模式地址设置，最大飞行速度，飞机的起始经纬度等等在内的报文数据；
[0095] 报文输出方案生成模块，根据获取的报文数据，设定报文输出方案；
[0096] 报文数据编码模块，对多通道报文数据按照数据类别分别进行编码；
[0097] 多通道传输合成帧生成模块，根据设定报文输出方案，以及编码后的报文数据，合成多通道传输合成帧数据；具体的合成帧结构如附图2所示。
[0098] 串口模块，将多通道传输合成帧转换成串行数据格式，通过串口向终端机发送。
[0099] 具体的，串口模块为RS232串口。
[0100] 终端机包括接口模块、FPGA、状态监控模块、多路射频输出模块、天线和电源模块；
[0101] 接口模块与上位机的串口模块连接，接收上位机以串行数据发送的串行数据后发送到FPGA模块；
[0102] FPGA模块，用于对接口模块传输的多通道传输合成帧数据进行CRC检验后，对帧数据进行解析，提取出各通道的帧数据、使能位及延时大小，再对帧数据进行PPM调制送到多路射频输出模块；
[0103] 具体的，FPGA模块采用精度较高的恒温晶振为时钟管理模块(PLL管理芯片)提供源时钟，PLL管理芯片再输出需要的稳定时钟给FPGA中的控制模块，控制模块对时钟进行分频后，对各通道进行精确延时控制，控制报文输出的时钟控制周期在20纳秒，保证输出的控制时钟误差不会超过1纳秒。
[0104] 多路射频输出模块对FPGA模块输出的N路PPM调制的多通道数据调制到1090MHz载波上后进行放大；
[0105] 天线与多路射频输出模块连接，将射频放大后的多通道数据发送出去。
[0106] 状态监控模块主要是完成对硬件设备和软件运行状态的监控，包括运行电流，功耗，以及报文的发送速率，发送进度，报文发送的帧数等信息。
[0107] 电源模块主要是为FPGA和个硬件功能模块进行电源转换和供电。
[0108] 优选的，本实施例的ADS-B多通道信号产生方法还包括GNSS系统接口和显示模块，[0109] GNSS系统接口，将上位机通过与GNSS系统进行连接，接收位置信息进行初始位置定位；
[0110] 显示模块，将接收到的位置信息显示在的GIS地图上；在上位机进行数据发送后，同步在GIS地图控件上对产生的飞机信息和飞行轨迹进行显示，重要的飞机参数数据以伴飞的标牌的形式进行实时显示。
[0111] 综上所述，本发明实施例的ADS-B多通道信号产生方法，可以模拟出ADS-B信号的多经传输场景，产生出ADS-B交织信号，而且各通道输出的ADS-B报文信号可以灵活设置,且各通道均能在1秒的时间内单通道输出超过6000条的ADS-B报文，各通道还可以按照上位机软件预设的飞行轨迹图案进行模拟飞行，使得接收机接收到的信号在监视界面上形成一定形状的图案。
[0112] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
