專利名稱：一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，涉及航管信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航管信號(hào)濾波設(shè)計(jì)對(duì)機(jī)載S模式應(yīng)答信號(hào)接收的準(zhǔn)確性有重要影響，近年來伴隨著我國航空事業(yè)迅猛發(fā)展，特別是低空空域的進(jìn)一步開放，傳統(tǒng)的空中交通管理及安全保障手段已不能滿足當(dāng)下發(fā)展的需要，與傳統(tǒng)的A/C模式所不同的S模式是一種先進(jìn)的雷達(dá)詢問系統(tǒng)，可以有選擇地對(duì)飛機(jī)進(jìn)行詢問，且可進(jìn)行地空、空空雙向數(shù)據(jù)信息傳輸，并擁有充足的飛機(jī)編碼余量，改變了傳統(tǒng)以目視導(dǎo)航為主的通用航空通信設(shè)備，在空中監(jiān)視設(shè)備已接近極限、交通流量較大的空域如機(jī)場(chǎng)及其附近低空空域，以S模式應(yīng)答機(jī)為主要機(jī)載設(shè)備的廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B)系統(tǒng)可較為準(zhǔn)確地選擇性呼叫所需飛機(jī)從而避免了鄰近飛機(jī)之間的飛行干擾，提高了飛行空 間的密度和利用率。在ADS-B系統(tǒng)中，S模式應(yīng)答機(jī)經(jīng)常會(huì)受到由空中飛機(jī)密度增加而帶來的各種干擾情況，由于發(fā)射機(jī)與接收機(jī)之間存在不止一條信號(hào)傳輸路徑，但只有一條是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間的直達(dá)路徑，其外大多都是由于地面和建筑物之類反射形成的干擾信號(hào)路徑，由于使用短脈沖串，直射信號(hào)與反射信號(hào)之間在時(shí)間上形成的交錯(cuò)和完全分開，其時(shí)間差會(huì)改變應(yīng)答脈沖的視在數(shù)目，從而導(dǎo)致解碼錯(cuò)誤或錯(cuò)誤地認(rèn)為周圍有多架飛機(jī)，應(yīng)答機(jī)的應(yīng)答除被啟動(dòng)該應(yīng)答的詢問機(jī)接收外，還會(huì)被其他周圍的詢問機(jī)所接收，這些多余的應(yīng)答信號(hào)會(huì)在接收到此干擾信號(hào)的詢問機(jī)中產(chǎn)生處理錯(cuò)誤，距離間隔較近的兩個(gè)或多個(gè)飛機(jī)，他們的應(yīng)答信號(hào)在時(shí)間上會(huì)相互重疊(或串?dāng)_)，從而會(huì)在地面接收機(jī)中產(chǎn)生處理錯(cuò)誤。目前針對(duì)以上問題，雷達(dá)設(shè)計(jì)技術(shù)人員只能被動(dòng)地采用地面天線選址的辦法來減輕多徑導(dǎo)致的問題，對(duì)于串?dāng)_和其他干擾只有采取濾波的方法盡可能的減少無用信號(hào)的干擾，文獻(xiàn)“高志強(qiáng)，喻明艷，葉以正.一種超高頻高Q值CMOS帶通濾波器設(shè)計(jì)[J]，電子器件.2006，29 (4) :992-995” 一文，介紹了一種可調(diào)增益、高線性度、寬頻域的CMOS集成濾波器設(shè)計(jì)，當(dāng)中心頻率為433MHz，Q值為40時(shí)，無雜散動(dòng)態(tài)范圍約為61. 4dB，并可通過調(diào)節(jié)電路偏壓達(dá)到對(duì)中心頻率和Q的調(diào)諧，但未給出中心頻率為更高頻率特別是1090MHz頻率點(diǎn)的航管信號(hào)的設(shè)計(jì)方法，且需要外加穩(wěn)定的電源供電，功耗較高，通頻帶上的濾波效果并不對(duì)稱，不利于后續(xù)信號(hào)的下變頻處理；文獻(xiàn)“羅治賢，張懷武，程磊.微波交指型帶通濾波器的設(shè)計(jì)[J]，科學(xué)技術(shù)與工程.2011，11 (27):6617-6620”一文，采用經(jīng)典設(shè)計(jì)法，由集總低通結(jié)構(gòu)變換到交指型微帶線結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了 2個(gè)頻帶為1-1. 4GHz與I. 42-2GHZ的帶通濾波器，并通過仿真驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的集總元件濾波器解決了在高頻范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，帶寬低和插入損耗太大的問題，但所設(shè)計(jì)的帶通濾波器階次過高，在實(shí)際制作中往往會(huì)受到加工尺寸精度不夠，銅線表面防焊層脫離導(dǎo)致的頻率漂移和寄生電感不穩(wěn)定等狀況的影響，很難達(dá)到理論計(jì)算值，再加上設(shè)計(jì)的帶通濾波帶寬過寬，無法解決高頻信號(hào)易產(chǎn)生頻點(diǎn)漂移的問題，不適用于航管信號(hào)的高頻濾波處理。
在航空管制數(shù)據(jù)鏈中，機(jī)載的應(yīng)答信號(hào)常常會(huì)受到外界各種干擾影響，無法保證接收設(shè)備所接收到的應(yīng)答信息的準(zhǔn)確性，給解碼帶來較大誤差，影響空中飛行安全，而目前的研究大多只是對(duì)多徑、串?dāng)_等幅值較大的干擾項(xiàng)進(jìn)行仿真分析，利用高速A/D經(jīng)過數(shù)字采樣進(jìn)行有效處理，但小噪聲的干擾信號(hào)一直伴隨在接收電路中，現(xiàn)有技術(shù)方法難以解決在實(shí)際的信號(hào)處理中出現(xiàn)小噪聲干擾信號(hào)的情況，存在無法消除這些干擾信號(hào)影響解碼計(jì)算準(zhǔn)確性的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有方法難以在實(shí)際的航空管制信號(hào)的接收處理中去除小噪聲干擾信號(hào)的技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，該方法對(duì)定K型濾波器模型進(jìn)行改進(jìn)，把高速隧道二極管加載到濾波器模型的通路中，通過對(duì)整體濾波效果進(jìn)行測(cè)量分析，根據(jù)濾波效果分析調(diào)整死區(qū)濾波器中電感和電容的匹配值，達(dá)到對(duì)1090MHz頻率點(diǎn)的高效濾波，可以有效解決航管信號(hào)接收處理中難以去除小噪聲干擾信號(hào)的技術(shù)問題。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟I.選取1090MHz作為濾波器設(shè)計(jì)的中心頻率，采用頻帶帶寬不大于6MHz，阻抗為50 Ω的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選取輸入與輸出阻抗各為50 Ω，參考高階定K型歸一化低通濾波器設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)(即阻抗為I Ω且截止頻率為1/2πHz約等于O. 159Hz)作為基準(zhǔn)濾波器，其中高階定K型
濾波器可通過分解成幾個(gè)由IH電感串聯(lián)和IF電容并聯(lián)接地組成的2階基本型低通濾波器串聯(lián)組成；2.選取滿足要求的最小階數(shù)低通濾波器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)歸一化低通濾波器，通過下式
權(quán)利要求
1.一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟 (1)選取1090MHZ作為濾波器設(shè)計(jì)的中心頻率，采用頻帶帶寬不大于6MHz，阻抗為50Ω的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選取輸入與輸出阻抗各為50 Ω，參考高階定K型歸一化低通濾波器設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)(即阻抗為1Ω且截止頻率為^Hz約等于O. 159Hz)作為基準(zhǔn)濾波器，其中高階定K型濾波In器可通過分解成幾個(gè)由IH電感串聯(lián)和IF電容并聯(lián)接地組成的2階基本型低通濾波器串聯(lián)組成； (2)選取滿足要求的最小階數(shù)低通濾波器作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)歸一化低通濾波器，通過下式 待設(shè)計(jì)濾波器的截止頻率 —基準(zhǔn)濾波器的截止頻率T _ L(OLD) 、禹—^Γ c {OLD) 其中L(_為選取的基準(zhǔn)濾波器中的電感大小，C(0LD)為選取的基準(zhǔn)濾波器中的電容大小; 計(jì)算出截止頻率變換，并通過下式進(jìn)行特征阻抗變換 待設(shè)計(jì)濾波器的特征阻抗 —基準(zhǔn)濾波器的特征阻抗 L(NEW) — L(mid) X K r C_ L(MID) C(NEW) = ~ 其中L(new)為設(shè)計(jì)好的低通濾波器中的電感大小，c(NEW)為設(shè)計(jì)好的低通濾波器中的電容大小，K為50 ； 在不改變基準(zhǔn)濾波器結(jié)構(gòu)的情況下將其中經(jīng)過計(jì)算好的電感值L(new)和電容值((_)與原有濾波器基準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)值進(jìn)行替換，變?yōu)榫哂性O(shè)計(jì)頻帶帶寬的低通濾波器； (3)利用步驟2計(jì)算出的定K型歸一化低通濾波器數(shù)據(jù)來設(shè)計(jì)要求的帶通濾波器，按照以下電路等效規(guī)則 (a)用電容C1與電感L1并聯(lián)替換原通路或旁路電容Ca τ I ^=-TTTjC1=Ca 其中CA為低通濾波器中電容值，L1為等效后的電感值，C1為等效后的電容值，(b)用電容C2與電感L2串聯(lián)替換原通路或旁路電感Lb C2 = ---, L =L L“b 其中Lb為低通濾波器中電感值，C2為等效后的電容值，L2為等效后的電感值， (c)用電容C3a與電感L3a串聯(lián)、電感L3B、電容C3b三路并聯(lián)代替原通路或旁路電感Lc與 II電容 Cc 并聯(lián) L3A=LC，Qa = 2 τ 丄、B = 2 廠，C3B=CcCOq · hcCOq · C.·〔其中山。為低通濾波器中電感值，Cc為低通濾波器中電容值，L3a為等效后串聯(lián)支路中的電感值，C3a為等效后串聯(lián)支路中的電容值，C3b為等效后的電容值，L3b為等效后的電感值， (d)用電感L4A、電容C4a和電感L4b與電容C4b并聯(lián)后串聯(lián)代替電感Ld與電容Cd串聯(lián) _
全文摘要
本發(fā)明公開了一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，屬于航管信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明一種航管信號(hào)死區(qū)濾波器設(shè)計(jì)方法，通過對(duì)定K型濾波器模型進(jìn)行改進(jìn)，把高速隧道二極管加載到濾波器模型的通路中，通過對(duì)整體濾波效果進(jìn)行測(cè)量分析，根據(jù)濾波效果分析調(diào)整死區(qū)濾波器中電感和電容的匹配值，達(dá)到對(duì)1090MHz頻率點(diǎn)的高效濾波，可以有效解決航管信號(hào)接收處理中難以去除小噪聲干擾信號(hào)的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)H03H7/12GK102931940SQ20121044942
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月11日
發(fā)明者史忠科, 梁晨 申請(qǐng)人:西安費(fèi)斯達(dá)自動(dòng)化工程有限公司