[实用新型]高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种民用航空领域多点定位监视系统脉冲信号检测系统。

背景技术

民用航空交通运输过程中需对飞行器的位置进行实时监控，目前大量使用的监视设备为航管一二次雷达。传统雷达的监视精度可以满足空中飞行器监视精度的要求。而对于机场场面，航管雷达监视精度无法达到＜7.5米的要求，因此需要使用新的监视设备。

民用航空多点定位监视系统属于基于时差定位的无源定位系统。该系统中有多个分布于不同地理位置的信号接收站。各接收站将测量机载航管二次雷达应答机发送的1090Mhz应答信号到达各站的时间(TOA)。之后，中心处理子系统将计算特定飞机的某次应答信号到达各接收站的时间差(TDOA)。最终，中心处理子系统将利用3个以上信号接收站间的TDOA，计算出飞行器的精确位置。

要使多点定位监视系统的定位精度达到＜7.5米的精度，TDOA的检测需达到纳秒级的测量精度。各接收站点本地时钟频率的准确度及飘移特性存在差异，会对TDOA的检测精度造成较大影响，从而引入目标定位误差。

现有成熟技术中，可用于消减此种误差的方法有三种：1)GPS授时钟：每个多点单位信号站均有一个GPS授时的时钟模块，用来提供单个接收站的时间频率基准。模块中的GPS授时子模块通过比对GPS时钟信号同本地时钟的频率差，通过压控等方式不断修正本地频率源的频率。最终，使各站的时钟信号均溯源到GPS时钟，从而达到消除时钟偏差的目的。

此类方法存在下列局限性：GPS信号的传输会受到电离层和对流层干扰；信号接收站可跟踪到的GPS卫星在不断变化；接收站本地时钟的频率飘移非常缓慢。这些因素的存在要求GPS授时模块需通过大量数据积累才能对时钟的飘移特性进行准确估计。此外，对接收站本地时钟的压控调整是一个小步进的缓慢过程。因此GPS授时钟的时钟输出需要2小时左右的才能达到稳定。并且GPS授时钟一般成本较高。

2)使用有线网络进行时间传递和比对：此类方法使用光纤在信号接收站及中心处理站之间建立有线连接，并进行站间时钟信号的比 对和误差修正。

此类方法存在下列局限性：在已投入使用的机场进行有线线缆的布设较为困难；使用有线线缆进行时钟比对要求站间距离不能过大，对大范围空中目标的监视无法采用此种方法进行时钟同步。

3)集中式TOA检测：信号接收站仅进行信号接收，并将接收到的信号通过光纤直接转发到中心处理部分。中心处理部分使用单个频率基准作为时钟信号对多路信号进行检测和TOA标记。此方法中，各信号接收站只起到信号转发的作用，各站时钟之间无需同步。

此类方法存在下列局限性：在已投入使用的机场进行有线线缆的布设较为困难；使用有线线缆进行时钟比对要求站间距离不能过大，对大范围空中目标的监视无法采用此种方法进行时钟同步。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种解决方案：高精度分布式脉冲信号到达时间差检测系统，该系统包括参考应答机、多点定位远端站工作部件，其特征在于：该参考应答机为放置于精确坐标固定位置的S模式信标机，定期发射1090MHZMODES信号，为系统中的一个共视时钟源；所述多点定位远端站工作部件还包括：1)GPS共视控制部件：GPS共视是指参与共视的多点定位系统的各个远端站各设一台GPS时间接收机；2)GPS信号接收部件：GPS接收机是进行GPS共视比对的主要设备；3)频率基准设置部件：多点定位系统远端站的本地时钟为本系统的频率基准，本地时钟为高稳双槽恒温晶体，它提供了10MHz的高稳定度的基准频率信号；4)时钟偏差估计部件；5)脉冲信号检测部件；6)脉冲信号TOA测量部件；7)脉冲信号TOA修正部件。本专利中的高精度分布式脉冲信号时间到达差检测系统是民用航空多点定位监视系统的一个子系统。该系统由多点定位远端站中的TOA检测模块和多点定位中心处理站中的目标TOA计算模块构成，系统结构如图1所示。

系统中的TOA检测模块具有飞机应答信号TOA(信号到达远端站的时间)、参考应答机信号TOA检测、远端站频率基准偏差估计、信号TOA修正等功能。系统中的目标TDOA计算模块具有多站信号TOA配对、各远端站固定偏差估计、TDOA初值计算、TDOA修正等功能。多点定位系统中的每一个多点定位远端站都有一个TOA检测模块，目标TDOA计算模块包含在多点定位中心处理站中。