1090ES ADS-B接收机嵌入式软件设计

论文摘要

国际民航组织在上世纪80年代初提出了“自由飞行”的概念,旨在推进全球空管一体化。ADS-B是实现“自由飞行”不可或缺的技术基础,目前各个国家都在积极发展ADS-B相关的技术,并且已经有不少国家取得了一些成就。我国航空事业的起步比较晚,技术力量也相对薄弱,改革开放以后,国内各大航空公司的飞机与空管设备都是从国外直接购买,大多数航空技术也都是从国外引进,不具备自主知识产权。发展ADS-B系统正是我国与其他国家缩短差距的最好时机。早日实现ADS-B技术,不仅能使我国的空中交通管理系统与世界航空顺利接轨,并能降低民航系统相关设备费用及其管理和维护设备等费用,进而促进民航系统更快、更好的发展,提高空中交通效率以及飞行空域利用率,提高空中交通安全,创造更多的经济效益。本文首先对空中交通管制的发展历程和ADS-B技术在国内外的发展做了介绍。之后详细阐述了ADS-B技术的系统架构,包括ADS-B发送子系统、数据链、ADS-B接收子系统、ADS-B消息及ADS-B报文。ADS-B接收子系统软件在实现的过程中,采用软件分层思想,对软件进行了模块划分,并以多任务的方式,在VxWorks实时嵌入式操作系统平台下实现。本文对软件各个模块进行了讨论。ADS-B接收系统软件的核心是航迹处理过程的实现。本文根据目标ADS-B消息和航迹状态的转换,详细描述了航迹处理过程,并实现了CPR编解码算法和Kalman滤波器算法。最后,本文给出了ADS-B接收机软件的测试结果,并对论文进行了总结,指出了软件设计的不足之处。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 国外主要ADS-B设备厂商
• 1.3 论文内容介绍
• 第二章 ADS-B系统架构
• 2.1 ADS-B系统的定义
• 2.2 ADS-B发送子系统
• 2.3 ADS-B接收子系统
• 2.4 ADS-B设备等级
• 2.5 ADS-B数据链
• 2.5.1 1090ES数据链
• 2.5.2 UAT数据链
• 2.5.3 VDL-4数据链
• 2.5.4 三种数据链路的比较
• 2.6 ADS-B消息
• 2.6.1 ADS-B原始消息
• 2.6.2 ADS-B格式化消息
• 2.6.3 ADS-B消息更新速率及优先级
• 2.7 ADS-B报文
• 2.7.1 状态矢量报文
• 2.7.2 模式状态报文
• 2.7.3 条件报文
• 2.8 ADS-B系统典型应用
• 2.8.1 CDTI
• 2.8.2 冲突避撞
• 2.8.3 ATS监视
• 2.9 本章小结
• 第三章 ADS-B接收系统软件总体设计
• 3.1 软件总体需求
• 3.2 ADS-B接收系统软件设计
• 3.3 GPS任务
• 3.4 DMA数据接收任务
• 3.5 性能监视任务
• 3.6 主任务
• 3.7 本章小结
• 第四章 ADS-B接收系统主任务实现
• 4.1 ADS-B消息及报文数据流
• 4.2 航迹处理
• 4.3 S模式航迹起始
• 4.4 航迹更新
• 4.4.1 位置消息更新航迹
• 4.4.2 速度消息更新航迹
• 4.5 航迹删除
• 4.6 报文组装
• 4.7 CPR算法
• 4.7.1 CPR算法原理
• 4.7.2 CPR算法的参数及内部函数
• 4.7.3 CPR编码
• 4.7.4 CPR本地解码
• 4.7.5 CPR空中目标全球解码
• 4.8 KALMAN滤波器
• 4.8.1 状态和协方差矩阵的初始化
• 4.8.2 Kalman滤波器的计算过程
• 4.9 本章小结
• 第五章 系统平台及测试
• 5.1 VXWORKS操作系统介绍
• 5.2 MPC8270处理器介绍
• 5.3 ADS-B接收机嵌入式平台
• 5.4 测试及结果
• 5.4.1 航迹处理逻辑验证
• 5.4.2 主任务数据处理时间测试
• 5.5 本章小结
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果