基于FPGA的S模式应答机设计.pdf

S模式应答机是飞行器必备的通信装置，用于报告飞机的识别信息、位置、速度等，保障飞行安全。随着技术进步，在通用航空领域中，尤其是在小型飞机和无人机领域，为了提高飞行安全，需要装备更加小型化、低成本的S模式应答机。 现有的S模式应答机因为体积大、重量重，在小型通用航空飞机和无人机上的应用受到限制。对此，一种基于FPGA的新型S模式应答机被提出，它具有以下技术特点： 1. 全FPGA设计：该应答机采用全FPGA设计，优势在于FPGA的高度可编程性和并行处理能力。FPGA可以完成复杂的数字信号处理任务，适合高速应用。 2. 状态机实现编码解码：在系统设计中，状态机被用来实现编码和解码功能，状态机能够高效地对数据进行处理，保证了应答机在处理询问信号时的准确性和效率。 3. 数字滤波器设计：为了提高通信信号的处理质量，系统设计了数字滤波器。这里使用的脉冲宽度滤波方法，是针对数字信号的特点进行设计的，可以有效提升信号处理的性能。 4. 符合标准：经过测试，该系统稳定工作，可以响应询问信号，并符合RTCA DO-181D和DO-260B等行业标准。这些标准确保了系统的可靠性和兼容性。 5. 小体积、轻量化：由于FPGA的集成度高，系统可以做到体积小、重量轻，这非常适合空间受限的小型通用航空飞机和无人机。 6. 低成本：低成本是该系统的一大优势，能够降低通用航空飞机和无人机的装备成本，促进该领域的进一步发展。 在系统功能分析中，提到了总线接口设计，这说明系统需要与飞机的其他部分（如飞行控制计算机）进行信息交换，以获取飞机的各种实时信息，如GPS位置、速度和气压高度等。 广播式自动相关监视（ADS-B）技术作为提高飞行安全性的手段之一，通过广播方式将飞机的位置、速度等信息发送给周围飞机和地面站，以此来避免碰撞。S模式应答机可以通过升级来支持ADS-B 1090ES数据链，它在数据链能力和成本方面都具有优势。然而，现有的S模式应答机多采用传统数字电路进行处理，设备体积大，成本高昂，不适用于空间有限的小型通用航空飞机和无人机。 FPGA在该设计中不仅实现了高速数字信号处理，还能够实现硬件的功能重构。随着技术的发展，FPGA的性能不断提高，成本下降，使其成为设计S模式应答机的理想选择。本设计通过一片小型FPGA即可实现S模式应答机的全部功能，这显著降低了系统的体积和成本，使得该应答机成为适合在小型通用航空飞行器上使用的设备。