一种星载ADS-B信号突发检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种星载ADS‑B信号突发检测方法及系统，对接收信号进行相关运算后搜索相关峰，通过分析搜索到的相关峰的功率及位置关系确定是否接收到一帧信号。该检测系统包括：N符号长度积分模块、相关峰判定模块和前导头判定输出模块。N符号长度积分模块完成接收信号与本地标准脉冲的相关运算功能；相关峰判定模块根据相关峰两侧的单调性判定是否有一个相关峰；前导头判定输出模块对已判定接收到的相关峰的功率及位置关系进行分析，最终判定是否接收到一帧信号。本发明专利技术对ADS‑B信号的突发检测过程无需估计信号的接收功率，增加无信号区域的相关峰检测，极大提高了ADS‑B信号的突发检测正确性。

【技术实现步骤摘要】
一种星载ADS-B信号突发检测方法及系统
本专利技术公开了一种星载ADS-B信号突发检测方法及系统，属于通信信号处理领域。
技术介绍
广播式自动相关监视(ADS-B)是国际民航组织确定的未来主要监视技术。ADS-B技术将卫星导航、通信技术、机载设备以及地面设备等先进技术相结合，提供了更加安全、高效的空中交通监视手段，能有效提高管制员和飞行员的运行态势感知能力，扩大监视覆盖范围，提高空中交通安全水平、空域容量与运行效率。ADS-B信号是由空中航空器广播的包含自己的高度、位置、速度、机型等信息数据的信号，信号采用1090MHzS模式的PPM(脉冲编码调制)调制方式。由于ADS-B信号是非连续的广播信号，信号的突发检测是信号解调的前提，同时也是确保卫星对覆盖范围内航空器有效观测的关键技术。目前常用的ADS-B信号突发检测方法主要有两类，一类是直接电平估计法，该方法通过将接收的过采样信号电平与一设定门限比较，当连续多个采样点超过门限时，判定接收一个脉冲，同时通过判断相邻采样点电平的大小关系判断脉冲的上升沿和下降沿。该方法的主要缺点在于：1.脉冲判断受门限影响较大，而且门限需通过估计接收信号功率来确定，增加判断复杂度；2.没有对信号进行匹配接收，抗噪声性能差。另一类是相关法，此类方法与第一类方法的主要不同在于将接收信号与本地标准脉冲相关后再处理。此类方法在抗噪声性能上相比第一类方法有了一定的提升，但是在相关峰值的判断上仍需要与一设定门限比较，判断复杂度仍然较高，且对于相关峰的位置和功率判断完成后，未能进一步利用第4个脉冲到数据位的无脉冲信号数据，增加前导头的判断正确性。目前的
技术介绍
均需要估计信号估计，从而设定估计门限；同时在相关法中，相关峰的功率及位置关系比对也相对复杂，前导头判定的正确性和判定复杂度均有提升的空间。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，根据ADS-B前导头的信号特性，提供了一种星载ADS-B信号突发检测方法及系统，本专利技术在降低前导头判定复杂度的同时最大限度的提高了前导头判定的正确性，具有很好的工程可实现性。本专利技术的技术解决方案是：一种星载ADS-B信号突发检测方法，包括步骤如下：步骤一：接收I路数据ai和Q路数据bi，设置滑动窗长度为N，计算获得N个符号数据与本地标准脉冲相关后的相关值xj：其中，为滑动窗口内的I路数据累加和，为Q路数据累加和i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n-N+1；n、N分别为正整数；步骤二：接收步骤一的输出相关值xj，根据相关峰两侧的单调性判定是否检测到相关峰；步骤三：当检测到3个相关峰时，将3个相关峰的相对位置与标准信号进行位置比对，如果位置比对成功则前导头初步判定成功，进入步骤四；否则，保留后两个相关峰的相对位置关系，返回步骤二，继续搜索下一个相关峰；步骤四：前导头初步判定成功后，继续在无信号区域进行相关峰检测，如果仍然检测到相关峰，则前导头判定失败，否则前导头判定成功，并判决接收到一帧有效的ADS-B信号。所述步骤二中相关峰的判定方法为：步骤2.1：缓存M＝2N+1个相关值xj，按接收的先后顺序进行排序，并将排序后的相关值重新记为数值tk,k＝1,2,…,M，从M个数值tk中选出N个数值并找出N个数值中的最大值tmax；从M个数值tk中选出N个数值的选择方法为：当N为偶数时，取其中N/2+1到3N/2之间的N个数；当N为奇数时，取其中(N+3)/2到(3N+1)/2之间的N个数；步骤2.2：根据最大值tmax的位置，分别在步骤2.1中选出的N个数值的左侧选取两个数值，在步骤2.1中选取的N个数值的右侧选出两个数值；步骤2.3：判断步骤2.2中选取的左边两个数值与最大值是否满足单调递增关系，最大值与步骤2.2中选取的右边两个数值是否满足单调递减关系，如果这两个条件同时成立，则判定检测到一个相关峰。所述步骤2.2中所选取的4个数值及最大值tmax组成的5个数中，每相邻两数的位置间距的差值绝对值小于2。步骤三的具体步骤如下：步骤3.1：每检测到一个相关峰，都将其峰值功率与已检测到的有效相关峰峰值功率进行比较，如果存在两两功率差大于6dB的条件，则判定峰值功率小的那个相关峰为非有效相关峰，再重新检测相关峰；步骤3.2：当已检测到3个有效相关峰时，将3个有效相关峰的相对位置与ADS-B信号前导头3个标准脉冲的4种标准位置关系进行比对，当3个有效相关峰的2个间距值与4种标准位置关系的标准间距值的比对误差均小于等于3即表示位置比对成功，否则比对失败。所述步骤四的具体方法为：在无信号区域继续检测相关峰，如果检测到相关峰且其峰值功率与已检测到的有效相关峰最大峰值功率的差值在6dB以内，则前导头判定失败，重新检测相关峰；否则，前导头判定成功。一种星载ADS-B信号突发检测系统，包括：N符号长度积分模块，相关峰判定模块，前导头判定模块；N符号长度积分模块接收I路数据ai和Q路数据bi，设置滑动窗长度为N，计算获得N个符号数据与本地标准脉冲相关后的相关值xj；i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n-N+1；n、N分别为正整数；相关峰判定模块接收N符号长度积分模块的输出相关值xj，根据相关峰两侧的单调性判定是否检测到相关峰；前导头判定模块对已检测到的相关峰进行计数，同时记录两相邻相关峰的间隔，当检测到3个相关峰时，将3个相关峰的相对位置与标准信号进行位置比对，如果位置比对成功，则前导头初步判定成功；否则，保留后两个相关峰的相对位置关系，返回相关峰判定模块继续搜索下一个相关峰；前导头初步判定成功后，相关峰判定模块继续在无信号区域进行相关峰检测，如果仍然检测到相关峰，则前导头判定模块判定前导头判定失败，否则，前导头判定模块判定前导头判定成功并判决接收到一帧有效ADS-B信号。所述相关值xj的计算公式如下：其中，为滑动窗口内的I路数据累加和，为Q路数据累加和所述相关峰判定模块对相关峰的判定方法为：步骤2.1：缓存M＝2N+1个相关值xj，按接收的先后顺序进行排序，并将排序后的相关值重新记为数值tk,k＝1,2,…,M，从M个数值tk中选出N个数值并找出N个数值中的最大值tmax；从M个数值tk中选出N个数值的选择方法为：当N为偶数时，取其中N/2+1到3N/2之间的N个数；当N为奇数时，取其中(N+3)/2到(3N+1)/2之间的N个数；步骤2.2：根据最大值tmax的位置，分别在步骤2.1中选出的N个数值的左侧选取两个数值，在步骤2.1中选取的N个数值的右侧选出两个数值；步骤2.3：判断步骤2.2中选取的左边两个数值与最大值是否满足单调递增关系，最大值与步骤2.2中选取的右边两个数值是否满足单调递减关系，如果这两个条件同时成立，则判定检测到一个相关峰。所述前导头判定模块对3个相关峰的相对位置与标准信号进行位置比对的具体步骤如下：步骤3.1：每检测到一个相关峰，都将其峰值功率与已检测到的有效相关峰峰值功率进行比较，如果存在两两功率差大于6dB的条件，则判定峰值功率小的那个相关峰为非有效相关峰，再重新检测相关峰；步骤3.2：当已检测到3个有效相关峰时，将3个有效相关峰的相对位置与ADS-B信号前导头3个标准脉冲的4种标准位置关系进行比对，当3个有效相关峰的2个间距值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载ADS‑B信号突发检测方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一：接收I路数据ai和Q路数据bi，设置滑动窗长度为N，计算获得N个符号数据与本地标准脉冲相关后的相关值xj：

【技术特征摘要】
1.一种星载ADS-B信号突发检测方法，其特征在于，包括步骤如下：步骤一：接收I路数据ai和Q路数据bi，设置滑动窗长度为N，计算获得N个符号数据与本地标准脉冲相关后的相关值xj：其中，为滑动窗口内的I路数据累加和，为Q路数据累加和i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,n-N+1；n、N分别为正整数；步骤二：接收步骤一的输出相关值xj，根据相关峰两侧的单调性判定是否检测到相关峰；步骤三：当检测到3个相关峰时，将3个相关峰的相对位置与标准信号进行位置比对，如果位置比对成功则前导头初步判定成功，进入步骤四；否则，保留后两个相关峰的相对位置关系，返回步骤二，继续搜索下一个相关峰；步骤四：前导头初步判定成功后，继续在无信号区域进行相关峰检测，如果仍然检测到相关峰，则前导头判定失败，否则前导头判定成功，并判决接收到一帧有效的ADS-B信号。2.根据权利要求1所述的一种星载ADS-B信号突发检测方法，其特征在于，所述步骤二中相关峰的判定方法为：步骤2.1：缓存M＝2N+1个相关值xj，按接收的先后顺序进行排序，并将排序后的相关值重新记为数值tk,k＝1,2,…,M，从M个数值tk中选出N个数值并找出N个数值中的最大值tmax；从M个数值tk中选出N个数值的选择方法为：当N为偶数时，取其中N/2+1到3N/2之间的N个数；当N为奇数时，取其中(N+3)/2到(3N+1)/2之间的N个数；步骤2.2：根据最大值tmax的位置，分别在步骤2.1中选出的N个数值的左侧选取两个数值，在步骤2.1中选取的N个数值的右侧选出两个数值；步骤2.3：判断步骤2.2中选取的左边两个数值与最大值是否满足单调递增关系，最大值与步骤2.2中选取的右边两个数值是否满足单调递减关系，如果这两个条件同时成立，则判定检测到一个相关峰。3.根据权利要求2所述的一种星载ADS-B信号突发检测方法，其特征在于，所述步骤2.2中所选取的4个数值及最大值tmax组成的5个数中，每相邻两数的位置间距的差值绝对值小于2。4.根据权利要求3所述的一种星载ADS-B信号突发检测方法，其特征在于，步骤三的具体步骤如下：步骤3.1：每检测到一个相关峰，都将其峰值功率与已检测到的有效相关峰峰值功率进行比较，如果存在两两功率差大于6dB的条件，则判定峰值功率小的那个相关峰为非有效相关峰，再重新检测相关峰；步骤3.2：当已检测到3个有效相关峰时，将3个有效相关峰的相对位置与ADS-B信号前导头3个标准脉冲的4种标准位置关系进行比对，当3个有效相关峰的2个间距值与4种标准位置关系的标准间距值的比对误差均小于等于3即表示位置比对成功，否则比对失败。5.根据权利要求4所述的一种星载ADS-B信号突发检测方法，其特征在于，所述步骤四的具体方法为：在无信号区域继续检测相关峰，如果检测到相关峰且其峰值功率与已检测到的有效相关峰最大峰值功率的差值在6dB以内，则前导头判定失败，重新检测相关峰；否则，前导头判定成功。6.一种星载ADS-B信号突发检测系统，其特征在于，包括：N符号长度积分模块，相关峰判定模块，前...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓旭，朱晓峰，惠腾飞，刘明洋，王战强，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61