一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法技术

本发明专利技术公开了一种基于星载场景的ADS‑B信号低灵敏度接收方法，解决了星载场景下接收飞机发送的ADS‑B信号电平较低而导致解调得到报文信息较少的问题，它通过对射频前端输出的信号进行对数检波和AD量化，利用窄带滤波器完成对信号波形的整形，并对ADS‑B信号报头及其附近脉冲的上升、下降沿采样点进行统计，得到相应的上升下降程度的计数结果，对计数加和结果进行判决，从而判断出疑似报头，再根据报头脉冲附近的空信号位采样点进行加和判决，确定是否为有效报头，最后利用三阶系数加权法完成对ADS‑B报文位的差分判决。本发明专利技术相比较现有的地面ADS‑B接收技术，接收灵敏度更高，虚警概率更低，报文信息误码率更低，能够适应星载ADS‑B监视系统的弱信号监测场景。

A low sensitivity reception method for ADS-B signals based on Spaceborne scenarios

The invention discloses a low sensitivity receiving method of ADS_B signal based on satellite scene, which solves the problem that the ADS_B signal level transmitted by receiving aircraft in satellite scene is low and the message information obtained by demodulation is less. It carries out logarithmic detection and AD quantization of the signal output from the RF front end, and uses narrowband filter. Complete the shaping of the signal waveform, and make statistics on the sampling points of the rising and falling edges of ADS B signal header and its nearby pulses, get the corresponding counting results of the rising and falling degrees, and judge the counting summation results, so as to judge the suspected header, and then add according to the vacancy signal sampling points near the header pulse. Finally, the third-order coefficient weighting method is used to complete the differential decision of ADS B bit. Compared with the existing ground ADS B receiving technology, the present invention has higher receiving sensitivity, lower false alarm probability and lower bit error rate of message information, and can adapt to the weak signal monitoring scene of the space-borne ADS B monitoring system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法
本专利技术设计一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，主要针对于星载场景下的ADS-B信号的低灵敏度接收，实现对空间卫星对于航空信息的获取，增强跨洋航线和极地的航空监视能力。
技术介绍
广播式自动相关监视(ADS-B)技术是民航新一代监视技术的核心，目前已得到了大规模的应用。它通过专用的无线数据链不断地广播飞机的属性、当前经度、纬度和高度三维位置、航速、转向等状态，地面空中交通管制中心接收信号，用于空中交通管理监视、驾驶舱交通信息显示以及机场场面监视管理等。传统二次雷达监视系统存在运行和维护成本高、安装架设技术条件苛刻以及监视范围有限等问题，并且在偏远、环境恶劣、人烟稀少的地区难以部署，因此，广播式自动相关监视系统(ADS-B)得到了较快发展，我国也架设了大量的ADS-B地面站。但是，对于跨洋航线、极地等区域至今仍不能实现连续的空中交通监视，由于处于非雷达监视空域，只能要求飞行员程序性地口头报告位置。其后果就是：空中交通管理不得不在缺乏密集数据连续监视的情况下应对越来越繁忙的空中交通线；航线之间的间距势必很大，空域未得到有效利用；浪费了燃料、增加了碳排放；紧急情况下的搜救又昂贵又费时。在这种情况下，以星载ADS-B接收系统为基础来构建覆盖全球的实时的空中交通监视系统，就成为下一代空中交通管理的基石，并成为技术发达国家争相发展的热门领域，竞争激烈，进展也很快。二代铱星系统搭载的ADS-B2018年即可部署完成并提供服务，丹麦GOMSpace公司也计划自2019年开始发射自己的ADS-B星座。ICAO、FAA、ESA等机构也在积极研究基于星载ADS-B的ATC系统。同时，到2020年，欧美均强制飞机装备ADS-B设备。由此可见，星载ADS-B这项事关未来航空交通管理的重要技术，目前正处在从技术走向商业的起步阶段，虽然许多应用尚处在讨论和探索阶段，但可以肯定的一点是对未来的航空交通管理影响深远。一般的ADS-B接收方法往往处在较高信噪比的范围内，由于民航客机的发射功率为23～27dBW，飞机与地面的距离一般为10km，考虑到地面接收站的覆盖范围，一般地面站能接收到的信号的距离范围为50km，自由空间的路径传输损耗约为：loss＝32.45+10log(L)+10log(F)＝32.45+10log(50)+10log(1090)＝127dB因此可得ADS-B信号到达地面天线接收口面的电平约为：25+30-127＝-72dBm。然而。对于低轨道卫星的距离空间飞行器最近的距离约为500km，此外，为了扩大覆盖范围，还需要监测距离约为1500km左右的飞行器，此时的自由空间的路径传输损耗约为：loss＝32.45+10log(1500)+10log(1090)＝156dB因此可得ADS-B信号到达卫星天线接收口面的电平约为：23+30-156＝-103dBm。在DO-260B对A类ADS-B接收机的灵敏度要求中，灵敏度最高的A3类接收机的灵敏度也才仅仅为-84dBm，所以现有的ADS-B地面接收处理算法不能满足星载低信噪比环境的要求。本专利技术设计提出一种基于低信噪比场景下的ADS-B信号接收处理方法，为星载ADS-B的接收技术提供新的思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法。本方法主要针对星载ADS-B接收场景，实现对低信噪比条件下的ADS-B信号的接收解调，在信号检测概率和解调误码率等指标上与地面常规的处理方法上都有较大提升。本方法可以提升ADS-B接收设备的接收灵敏度，弥补现有地面接收处理方法的不足。本专利技术的方法是这样实现的：通过对射频前端输出的ADS-B接收信号进行对数检波和AD量化，利用窄带滤波器完成低通滤波，并对ADS-B信号前14个码片的上升、下降沿采样点进行计数统计，得到相应的上升下降程度的计数结果，并对相应位置的计数结果进行相加，对结果进行判决，从而判断出疑似报头，再根据报头脉冲附近的空信号位采样点进行判决，确定疑似报头是虚警报头还是有效报头，最后若为有效报头则利用三阶系数加权法完成对ADS-B报文位的差分判决。主要包括以下步骤：(1)对射频前端输出的ADS-B信号进行对数检波和AD量化；(2)利用窄带滤波器对AD量化后的ADS-B信号进行波形的整形；(3)对整形后的ADS-B信号中报头四脉冲、DF信息脉冲和CA字段高位信息脉冲的上升、下降沿采样点进行计数统计，得到相应的上升下降程度的计数结果；(4)对相应位置上升、下降沿的计数结果进行相加，对加和结果进行判决，判断出疑似报头；(5)根据疑似报头脉冲附近的空信号位采样点进行加和判决，确定疑似报头是虚警报头还是有效报头；(6)若为有效报头则利用三阶系数加权法完成对ADS-B报文位的差分判决。其中，步骤(2)所述的窄带滤波器具体为：通带带宽为3.3MHz的FIR滤波器，滤波器阶数为64。其中，步骤(3)所述的对整形后的ADS-B信号中报头四脉冲、DF信息脉冲和CA字段高位信息脉冲的上升、下降沿采样点进行计数统计具体包括步骤：(301)利用移位寄存器完成对ADS-B信号的循环移位；(302)每个时钟周期对新进入移位寄存器内的信号进行临位比较，每有寄存器中前一个小于后一个采样点值，则上升沿计数加1，反之，则下降沿计数加1，其中临位比较区间长度设定为半个码片长度的采样点数；利用另外的两个移位寄存器分别存储每个时钟周期的上升、下降沿计数。其中，步骤(4)中对相应位置上升、下降沿的计数结果进行相加，对加和结果进行判决具体包括步骤：(401)取上升沿移位寄存器的相应位置的上升沿计数值进行加和，得到报头上升沿计数和；(402)取下降沿移位寄存器的相应位置的下降沿计数值进行加和，得到报头下降沿计数和；(403)将报头上升沿计数和与报头下降沿计数和相加，并与相应门限进行判决，高于门限值则被判定为疑似报头。其中，步骤(5)所述的根据疑似报头脉冲附近的空信号位采样点进行加和判决，确定疑似报头是虚警报头还是有效报头具体包括步骤：(501)在获得疑似报头后，选取信号移位寄存器相应位置的数值进行加和，得到报头无信号位置的噪声数据和；(502)将噪声数据和与相应门限进行比较，高于门限则判定为虚警报头，低于门限则判定为有效报头。其中，步骤(6)所述的利用三阶系数加权法完成对ADS-B报文位的差分判决具体包括步骤：(601)根据报头的位置确定报文信息的起始位；(602)对每一个报文位前半个码片的所有采样点进行加权求和；(603)对每一个报文位后半个码片的所有采样点进行加权求和，加权系数与前半个码片一致；(604)前半个码片的所有采样点的加权和如果大于后半个码片的所有采样点的加权和，则该报文位判决为‘1’，否则判决为‘0’。其中，步骤(401)中选取的移位寄存器索引位置ai为：DF17索引：DF18索引：其中，以最早进入上升沿计数移位寄存器的数据索引值为1，依次递增，fsamp爀晦为输入信号采样率，Tchip为ADS-B码片长度，为1μs。其中，步骤(402)中选取的移位寄存器索引位置bi为：DF17索引：DF18索引：其中，以最早进入下降沿计数移位寄存器的数据索引值为1，依本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星载场景的ADS‑B信号低灵敏度接收方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对射频前端输出的ADS‑B信号进行对数检波和AD量化；(2)利用窄带滤波器对AD量化后的ADS‑B信号进行波形的整形；(3)对整形后的ADS‑B信号中报头四脉冲、DF信息脉冲和CA字段高位信息脉冲的上升、下降沿采样点进行计数统计，得到相应的上升下降程度的计数结果；(4)对相应位置上升、下降沿的计数结果进行相加，对加和结果进行判决，判断出疑似报头；(5)根据疑似报头脉冲附近的空信号位采样点进行加和判决，确定疑似报头是虚警报头还是有效报头；(6)若为有效报头则利用三阶系数加权法完成对ADS‑B报文位的差分判决。

【技术特征摘要】
1.一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，其特征在于包括以下步骤：(1)对射频前端输出的ADS-B信号进行对数检波和AD量化；(2)利用窄带滤波器对AD量化后的ADS-B信号进行波形的整形；(3)对整形后的ADS-B信号中报头四脉冲、DF信息脉冲和CA字段高位信息脉冲的上升、下降沿采样点进行计数统计，得到相应的上升下降程度的计数结果；(4)对相应位置上升、下降沿的计数结果进行相加，对加和结果进行判决，判断出疑似报头；(5)根据疑似报头脉冲附近的空信号位采样点进行加和判决，确定疑似报头是虚警报头还是有效报头；(6)若为有效报头则利用三阶系数加权法完成对ADS-B报文位的差分判决。2.根据权利要求1所述的一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，其特征在于：步骤(2)所述的窄带滤波器具体为：通带带宽为3.3MHz的FIR滤波器，滤波器阶数为64。3.根据权利要求1所述的一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，其特征在于：步骤(3)所述的对整形后的ADS-B信号中报头四脉冲、DF信息脉冲和CA字段高位信息脉冲的上升、下降沿采样点进行计数统计具体包括步骤：(301)利用移位寄存器完成对ADS-B信号的循环移位；(302)每个时钟周期对新进入移位寄存器内的信号进行临位比较，每有寄存器中前一个小于后一个采样点值，则上升沿计数加1，反之，则下降沿计数加1，其中临位比较区间长度设定为半个码片长度的采样点数；利用另外的两个移位寄存器分别存储每个时钟周期的上升、下降沿计数。4.根据权利要求1所述的一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，其特征在于：步骤(4)中对相应位置上升、下降沿的计数结果进行相加，对加和结果进行判决具体包括步骤：(401)取上升沿移位寄存器的相应位置的上升沿计数值进行加和，得到报头上升沿计数和；(402)取下降沿移位寄存器的相应位置的下降沿计数值进行加和，得到报头下降沿计数和；(403)将报头上升沿计数和与报头下降沿计数和相加，并与相应门限进行判决，高于门限值则被判定为疑似报头。5.根据权利要求1所述的一种基于星载场景的ADS-B信号低灵敏度接收方法，其特征在于：步骤(5)所述的根...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶红军，蔚保国，刘亮，杨建雷，贾诗雨，王振华，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：河北,13