一种1090ES信号交叠概率的估计方法技术

本发明专利技术公开了一种1090ES信号交叠概率的估计方法，通过对射频工作在1090MHz频点上的二次雷达模式A/C应答信号和1090ES信号的到达时间进行仿真和模型化分析，提出了基于泊松分布模型的1090ES信号交叠概率的估计算法。该算法能够根据场景中二次雷达部数、帧扫描周期和询问周期，以及空中目标个数参数，在假定模式A/C应答信号、1090ES信号到达某ADS‑B地面站时到达时间随机分布情况下，可以直接由解析数学表达式对1090ES信号的交叠概率进行估算。

An Estimation Method of Overlapping Probability of 1090ES Signal

The invention discloses a method for estimating the overlap probability of 1090ES signal. By simulating and modelling the arrival time of the secondary radar mode A/C response signal and the 1090ES signal at the frequency point of 1090MHz, an algorithm for estimating the overlap probability of 1090ES signal based on Poisson distribution model is proposed. The algorithm can estimate the overlap probability of 1090ES signal directly by analytic mathematical expression under the assumption that the mode A/C response signal and 1090ES signal arrive at a certain ADS B ground station with random distribution of arrival time according to the number of secondary radar units, frame scanning period and query period in the scene and the number of aerial targets.

【技术实现步骤摘要】
一种1090ES信号交叠概率的估计方法
本专利技术属于空管监视
，具体涉及一种1090ES信号交叠概率的估计方法。
技术介绍
空管监视技术是空中交通管理系统中最重要的技术之一，监视的任务是对航空器及其他目标进行可靠的探测，提供准确的航空器及其他探测目标的位置、状态和告警信息，它为空管系统信息管理提供目标的实时动态信息。目前，空管系统中常用的监视手段主要有一次监视雷达(PSR)、场面监视雷达、二次监视雷达(SSR)、广播式自动相关监视(ADS-B)和多点定位(MLAT)。在全球航行计划和中国组块升级计划中，在当前及未来相当长时期内，仍然会以上述几种监视技术为主要监视手段。ADS-B是基于GPS全球卫星定位系统和空地、空空数据链通信的航空器运行监视系统。ADS-B系统通过飞行器主动发送自身相关信息的方式来实现地面或空中对目标的监视功能。国际民航组织(ICAO)将其确定为未来监视技术发展的主要方向，国际航空界正在积极推进该项技术的应用。与传统二次雷达系统相比，ADS-B系统能够提供实时和准确的航空器位置、速度等信息，而且该系统具有建设投资小，维护费用低，使用寿命长等优点。1090ES(1090ExtendedSquitter，1090扩展电文)是实现ADS-B功能的三种数据链之一，其射频工作于1090MHz。与二次雷达S模式应答信号的格式相同，其一帧信号由一系列的脉冲组成，这些脉冲中包含了飞行器的位置、速度、航向、状态等重要信息。随着航空运输业的迅猛发展，飞行器数量持续增加，二次雷达、多点定位和1090ES等主要监视手段均使用1090MHz这一频点。对于繁忙的机场空域或航路，随着目标数量的增加，1090MHz频点的同频干扰问题日益严重，同频干扰会使得信号漏检并导致航迹跳点，严重时目标航迹发生中断。由于监视技术在空管系统的重要地位，研究1090MHz信号，特别是1090ES信号受干扰的概率及干扰抑制技术，对于ADS-B地面站建设方案设计具有非常重要的指导作用。当1090ES信号交叠概率过大时，应考虑采用多个扇区天线分空域进行信号接收，以降低信号交叠概率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种1090ES信号交叠概率的估计方法，应用于估计1090ES信号被其他射频工作于1090MHz频点的信号交叠串扰的概率，为ADS-B地面站建设方案的设计提供依据。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种1090ES信号交叠概率的估计方法，其特征是，包括以下过程：S1，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子；S2，根据仿真拟合出的平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的关系，计算出平均交叠次数因子；S3，根据平均交叠次数因子，计算平均交叠发生次数；S4，根据平均交叠发生次数，计算1090ES信号交叠概率。进一步的，S1中，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子公式为：其中，fS-112和fS-56分别为S-112位和S-56位平均每秒每批目标发射次数；tS-112和tS-56分别为S-112位和S-56位信号时长；为对应第i部二次雷达平均每秒每批目标应答次数；tA/C为A/C信号时长；NSSR为二次雷达部数；kD的量纲为秒。进一步的，S2中，平均交叠次数因子kλ与信号占空比因子kD之间的关系为：kλ＝6.78kD-0.0032其中，上式中的两个系数通过蒙特卡洛仿真得到。进一步的，仿真过程为：假定在1090MHz信道内，ADS-B地面站接收到的空中目标发射各类信号在单位时间段内随机到达；结合各信号的时长判断每个信号是否与其他信号有交叠，统计有交叠的信号个数，计算信号交叠概率；由信号交叠概率计算平均交叠次数因子，绘制出平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的关系。进一步的，计算平均交叠发生次数过程为：根据计算所得的平均交叠次数因子乘上预定的目标批数N计算平均交叠发生次数。进一步的，利用经典泊松分布模型，计算信号交叠概率。进一步的，信号交叠概率的计算公式如下：P＝1-e-λ其中，λ是平均交叠发生次数。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术提出的估算方法基于泊松分布模型，根据场景中空中目标总数、二次雷达部数及其帧扫描周期和询问周期等参数，由数字解析表达式直接计算1090ES信号被其他信号交叠的概率。附图说明图1为平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的线性关系；图2为本专利技术方法的流程示意图；图3为目标批数和二次雷达部数与信号交叠概率之间的对应关系。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。由国际民航组织(ICAO)发布的航空电信规范附件10可知，1090ES信号与二次雷达模式S应答信号格式相同，1090ES信号分为长格式(S-112位)和短格式(S-56位)两种。每个S-112位信号时长120us，每个目标每秒发射5.2次；每个S-56位信号时长64us，每个目标每秒发射1次。每个目标不仅要应答来自二次雷达的多种模式的询问，还要主动广播发射1090ES信号。模式A和模式C应答信号格式相同，每个模式A/C应答信号的时长为20.75us，每秒应答次数由场景中的二次雷达部数、帧扫描周期、模式A/C询问周期等参数所决定。由于目标的位置、速度、S模代码等重要参数均包含在S-112位内容中，因此，本专利技术针对1090ESS-112位信号估算其交叠概率。本专利技术的一种1090ES信号交叠概率的估计方法，参见图2所示，包括以下过程：步骤S1，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子；根据场景中二次雷达部数、每部二次雷达扫过某批目标时使目标发生模式A/C应答的次数、目标总个数等参数，计算信号占空比因子kD，即每个目标每秒发射模式A/C应答信号、1090ESS-112位信号、1090ESS-56位信号等所有射频工作在1090MHz频点上的信号的总时长kD；其中，fS-112和fS-56分别为S-112位和S-56位平均每秒每批目标发射次数；tS-112和tS-56分别为S-112位和S-56位信号时长；为对应第i部二次雷达平均每秒每批目标应答次数；tA/C为A/C信号时长；NSSR为二次雷达部数；kD的量纲为秒。步骤S2，根据仿真拟合出的平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的线性关系，计算出平均交叠次数因子。因为各信号到达ADS-B地面站的时间无规律可循，最常用的假定就是：假定在1090MHz信道内，ADS-B地面站接收到的空中目标发射各类信号在单位时间段内随机到达。在此假定下，再结合各信号的时长判断每个信号是否与其他信号有交叠，统计有交叠的信号个数，计算信号交叠概率。再由信号交叠概率计算平均交叠次数因子，即可绘制出如图1所示结果，并拟合出固定的直线方程。所得的kD和下式计算平均交叠次数因子kλ；kλ＝6.78kD-0.0032其中，上式中的两个系数通过蒙特卡洛仿真得到。系数6.78来自于(tS-112+tA/C)/tA/C比值，这是由于1090MHz信道内模式A/C应答信号个数较多，1090ES发生交叠几乎都是与模式A/C应答信号产生，1090ES信号之间发生交叠的情况非常少；系数-0.0032来自蒙特卡洛仿真。步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种1090ES信号交叠概率的估计方法，其特征是，包括以下过程：S1，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子；S2，根据仿真拟合出的平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的关系，计算出平均交叠次数因子；S3，根据平均交叠次数因子，计算平均交叠发生次数；S4，根据平均交叠发生次数，计算信号交叠概率。

【技术特征摘要】
1.一种1090ES信号交叠概率的估计方法，其特征是，包括以下过程：S1，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子；S2，根据仿真拟合出的平均交叠次数因子与信号占空比因子之间的关系，计算出平均交叠次数因子；S3，根据平均交叠次数因子，计算平均交叠发生次数；S4，根据平均交叠发生次数，计算信号交叠概率。2.根据权利要求1所述的一种1090ES信号交叠概率的估计方法，其特征是，S1中，计算工作在1090MHz频点上的信号占空比因子公式为：其中，fS-112和fS-56分别为S-112位和S-56位平均每秒每批目标发射次数；tS-112和tS-56分别为S-112位和S-56位信号时长；为对应第i部二次雷达平均每秒每批目标应答次数；tA/C为A/C信号时长；NSSR为二次雷达部数；kD的量纲为秒。3.根据权利要求1所述的一种1090ES信号交叠概率的估计方法，其特征是，S2中，平均交叠次数因子kλ与信号占空比因子kD之间的关系为：kλ＝6....

【专利技术属性】
技术研发人员：朱栋，冯成涛，宦娟，储开斌，朱正伟，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32