一种ADS‑B系统中S模式应答信号的报头定位方法，步骤如下：高斯噪声功率预测步骤、报头的平均功率计算步骤、信噪比判断步骤、微弱信号定位步骤和非微弱信号定位步骤。本发明专利技术的优点在于较好地消除了高斯噪声、多径干扰、串扰导致的报头定位误差，使得后续数据位提取的成功率得到提升，从而极大地提升了系统的抗干扰能力。
【技术实现步骤摘要】
—种ADS-B系统中S模式应答信号的报头定位方法
本专利技术涉及一种ADS-B系统中S模式应答信号的报头定位方法，涉及信号检测技术，尤其是涉及到ADS-B信号的报头检测技术。
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，这种技术让航空器能够将利用全球导航卫星系统(GNSS)和机载设备系统获得的位置、速度、状态信息以一定间隔向外广播，从而完成空中监视和信息传播。ADS-B扩大了监视的覆盖范围，提高了空域容量，是更安全、更高效的空中交通监视手段。 S模式(Mode S)是一种新型雷达询问系统，它将二次监视雷达(SSR)与数据链结合，支持自动化空中交通管理。S模式是一种地址选择型系统，每次询问包含一个地址，只有对应的航空器才应答，询问和应答的频率和格式均不同，其中应答信号频率为1090MHz。 现有的报头检测方法主要为根据相邻采样点的功率差值确定脉冲上升沿的方法，这种方法并没有显式进行报头定位，如果条件过于严格，则可能误杀报头，反之如果条件放宽，则可能存在多个采样点同时满足报头检测条件，导致后续数据位提取难度增大。 在接收S模式应答信号时，不仅存在因加性噪声(可认为是高斯噪声)导致远处客机发出的弱信号信噪比较小的问题，而且存在因多径干扰、A/C信号串扰导致信号大幅度波动的情况，现有的报头检测方法在这两种问题的处理上效果较差，容易误杀报头且报头定位不准确。 中国专利申请公开说明书CN 103199944 A提供了一套完整的S模式信号的报头检测、参考功率计算、数据位提取方法，对于信噪比较大的信号提取效果较好，但是其抗干扰性能较差，受到干扰的信号报头可能定位有偏差甚至被丢弃，本专利技术提出了报头定位的概念，保证了受干扰信号的报头定位精确度。CN 102833130 A提供了一种S模式信号的报头检测方法，抗干扰性能较差，受到干扰的信号报头可能定位有偏差。CN 103354512A提供了一种S模式信号的报头检测方法，抗干扰性能较差，受到干扰的信号报头可能定位有偏差。 报头定位是本专利技术提出的概念，非常相关但没有特别接近的文件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足，在报头模糊检测完成的基础上，提供一种ADS-B系统中S模式应答信号的报头定位方法，实现ADS-B系统S模式应答信号的报头精准定位。 本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种ADS-B系统中S模式应答信号的报头定位方法，包括以下步骤: (I)高斯噪声功率预测步骤:地面设备接收到的实际信号由1090MHz频段下的ADS-B应答信号和高斯噪声叠加而成，x(t) = S1 (t)+? (t)+…+n (t)，其中应答信号包括A/C模式信号、S模式长信号、S模式短信号。假设高斯噪声n(t)服从高斯分布Ν(0，σ2)，在没有应答信号影响下，其功率近似服从X 2分布，平均值(E[n2(t)]) = σ2，而如果存在应答信号，则功率近似服从非中心X2分布。 本步骤对无脉冲位(没有应答信号影响的位置)进行实时监控，由于噪声会随着时间波动，此处参考时间序列分析理论，取历史功率值的加权平均值作为下一采样点噪声平均功率估计值ΡΝ。 (2)报头的平均功率计算步骤:枚举报头起始时刻即采样点h，分别计算O μ S、1μ s、3.5μ s、4.5μ s 四个脉冲位置的平均功率 Pa (tQ) = (Pp (t0+0 μ s) +Pp (t0+l μ s) +Pp (t0+3.5“8)+卩1^(|+4.5 4 8))/4，其中Pp(t)为t时刻至t+0.5 μ s时刻范围内10个采样点的平均功率值，即Pp(t) = (Px (t)+Px(t+0.05)+…+Px (t+0.45))/10，式中Px⑴为采样点t的功率值；对于不同的起始时刻h，取最大值Pv = max(Pa)作为报头平均功率值。 (3)信噪比判断步骤:由于实际信号受噪声干扰可能非常严重，较远处的客机(200km范围以外)发出的应答信号很容易淹没在噪声中，对于此类信噪比小的信号，本身识别报头和数据位已经有难度，不可能以100%概率全部正确识别，应忽略其受到串扰的可能性，利用概率统计理论尽可能提高识别成功率，而对于信噪比大的信号，若因串扰相互交叠，也可能分离出功率较大的报头。信号信噪比SNR(dB) = 1log10 ( / X2 (t)dt/ / n2(t)dt),其中 f n2(t)dt — Pn / dt 由步骤 I 给出，f x2(t)dt ^ Pv / dt 由步骤 2给出，故SNR(dB)?1logltl(PV/PN)。这里需要注意，Pv与原应答信号功率Ps略有不同，假设原信号为 s (t) = Ae^jwt, x(t) = s(t)+n(t),则 Pv = [ / x2(t)dt]/ / dt = [ / s2(t)dt]/ f dt+[ f n2 (t) dt]/ f dt+[2 f s(t)n(t)dt]/ f dt — PS+PN,即报头平均功率约等于应答信号功率和噪声平均功率之和。 信噪比(SNR)小的信号，因识别报头难度较大，忽略其受到串扰的可能性，利用概率统计理论尽可能提高识别成功率，而信噪比大的信号，若因串扰相互交叠，也可能分离出功率较大的报头；因此，对SNR进行判断，若SNR不超过6dB，则为微弱信号，进入步骤(4)，否则SNR超过6dB，则为非微弱信号，进入步骤(5)。 (4)微弱信号定位步骤: 本步骤的任务是在接收到实际信号为X的条件下求报头起始位置k使得条件概率 P (start = k IX)最大，根据贝叶斯定理 p (start = k | X) = p (X start = k).p (start=k) /p (X),任务等价于最大化 p (XI start = k) = TI p (x (t) | start = k),为简化计算，这里将 p(s(ti)+n(ti) = x(ti) start = k)近似为 p (I (Pso (t)+Pno (t) >MTL)=I (Pxai)H) I start = k)，式中PstlUi)为原信号的预测值(在脉冲位取平均功率值Ps，否则取O)，Pno Ui)为噪声功率，Px Ui)为采样点功率，I (.)为指示函数。 门限值MTLh = m.Pn根据实际信号情况选取，如m = 2。于是p (PN0 Ui) >MTLH)为可直接得到的常数，还需要根据实际测试结果确定不同Ps情况下P (PS+PNCIUiDMTL11)的分布结果，这里假设此步骤事先在参数调整时已完成。 具体处理时，由于m、Ps已知，上述两个概率值也已确定，分别称为P (HO)和P(Hl)，则目标概率Π p(x(ti) I start = k) = p (HO)a.[1-p (H0)]b.p(Hl)c.[1-p (Hl)]d, a、b 分别为非脉冲位采样点超过门限的个数和低于门限的个数，c、d分别为脉冲位采样点超过门限的个数和低于门限的个数。为避免浮点运算和指数运算，将上式取对数后变为a.Ig (P (HO))+b.Ig(1-p(HO))+c 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ADS‑B系统中S模式应答信号的报头定位方法，其特征在于实现步骤如下：(1)高斯噪声功率预测步骤：对无脉冲位即没有应答信号影响的位置进行实时监控，根据时间序列分析理论，取历史功率值的加权平均值作为下一采样点的噪声平均功率估计值PN；(2)报头的平均功率计算步骤：枚举报头起始时刻即采样点，分别计算相应的0μs、1μs、3.5μs、4.5μs四个脉冲位置的平均功率，对于不同的起始时刻，取平均功率取到最大值时的功率作为报头平均功率值；(3)信噪比判断步骤：若SNR不超过6dB，则为微弱信号，按照步骤(4)进行处理，否则SNR超过6dB，则为非微弱信号，按照步骤(5)进行处理；(4)微弱信号定位步骤：选定高门限MTLH＝m·PN，m表示高门限和噪声平均功率PN的比值，枚举报头的起始位置k，对采样点进行计数，计数完成后计算评估函数F(k)＝a·A+b·B+c·C+d·D，其中a、b表示非脉冲位采样点超过门限的个数和低于门限的个数，c、d表示脉冲位采样点超过门限的个数和低于门限的个数，A、B、C、D为相应概率值系数经过整数化后的系数；取使F(k)取到最大值的k为报头起始时刻；(5)非微弱信号定位步骤：选定低门限MTLL，枚举报头起始位置k，统计非脉冲位采样点功率低于门限MTLL的个数C(k)，取使C(k)最小的位置k为报头的起始时刻。...
【技术特征摘要】
1.一种ADS-B系统中S模式应答信号的报头定位方法，其特征在于实现步骤如下: (1)高斯噪声功率预测步骤:对无脉冲位即没有应答信号影响的位置进行实时监控，根据时间序列分析理论，取历史功率值的加权平均值作为下一采样点的噪声平均功率估计值Pn; (2)报头的平均功率计算步骤:枚举报头起始时刻即采样点，分别计算相应的Oμ S、1μ s、3.5μ s、4.5μ s四个脉冲位置的平均功率，对于不同的起始时刻，取平均功率取到最大值时的功率作为报头平均功率值； (3)信噪比判断步骤:若SNR不超过6dB，则为微弱信号，按照步骤⑷进行处理，否则SNR超过6dB，则为非微弱信号，按照步骤(5)进行处理； (4)微弱信号定位步骤:选定高门限MTLh= m.Pn, m表示高门限和噪声平均功率Pn的比值，枚举报头的起始位...
【专利技术属性】
技术研发人员：倪亦帅，王宝会，刘晓东，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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