一种1090ES信号自动检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及信号检测技术领域，特别涉及一种1090ES信号自动检测方法及系统，以提高1090ES信号框架脉冲组的检测概率以及数据位脉冲信号解调正确率。本发明专利技术的1090ES信号自动检测方法及系统中，通过构建二值化的1090ES信号框架脉冲组和数据位脉冲的已知波形，利用波形自动匹配的方法实现视频信号框架脉冲组的检测及其后续数据位脉冲的检测；由于采用了匹配滤波的方法，信号在检测过程获得了信噪比增益，提高了框架脉冲组的检测概率和数据脉冲解调正确率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及信号检测
，特别涉及一种1090ES信号自动检测方法及系统。
技术介绍
广播式自动相关监视(ADS-B)系统是目前国际民航系统通用的一种空中交通管制技术，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。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。因此，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。目前，实现ADS-B功能常用的三种数据链为1090Extended Squitter(1090ES)、UAT以及VDL-4，其中，以1090ES数据链为运用最为广泛。1090ES的射频工作于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。国际民航组织(ICAO)已经明确到2020年所有民航飞行器都必须安装ADS-B机载设备用于取代二次雷达，特别推荐了1090ES数据链。另外，在国际民航组织(ICAO)成员国第38届大会上通过的《2013-2028全球空中航行计划》；航空系统组块升级(ASBU)是《全球空中航行计划》的主要组成部分。航空系统组块升级(ASBU)提出了旨在为未来15年全球空中航行系统的发展提供指导，为各国航行技术革新提供指南，促进全球空中交通持续、稳定、快速发展。ASBU的
由通信、导航、监视、信息管理和航空电子系统五个部分组成。其中，监视技术主要包括ADS-B、一二次雷达、多点定位等。另外，导航技术方面也提出了稳步推进星基导航技术的应用。例如Aireon公司，已计划在2018开始实施其星基ADS-B计划，实现全球ADS-B信号接收覆盖。由此可见，如何进一步提高1090ES信号框架脉冲组的检测概率以及进一步提高1090ES数据位脉冲信号解调正确率等，对于空管监视系统至关重要。目前，虽然有一些提高1090ES信号检测的可靠性的方法，但是检测结果仍然不够理想。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供了一种1090ES信号自动检测方法及系统，以提高1090ES信号框架脉冲组的检测概率以及数据位脉冲信号解调正确率。本专利技术的技术方案是：一种1090ES信号自动检测方法，包括如下步骤：步骤一、构建二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形以及二值化的1090ES信号数据位脉冲的已知波形，其中，所述框架脉冲组的已知波形具有第一预定时长，所述数据位脉冲的已知波形具有第二预定时长；另外，构建已知波形时可以根据国际民航组织发布的1090ES信号技术规范进行，详见说明书附图1。需要说明的是，通常框架脉冲组波形时长为8us，单个数据位脉冲波形时长为1us。数据位段有短格式和长格式两种，分别为56-bit和112-bit。数据位脉冲波形通过包括两种，由于1090ES信号所定义的数据位脉冲的调制方式为脉位调制，数据脉冲在1us区间内只有两种可能，即在前0.5us或后0.5us位置上，因此，数据位脉冲波形通常只用定义其中的一种。步骤二、对微波接收机输出的信号进行数字采样，形成数字视频信号；主要通过模数转换器(ADC)来进行。步骤三、将所述数字视频信号进行双门限检测，形成二值化视频信号；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤四、通过延时窗对所述二值化视频信号进行延时处理，其中，所述延时窗的长度与所述第一预定时长或所述第二预定时长相同；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤五、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第一指标值，也即延时窗内与已知波形样本相同的视频信号样点个数corrF；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤六、将所述第一指标值与第一预定门限值范围进行比较；仅当所述第一指标值处于所述第一预定门限值范围内时，则判断1090ES信号框架脉冲组已检测到，并进行步骤七；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤七、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述1090ES信号数据位脉冲的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第二指标值，也即延时窗内与已知波形样本相同的视频信号样点个数corrD；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤八、将所述第二指标值与第二预定门限值范围进行比较；仅当所述第二指标值处于所述第二预定门限值范围内时，则判断1090ES信号数据位脉冲已检测到，完成1个1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调；同样，此步骤可以选择在FPGA中进行处理。步骤九、重复步骤八，完成全部1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调。可选的，在所述步骤一中，二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形的向量表示为：F＝[F(0),F(1),...,F(N-1)]T；其中，向量中各元素即F(0)、F(1)、、、F(N-1)的取值为0或1。可选的，在所述步骤一中，二值化的1090ES信号数据位脉冲的已知波形的向量表示为：D＝[D(0),D(1),...,D(M-1)]T；其中，向量中各元素的取值为0或1。可选的，在所述步骤四中，进行延时处理的二值化视频信号的向量表示为：V＝[V(0),V(1),...,V(N-1)]T；或V＝[V(0),V(1),...,V(M-1)]T；其中，向量中各元素的取值为0或1。可选的，在所述步骤五中，是通过如下关系式获取所述第一指标值： corr F = Σ i = 0 N - 1 ( V ⊕ F ) i ; ]]>在所述步骤七中，是通过如下关系式获取所述第二指标值： corr D = Σ i = 0 M - 1 ( V ⊕ D ) i . ]]>可选的，所述步骤六中的第一预定门限值范围是[a，b]，其中，a为所述第一预定时长的90％，b等于所述第一预定时长。可选的，在所述步骤一中，所述框架脉冲组的已知波形包括两种，分别为第一已知波形或第二已知波形；在所述步骤八中：当所述框架脉冲组的已知波形为第一已知波形时，所述第二预定门限值范围是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种1090ES信号自动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、构建二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形以及二值化的1090ES信号数据位脉冲的已知波形，其中，所述框架脉冲组的已知波形具有第一预定时长，所述数据位脉冲的已知波形具有第二预定时长；步骤二、对微波接收机输出的信号进行数字采样，形成数字视频信号；步骤三、将所述数字视频信号进行双门限检测，形成二值化视频信号；步骤四、通过延时窗对所述二值化视频信号进行延时处理，其中，所述延时窗的长度与所述第一预定时长相同；步骤五、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第一指标值；步骤六、将所述第一指标值与第一预定门限值范围进行比较；仅当所述第一指标值处于所述第一预定门限值范围内时，则判断1090ES信号框架脉冲组已检测到，并进行步骤七；步骤七、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述1090ES信号数据位脉冲的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第二指标值；步骤八、将所述第二指标值与第二预定门限值范围进行比较；仅当所述第二指标值处于所述第二预定门限值范围内时，则判断1090ES信号数据位脉冲已检测到，完成1个1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调；步骤九、重复步骤八，完成全部1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调。...

【技术特征摘要】
1.一种1090ES信号自动检测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、构建二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形以及二值化的1090ES信号数据位脉冲的已知波形，其中，所述框架脉冲组的已知波形具有第一预定时长，所述数据位脉冲的已知波形具有第二预定时长；步骤二、对微波接收机输出的信号进行数字采样，形成数字视频信号；步骤三、将所述数字视频信号进行双门限检测，形成二值化视频信号；步骤四、通过延时窗对所述二值化视频信号进行延时处理，其中，所述延时窗的长度与所述第一预定时长相同；步骤五、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第一指标值；步骤六、将所述第一指标值与第一预定门限值范围进行比较；仅当所述第一指标值处于所述第一预定门限值范围内时，则判断1090ES信号框架脉冲组已检测到，并进行步骤七；步骤七、将经过延时处理的所述二值化视频信号与所述1090ES信号数据位脉冲的已知波形进行按位异或，并对异或后的一维向量中1的个数进行统计，获取两者间相关程度的第二指标值；步骤八、将所述第二指标值与第二预定门限值范围进行比较；仅当所述第二指标值处于所述第二预定门限值范围内时，则判断1090ES信号数据位脉冲已检测到，完成1个1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调；步骤九、重复步骤八，完成全部1090ES信号数据位脉冲的脉位调制解调。2.根据权利要求1所述的1090ES信号自动检测方法，其特征在于，在所述步骤一中，二值化的1090ES信号框架脉冲组的已知波形的向量表示为：F＝[F(0),F(1),...,F(N-1)]T；其中，N表示框架脉冲组的已知波形的第一预定时长，向量中各元素的取值为0或1。3.根据权利要求1所述的1090ES信号自动检测方法，其特征在于，在所述步骤一中，二值化的1090ES信号数据位脉冲的已知波形的向量表示为：D＝[D(0),D(1),...,D(M-1)]T；其中，M表示数据位脉冲的已知波形的第二预定时长，向量中各元素的取值为0或1。4.根据权利要求2或3所述的1090ES信号自动检测方法，其特征在于，在所述步骤四中，进行延时处理的二值化视频信号的向量表示为：V＝[V(0),V(1),...,V(N-1)]T；或V＝[V(0),V(1),...,V(M-1)]T；其中，向量中各元素的取值为0或1。5.根据权利要求4所述的1090ES信号自动检测方法，其特征在于，在所述步骤五中，是通过如下关系式获取所述第一指标值： corr F = Σ i = 0 N - 1 ( V ⊕ F ) i ; ]]>在所述步骤七中，是通过如下关系式获取所述第二指标值...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱栋，成伟明，章林，赵春光，王寿峰，邵华，张婷，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十八研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32