基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法技术

一种基于CA‑CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法。本发明专利技术利用报头波形的自相关特征首先对报头进行多脉冲匹配滤波，之后利用当前检测单元临近的报头低电平期间的样本均值估计噪声强度，并根据确定的虚警概率联合构造瞬时CFAR门限，提出一种1090MHz扩展电文报头的恒虚警检测方法。仿真实验结果表明，该方法不受接收信号的信噪比影响，在保持较低虚警概率的前提下可以获得较高的检测概率。同时，由于瞬时CFAR门限的引入，使得CA‑CFAR报头检测方法具有一定的抑制1090ES数据块中的伪报头误检的能力。

【技术实现步骤摘要】
基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法
本专利技术属于信息处理
，特别是涉及一种基于单元平均恒虚警率(CellAveraging–ConstantFalseAlarmRate,CA-CFAR)的1090MHz扩展电文的报头检测方法。
技术介绍
广播式自动相关监视(AutomaticDependentSurveillance-Broadcast,ADS-B)技术被国际民航组织(InternationalCivilAviationOrganization，ICAO)推荐为新一代航空运输系统的核心监视技术，业已成为空管二次监视雷达系统的补充或替代监视系统，我国也将在2020年后推动ADS-B系统成为主要航空运输监视手段。机载设备利用地空数据链以广播的形式播报航空器的实时位置及状态信息，ADS-B系统地面站根据接收的电文解译出的航空器信息形成相应的航迹，以实现对航空器的监视。ADS-B系统可用的地空数据链有S模式1090MHz扩展电文(1090MHzExtendedSquitter,1090ES)、模式4甚高频数据链(VHFDataLink-Mode4，VDL-4)和通用访问收发机(UniversalAccessTransceiver，UAT)三种，其中，S模式1090ES应用最为广泛。航空器的机载S模式应答机根据1090ES的最低运行性能标准，以不同的重复率发射包含航空器状态信息的ADS-B电文。ADS-B系统地面站接收电文后，需要解译出电文中所包含的航空器位置、速度和呼号等信息。ADS-B系统对1090ES进行解码的前提是实现对1090ES的报头检测。由于ADS-B系统的有效监视区域约为半径500千米范围内，而航空器与接收站间距离存在差异，导致接收的1090ES信号强度具有较大的动态范围，甚至接收信号强度处于噪声水平，这种情况对于星基ADS-B系统尤为突出。对1090ES实现恒虚警率(ConstantFalseAlarmRate，CFAR)检测对保障ADS-B系统有效监视距离，促进星基ADS-B系统建设具有重要意义。当前对1090ES的报头检测方法主要分为两类，分别是基于脉冲位置检测的方法和基于匹配滤波的方法。基于脉冲位置检测的方法是首先检测序列中的单个有效脉冲位置，根据这些有效脉冲的位置关系和其中上升沿的数量来判定是否为1090ES的报头，以实现对1090ES报头的检测。但基于脉冲位置检测的方法对接收信号的信噪比要求比较高，在低信噪比环境下，过多的伪上升沿会导致大量虚警的出现，从而严重增大系统后续处理负荷。基于匹配滤波的方法相对较多，其又分为单脉冲匹配滤波方法、多脉冲匹配滤波方法和基于单脉冲与多脉冲匹配滤波联合判决方法三类。基于单脉冲匹配滤波方法有效地解决了采样点位置波动对报头检测的影响，但未考虑报头内各脉冲之间的相互关系。多脉冲匹配滤波方法有效地利用了报头的自相关特征，但其采用的固定门限更适合应用在接收信噪比较高且稳定的环境中。基于单脉冲及多脉冲匹配滤波联合判决的方法通过多次相关处理，有效地利用了报头的自相关特性并消除了采样点位置波动的影响，但该方法复杂度较高，不利于实时处理。另外，由于1090ES的数据块中可能存在伪报头信息，因此该方法同样需要兼顾对数据块中伪报头的抑制，才能降低误检概率，由此达到更好的检测效果。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法。为了达到上述目的，本专利技术提供的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法包括按顺序进行的下列步骤：(1)利用L波段接收机对1090MHz扩展电文(1090ES)射频信号进行解调，得到采样后的1090ES视频信号的S1阶段；(2)将本地报头信号沿步骤(1)中得到的1090ES视频信号进行滑动求和，进行多脉冲匹配滤波，获得当前检测单元的多脉冲匹配滤波结果的S2阶段；(3)将步骤(2)中本地报头信号低电平期间对应的1090ES视频信号的样本提取出来，然后求其均值，并计算出噪声强度的S3阶段；(4)根据虚警概率，联合步骤(3)中得到的均值及噪声强度共同计算当前检测单元的瞬时CFAR门限的S4阶段；(5)利用步骤(2)中得到的多脉冲匹配滤波结果对步骤(4)中得到的瞬时CFAR门限进行过门限检测判决，由此确定出1090ES的报头的S5阶段。在步骤(1)中，所述的利用L波段接收机对1090MHz扩展电文(1090ES)射频信号进行解调，得到采样后的1090ES视频信号的方法是：采用L波段接收机对空间中下行的1090MHz扩展电文射频信号进行接收和解调，经A/D采样后得到1090MHz扩展电文的离散视频信号。在步骤(2)中，所述的将本地报头信号沿步骤(1)中得到的1090ES视频信号进行滑动求和，进行多脉冲匹配滤波，获得当前检测单元的多脉冲匹配滤波结果的方法是将本地报头信号序列沿步骤(1)中输出的离散视频信号进行滑动求和运算，即自相关运算，由于报头序列中包含多个脉冲，称之为多脉冲匹配滤波，滑动窗的宽度为一个1090MHz扩展电文消息中报头的长度，对当前检测单元进行匹配滤波后，将匹配滤波结果保存在一个序列中，之后滑窗向后移动一个采样点，对下一个检测单元进行匹配滤波运算。在步骤(3)中，所述的将步骤(2)中本地报头信号低电平期间对应的1090ES视频信号的样本提取出来，然后求其均值，并计算出噪声强度的方法是：对滑动窗内本地报头信号低电平期间对应的接收的1090ES视频信号中的样本进行求均值运算，用以计算出接收信号的噪声强度。在步骤(4)中，所述的根据虚警概率，联合步骤(3)中得到的均值及噪声强度共同计算当前检测单元的瞬时CFAR门限的方法是：根据CFAR检测理论，瞬时CFAR检测门限将由确定的虚警概率和步骤(3)中计算出的接收信号的噪声强度所确定。在步骤(5)中，所述的利用步骤(2)中得到的多脉冲匹配滤波结果对步骤(4)中得到的瞬时CFAR门限进行过门限检测判决，由此确定出1090ES的报头的方法是：将步骤(2)中当前检测单元的多脉冲匹配滤波值和步骤(4)中得到的瞬时CFAR检测门限进行比较，如果匹配滤波值高于检测门限，则判定为报头，否则继续后移而对下一个检测单元进行判定。本专利技术提供的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法利用报头波形的自相关特征首先对报头进行多脉冲匹配滤波，之后利用当前检测单元临近的报头低电平期间的样本均值估计噪声强度，并根据确定的虚警概率联合构造瞬时CFAR门限，提出一种1090MHz扩展电文报头的恒虚警检测方法。仿真实验结果表明，该方法不受接收信号信噪比的影响，在保持较低虚警概率的前提下可以获得较高的检测概率。同时，由于瞬时CFAR门限的引入，使得CA-CFAR报头检测方法具有一定的抑制1090ES数据块中的伪报头误检的能力。附图说明图1为本专利技术提供的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法流程图。...

【技术保护点】
1.一种基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法，其特征在于，所述的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法包括按顺序进行的下列步骤：/n(1)利用L波段接收机对1090MHz扩展电文射频信号进行解调，得到采样后的1090ES视频信号的S1阶段；/n(2)将本地报头信号沿步骤(1)中得到的1090ES视频信号进行滑动求和，进行多脉冲匹配滤波，获得当前检测单元的多脉冲匹配滤波结果的S2阶段；/n(3)将步骤(2)中本地报头信号低电平期间对应的1090ES视频信号的样本提取出来，然后求其均值，并计算出噪声强度的S3阶段；/n(4)根据虚警概率，联合步骤(3)中得到的均值及噪声强度共同计算当前检测单元的瞬时CFAR门限的S4阶段；/n(5)利用步骤(2)中得到的多脉冲匹配滤波结果对步骤(4)中得到的瞬时CFAR门限进行过门限检测判决，由此确定出1090ES的报头的S5阶段。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法，其特征在于，所述的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法包括按顺序进行的下列步骤：
(1)利用L波段接收机对1090MHz扩展电文射频信号进行解调，得到采样后的1090ES视频信号的S1阶段；
(2)将本地报头信号沿步骤(1)中得到的1090ES视频信号进行滑动求和，进行多脉冲匹配滤波，获得当前检测单元的多脉冲匹配滤波结果的S2阶段；
(3)将步骤(2)中本地报头信号低电平期间对应的1090ES视频信号的样本提取出来，然后求其均值，并计算出噪声强度的S3阶段；
(4)根据虚警概率，联合步骤(3)中得到的均值及噪声强度共同计算当前检测单元的瞬时CFAR门限的S4阶段；
(5)利用步骤(2)中得到的多脉冲匹配滤波结果对步骤(4)中得到的瞬时CFAR门限进行过门限检测判决，由此确定出1090ES的报头的S5阶段。


2.根据权利要求1所述的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法，其特征在于：在步骤(1)中，所述的利用L波段接收机对1090MHz扩展电文射频信号进行解调，得到采样后的1090ES视频信号的方法是：采用L波段接收机对空间中下行的1090MHz扩展电文射频信号进行接收和解调，经A/D采样后得到1090MHz扩展电文的离散视频信号。


3.根据权利要求1所述的基于CA-CFAR的1090MHz扩展电文的报头检测方法，其特征在于：在步骤(2)中，所述的将本地报头信号沿步骤(1)中得到的1090ES视频信号进行滑动求和，进行多脉冲匹配滤波，获得当前检测单元的多脉冲匹配滤波结果的方法是：将本...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏志刚，刘通，郝敬堂，韩冰，
申请(专利权)人：中国民航大学，
类型：发明
国别省市：天津;12