一种星基ADS-B交叠信号的到达时间估计方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种星基ADS

【技术实现步骤摘要】
一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法及系统


[0001]本专利技术涉及星基通信
，具体涉及一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法及系统。

技术介绍

[0002]广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance
‑
Broadcast，ADS
‑
B)系统和多点定位(Multilateration，MLAT)系统是空中交通管理的主要新技术，可以实时准确地对空间交通情况进行全天候监视。
[0003]MLAT技术基于到达时间差原理，利用飞机与地面设备的应答信息，计算信号到达各地面站的时间差来实现定位，可以兼容ADS
‑
B技术。将MLAT技术和ADS
‑
B技术进行融合，可以节省成本、扩大监视范围。文献[1]提出一种融合ADS
‑
B系统和MLAT系统的定位方案，该方案一方面解调ADS
‑
B信号中的TOA信息，另一方面利用MLAT系统的各接收站接收ADS
‑
B信号得到时间差(Time Difference of Arrival，TDOA)，两种信息相互参考对比，实现飞机定位。文献[2]提出多个基于ADS
‑
B制式的地面接收机经过数据融合组成多点定位系统，其中需要准确的TOA数据进行目标定位。所以，基于ADS
‑
B的MLAT技术需要利用ADS
‑
B信号的到达时间(Time of Arrival，TOA)。
[0004]陆基ADS
‑
B系统的监视区域受地域限制，难以对海洋和极地等地区进行监视，而星基ADS
‑
B系统能覆盖大面积的空域、海洋和极地，能满足全球化、全面无缝监视覆盖的要求。ADS
‑
B系统的飞机采用全向广播的方式自动向地面监视设备和相邻飞机广播自身信息，利用低轨道卫星接收并处理这些信息，然后将这些信息传递给地面基站。低轨卫星的覆盖区域内存在大量的飞机，当接收机同时接收多个信号时，存在信号交叠的问题。信号交叠可能丢失重要信息，如到达时间和位置信息等。因此，解决星基ADS
‑
B信号交叠问题、准确估计分离的ADS
‑
B信号的TOA信息，对实现多点定位非常重要。
[0005]现有技术中采用快速独立成分分析(Fast Independent Component Analysis,FastICA)算法来解决星基ADS
‑
B系统的信号交叠问题，利用FastICA方法分解混叠信号时，对信号之间的相对时延不敏感，不会有意丢掉有用信号，即可实现盲源分离。但是FastICA算法具有不确定性，即分离出来的信号与原信号相比，信号的顺序、波形幅度大小、能量大小不完全相同，影响ADS
‑
B信号的到达时间(Time of Arrival，TOA)测量。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：传统的星基ADS
‑
B系统的信号交叠分析方法分离出的信号与原信号相比，信号的顺序、波形幅度大小、能量大小不完全相同，影响ADS
‑
B信号的到达时间的测量；本专利技术目的在于提供一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法及系统，在现有的分析方法上进行改进，基于分解出的两路ADS
‑
B信号序列叠加出多个混叠信号，并通过互相关系数信号处理方法将混叠信号与原来的混叠ADS
‑
B信号进行互相关系数计算，以准确估计出ADS
‑
B信号的到达时间。
[0007]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0008]本方案提供一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，包括：
[0009]S1：基于均匀阵列天线接收两路混叠ADS
‑
B信号；
[0010]S2：先对混叠ADS
‑
B信号进行预处理，再基于快速独立成分分析法从预处理后的混叠ADS
‑
B信号中提取出ADS
‑
B分解信号；
[0011]S3：对ADS
‑
B分解信号进行帧头检测和数据位解析后得到两路ADS
‑
B信号序列；
[0012]S4：基于两路ADS
‑
B信号序列叠加出多个混叠信号；
[0013]S5：计算各混叠信号与混叠ADS
‑
B信号的互相关系数，找出互相关系数最大的混叠信号；
[0014]S6：以互相关系数最大值的混叠信号的前后顺序关系作为混叠ADS
‑
B信号的前后顺序关系，以互相关系数最大值的混叠信号的相对时计算混叠ADS
‑
B信号的到达时间。
[0015]本方案工作原理：本方案提供的星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，通过均匀阵列天线接收信号，基于FastICA算法分解得到两路ADS
‑
B信号；由于FastICA算法分解信号存在不确定性，因此还设计每种时延对应两种混叠信号，即任一路信号都可能超前于另一路信号；通过互相关系数信号处理方法将设计的混叠信号与原来的混叠信号进行互相关系数计算；比较两个互相关系数，找到较大值，其对应着混叠信号中的各个信号正确的前后顺序，最大互相关系数对应的时延时间为两路信号的相对时延；基于得到的混叠信号的相对时延和分离前后顺序，有效地分离信号，得到的信号误码率较低，准确估计出ADS
‑
B信号的到达时间(TOA)。
[0016]进一步优化方案为，所述预处理包括：先对ADS
‑
B信号进行数模转换下采样得到基带信号，再令基带信号通过低通滤波器滤波处理后进行中心化处理和白化处理。
[0017]进一步优化方案为，中心化处理输出的信号为：其中x表示原始信号，E(*)表示均值；
[0018]白化是指利用线性变换的方法将多维信号处理为白色信号，通常是通过矩阵变换完成的，白化处理输出的信号为：z＝Vx，其中x表示原始信号，白化矩阵为V，且满足E(zz
T
)＝I；I表示单位矩阵。
[0019]进一步优化方案为，S2包括以下子步骤：
[0020]S21：以J(y
k
)＝{E[G(y
k
)]‑
E[G(z)]}2为代价函数，依据负熵最大的准则，不断迭代优化寻找混合矩阵w
k
使得负熵J(y
k
)取得最大值，k表示第k次迭代；其中，z表示预处理后的预处理后的ADS
‑
B信号，x表示原始信号；G(*)表示非二次的非线性函数；
[0021]负熵J(y
k
)的最大值通过优化E{G(w
T<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，其特征在于，包括：S1：基于均匀阵列天线接收两路混叠ADS
‑
B信号；S2：先对混叠ADS
‑
B信号进行预处理，再基于快速独立成分分析法从预处理后的混叠ADS
‑
B信号中提取出ADS
‑
B分解信号；S3：对ADS
‑
B分解信号进行帧头检测和数据位解析后得到两路ADS
‑
B信号序列；S4：基于两路ADS
‑
B信号序列叠加出多个混叠信号；S5：计算各混叠信号与混叠ADS
‑
B信号的互相关系数，找出互相关系数最大的混叠信号；S6：以互相关系数最大值的混叠信号的前后顺序关系作为混叠ADS
‑
B信号的前后顺序关系，以互相关系数最大值的混叠信号的相对时间计算混叠ADS
‑
B信号的到达时间。2.根据权利要求1所述的一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，其特征在于，所述预处理包括：先对ADS
‑
B信号进行数模转换下采样得到基带信号，再令基带信号通过低通滤波器滤波处理后进行中心化处理和白化处理。3.根据权利要求2所述的一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，其特征在于，中心化处理输出的信号为：其中x表示原始信号，E(*)表示均值；白化处理输出的信号为：z＝Vx，其中x表示原始信号，白化矩阵为V，且满足E(zz
T
)＝I；I表示单位矩阵。4.根据权利要求2所述的一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，其特征在于，S2包括以下子步骤：S21：以J(y
k
)＝{E[G(y
k
)]
‑
E[G(z)]}2为代价函数，依据负熵最大的准则，不断迭代优化寻找混合矩阵w
k
使得负熵J(y
k
)取得最大值，k表示第k次迭代；其中，z表示预处理后的ADS
‑
B信号，x表示原始信号；G(*)表示非二次的非线性函数；负熵J(y
k
)的最大值通过优化E{G(w
T
x)}获取：根据Kuhn
‑
Tucker准则，通过求导求解E{G(w
T
x)}的最优解得到：E{xg(w
T
x)}
‑
βw＝0式中，β为常量，w0是优化后的w值；g(*)表示非二次的非线性函数G(*)的导数。5.根据权利要求4所述的一种星基ADS
‑
B交叠信号的到达时间估计方法，其特征在于，混合矩阵的迭代公式根据牛顿迭代法求解得到：其中g
′
(*)表示非二次非线性函数的导数，w
k+1
表示第k+1次迭代的混合矩阵；w
k
表示...

【专利技术属性】
技术研发人员：苟鑫，赵峙岳，李捷，魏新，李洪鑫，余帅，
申请(专利权)人：四川九洲电器集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：