CN103647688A - 基于ads-b的分析检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及空管监测技术领域，公开了一种基于ADS-B的分析检测系统。其包括：控制模块、信息检测模块以及信号发射模块；其中，控制模块，用于设置检测参数并对信息检测模块发出检测指令；信息检测模块，主要用于接收待测ADS-B接收设备输出的CAT21网络数据进行解析后，与原设置的检测参数进行对比分析，将得出的测试结果数据发送给所述控制模块进行显示；信号发射模块，用于将所述信息检测模块发送的检测信号调制成PPM射频信号再发射给待测ADS-B接收设备。本发明弥补了当前通用检测仪器对ADS-B接收设备处理能力检测的不足，通过灵活设置检测参数，可适用于各不同厂商生产的ADS-B接收设备的常规检测，具有检测灵活、适应性强、检测结果准确等优点。
Description
技术领域
本发明涉及空管监测技术领域，具体涉及一种基于ADS-B的分析检测系统。
背景技术
ADS-B（广播式自动相关监视）技术在空管监视领域的应用越来越广泛，已经成为空管监视领域的重要手段之一。实现ADS-B监视功能的产品也愈趋成熟和多样，对ADS-B系统产品的性能检测的要求也愈加严格。ADS-B IN系统主要由ADS-B接收设备和显示终端组成。
中国航空在发展新航行系统和改进空中交通监视技术方面开展了建设性的活动，取得了一些成果，但总体上没有突破ADS的技术框架。当今ADS-B技术发展已经进入实用阶段，而我国仍在ADS的概念阶段徘徊不前。
目前用于ADS-B IN系统检测的通用仪器主要包括：TTG-3000、XN-2800A等。该类仪器均是通过模拟相关ADS-B报文信号，对ADS-B IN系统的功能及其性能进行检测。其主要检测方式是：仪器模拟一定数量的目标（最大32个动态目标、400个静态目标）信号发送至ADS-B接收设备，然后通过观察显示终端的显示内容来检测ADS-B接收设备的功能和性能。
但是，采用现有的TTG-3000、XN-2800A等通用检测仪器是通过观察ADS-B显示终端的方式，只能实现对接收设备的功能和性能的检测；不能对ADS-B接收设备的系统容量、信息纠错能力、信息处理能力等进行真实检测，检测效果不够理想。而各厂商的自检测方法是针对自身产品的特性进行设计的，不具备通用性，给企业造成了极大的不便。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足，本发明提供了一种基于ADS-B的分析检测系统，以解决原有的通用检测器检测效果不佳以及通用性不强的技术问题。
具体来说，本发明所提供的一种基于ADS-B的分析检测系统，所述系统与ADS-B接收设备相耦接，包括：控制模块、信息检测模块以及信号发射模块，其中，
所述控制模块，与所述信息检测模块相耦接，用于设置检测参数并对所述信息检测模块发出检测指令，以及接收所述信息检测模块返回的测试结果数据并显示；
所述信息检测模块，分别与所述控制模块、信号发射模块以及待测ADS-B接收设备相耦接，用于接收所述控制模块发送的检测指令并进行编码再发送给所述信号发射模块，以及接收所述待测ADS-B接收设备输出的CAT21网络数据进行解析后，与原设置的检测参数进行对比分析，将分析后得出的测试结果数据发送给所述控制模块进行显示；
所述信号发射模块，分别与所述信息检测模块和待测ADS-B接收设备相耦接，用于将所述信息检测模块发送的检测信号调制成PPM射频信号再发射给所述待测ADS-B接收设备。
优选地，所述信息检测模块采用数字信号处理芯片加现场可编程逻辑门阵列芯片的组合架构，或者采用数字信号处理芯片加复杂可编程逻辑器件的组合架构。
优选地，所述信息检测模块包括：通信子单元、目标容量处理能力子单元、报文接收能力分析子单元、信息纠错能力分析子单元以及目标信息处理子单元；其中，
所述通信子单元，用于与所述控制模块和信号发射模块间的信号传输；
所述目标容量处理能力子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量；
所述报文接收能力分析子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够接收报文数据包的最大数量；
所述信息纠错能力分析子单元，用于检测待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力；
所述目标信息处理子单元，用于检测待测ADS-B接收设备处理目标数据的能力。
优选地，所述目标容量处理能力子单元检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量的过程为：
步骤一、接收控制模块的指令，设置目标数量变化值，生成初始目标数量值的ADS-B位置信息后，再发送给所述待测ADS-B接收设备；
步骤二、接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息并进行解析，判断目标数量与CAT21数据表征的目标数量与发送的目标数量之间的数量大小并调整目标数量；
步骤三、重复上述步骤二，当发送的目标数量值达到某一数值时，增加目标数量值后，若接收到的CAT21数据所表征的目标数量刚好略小于发送的目标数量值，此时，表明已接近ADS-B接收设备目标处理能力的阈值，处理流程进入微调阶段，即依次将目标数量变化值减少，再次进行比对；
步骤四、重复上述步骤三，直到目标数量变化值为0，此时的发送目标数量值即为该ADS-B接收设备目标处理能力的上限值，保存分析结果，按协议将分析结果上报至控制模块；
步骤五、流程结束，重新等待控制模块指令。
优选地，所述信息纠错能力分析子单元检测所述待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力的过程为：
步骤一、模拟真实目标信息，接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息，等待ADS-B接收设备建立该目标的点迹；
步骤二、分别检测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息各个字段的纠错能力；
步骤三、检测1位错误纠错能力，分别在各个字段中插入1位错误位，判断是否有CAT21信息输出，检查ADS-B接收设备对该字段的1位纠错能力，遍历该字段的各位，最终得到ADS-B接收设备对各个字段的一位纠错能力；
步骤四、检测多位错误纠错能力，若该ADS-B接收设备拥有1位纠错能力，可进入此流程，按照上述步骤三，分别在五个字段中设置2位错误位，得到ADS-B接收设备纠错能力结果，将这2位错误位分别设置于不同字段，并改变错误位位置进行遍历，检测ADS-B接收设备的纠错能力，最终得到ADS-B接收设备对各个字段的多位错误的纠错能力，以此类推，可检测多位错误纠错能力，直到达到该ADS-B接收设备的纠错能力上限，完成信息纠错能力的检测分析，上报分析结果至所述控制模块；
步骤五、流程结束，等待控制模块指令。
优选地，判断目标数量与CAT21数据表征的目标数量与发送的目标数量之间的数量大小的过程为：
接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息并进行解析后，若CAT21数据表征的目标数量等于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力达到上限或者还未达到上限值，按参数设置的目标数量变化值，增加相应目标数量的信息；若CAT21数据表征的目标数量刚好小于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力已饱和，按参数设置的目标数量变化值，减少相应目标数量的信息，再进行比对。
优选地，检查ADS-B接收设备对该字段的1位或多位纠错能力的过程为：
分别在各个字段中插入1位或多位错误位，若有CAT21信息输出，且信息正确，表明ADS-B接收设备对该字段的此位有纠错能力，改变错误位在该字段的位置，继续检测；
若有CAT21信息输出，但信息错误，表明该ADS-B接收设备对该字段的此位有纠错能力，但纠错错误，继续改变错误位在该字段的位置，继续检测；
若无CAT21信息输出，表明该ADS-B接收设备对该字段的此位无纠错能力，改变错误位在该字段的位置，继续检测。
与现有技术相比，本发明所提供的基于ADS-B的分析检测系统，弥补了当前通用检测仪器对ADS-B接收设备处理能力检测的不足。通过灵活设置检测参数，可适用于各不同厂商生产的ADS-B接收设备的常规检测。可对ADS-B接收设备的处理能力、工作性能等进行分析检测。具体内容主要包括目标容量处理能力、信息纠错能力、目标信息处理能力和报文接收能力等。经过对数家不同厂商生产的ADS-B接收设备的测试验证，本发明具有检测灵活、适应性强、检测结果准确等优点。
附图说明
图1为本发明实施例所述的基于ADS-B的分析检测系统的组成原理结构框图；
图2为图1中的信息分析检测模块的具体结构框图；
图3是本发明实施例所述的信息分析检测模块的目标容量处理能力分析子单元的处理流程示意图；
图4是本发明实施例所述的信息分析检测模块的信息纠错能力分析子单元的处理流程示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个部件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分部件的方式，而是以部件在功能上的差异来作为区分的准则。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
如图1所示，图1为本发明所述的一种基于ADS-B的分析检测系统的组成原理结构框图，该系统与待测ADS-B接收设备相耦接，用来检测所述ADS-B接收设备的信息处理能力，该系统包括：控制模块、信息检测模块以及信号发射模块。该系统通过模拟ADS-B目标信息，同时接收ADS-B接收设备输出的对应CAT21数据；将CAT21数据与模拟的ADS-B信息进行对比分析，最终得到检测结果。
所述控制模块，与所述信息检测模块相耦接，设置各种不同型号的ADS-B接收设备所需的模拟参数并控制信息检测模块中需要检测的项目，如对目标容量处理能力的分析、对目标纠错能力的分析等，并对所述信息检测模块发出检测的指令，以及接收所述信息检测模块返回的测试结果数据并显示。
所述信息检测模块，分别与所述控制模块、信号发射模块以及待测ADS-B接收设备相耦接，用于接收所述控制模块发送的检测指令，自动生成检测信号，并对该信号进行编码后发送给所述信号发射模块，以及接收所述待测ADS-B接收设备输出的CAT21网络数据，进行解析后，与原设置的检测参数进行对比分析，将分析得出的测试结果数据发送给所述控制模块，控制显示该结果数据。
具体来说，所述信息检测模块采用数字信号处理芯片（DSP）加现场可编程逻辑门阵列（FPGA）芯片的组合架构，或者采用数字信号处理芯片（DSP）加复杂可编程逻辑器件（CPLD）的组合架构。DSP是处理器，它的作用是高速执行串行算法，FPGA和CPLD是一块逻辑门电路阵列，通过改变其内部的逻辑单元的链接，实现各种各样的组合数字电路。由于FPGA芯片在大数据量的底层算法处理上的优势及DSP芯片在复杂算法处理上的优势，采用DSP+FPGA的实时信号处理系统的应用越来越广泛。
所述信号发射模块，分别与所述信息检测模块和待测ADS-B接收设备相耦接，用于将所述信息检测模块发送的检测信号调制成1090MHz的PPM（脉冲位置调制）射频信号再发射给所述待测ADS-B接收设备。目前，ADS-B技术可选的数据链技术有三种：Mode S1090ES、UAT、VDL MODE4。1090ES的下行频率是1090MHz，码速率为1Mb/s，信道采用随机访问的方式，信息格式是简单的脉冲位置编码，消息格式简单，是目前被各个国家、地区和组织所接收的通用标准。
参照图2，所述信息检测模块包括有通信子单元、目标容量处理能力子单元、报文接收能力分析子单元、信息纠错能力分析子单元以及目标信息处理子单元。其中，所述通信子单元，用于与所述控制模块和信号发射模块之间的信号和数据的传输，将接收所述控制模块的检测指令，转化成检测指令再传输给所述信号发送模块，以及将所述信息检测模块测试后的结果数据传输给所述控制模块进行显示。所述目标容量处理能力子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量；所述报文接收能力分析子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够接收报文数据包的最大数量；所述信息纠错能力分析子单元，用于检测待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力；所述目标信息处理子单元，用于检测待测ADS-B接收设备处理目标数据的能力。
请参照图3，图3为本发明实施例的信息检测模块的目标容量处理能力子单元检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量的处理流程图，首先对控制模块中的相关参数进行设定，然后开始以下步骤：
步骤一、目标容量处理能力分析子单元通过通信子单元在接收控制模块的指令后，生成初始目标数量值的ADS-B位置信息，以1秒每次的速率通过信号发射模块发送给所述待测ADS-B接收设备；
步骤二、目标容量处理能力分析子单元将接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息并进行解析、解码，判断目标数量:若CAT21数据表征的目标数量等于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力刚达到上限或者还未达到上限值，按之前参数设置的目标数量变化值a，适当增加相应目标数量的信息；若CAT21数据表征的目标数量小于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力已饱和，按参数设置的目标数量变化值a，减少相应目标数量的信息，图表中的“Y”表示肯定，“N”表示否定；
步骤三、重复上述步骤二，当发送的目标数量值达到某一数值N时，增加目标数量值后，若接收到的CAT21数据所表征的目标数量刚好小于发送的目标数量，此时，表明已接近ADS-B接收设备目标处理能力的阈值，处理流程将进入微调阶段；依次将目标数量变化值a减少，如减少为原来的1/2，再次进行比对；
步骤四、重复上述步骤三，直到目标数量变化值a的值为0，此时的发送目标数量值即为该ADS-B接收设备目标处理能力的上限值，分析结果，按协议将测试结果数据上报至控制模块；
步骤五、流程结束，重新等待控制模块指令。
需要说明的是，所述报文接收能力子单元检测待测ADS-B接收设备所能够接收报文数据包的最大数量同上述目标容量处理能力子单元处理步骤和分析过程相同，在此不做详述。
请参照图4，图4为本发明实施例中的信息纠错能力分析子单元检测待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力的处理流程图，首先还是在控制模块中设置参数，在控制模块发出指令后，按照下述步骤进行检测：
步骤一、由信息纠错能力分析子单元模拟真实目标信息，根据算法生成含错误位的ADS-B编码信号，再接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息，等待ADS-B接收设备建立该目标的点迹。
步骤二、分别检测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息（包括目标位置信息、速度信息、目标种类及字符信息）的纠错能力。ADS-B信息可分为5个字段：DF字段、CA字段、AA字段、ME字段和PI字段，分别在各字段中插入错误位，发送检测信息。
步骤三、检测1位错误纠错能力：在DF段插入1位错误位，判断是否有CAT21信息输出。若有CAT21信息输出，且信息正确，表明ADS-B接收设备对DF字段的此位有纠错能力，改变错误位在DF字段的位置，继续检测；若有CAT21信息输出，但信息错误，表明该ADS-B接收设备对DF字段的此位有纠错能力，但纠错错误，改变错误位在DF字段的位置，继续检测；若无CAT21信息输出，表明该ADS-B接收设备对DF字段的此位无纠错能力，改变错误位在DF字段的位置，继续检测。遍历DF字段的各位，最终得到ADS-B接收设备对DF字段的纠错能力；按步骤3，分别检测CA字段、AA字段、ME字段和PI字段的1位纠错能力，最终得到ADS-B接收设备的1位错误的纠错能力，图表中的“Y”表示肯定，“N”表示否定。
步骤四、检测2位错误纠错能力：若该ADS-B接收设备拥有1位纠错能力，可进入此流程，按步骤三，分别在DF字段、CA字段、AA字段、ME字段和PI字段设置2位错误位，得到ADS-B接收设备纠错能力结果。将这2位错误位分别设置于不同字段，并改变错误位位置进行遍历，检测ADS-B接收设备的纠错能力，最终得到ADS-B接收设备对2位错误的纠错能力。
步骤五、同理，按步骤四，可若该ADS-B接收设备拥有2位纠错能力，可以进入3位的错误纠错能力步骤，以此类推，可依次检测该ADS-B接收设备多位错误纠错能力，直到达到该ADS-B接收设备的纠错能力上限，完成信息纠错能力的检测分析，上报分析结果，通过通信子单元，该测试结果数据将在控制模块上进行显示。
步骤六、流程结束，重新等待控制模块的指令。
与现有技术相比，本发明所设计的基于ADS-B的分析检测系统，弥补了当前通用检测仪器对ADS-B接收设备处理能力检测的不足。通过灵活设置检测参数，可适用于各不同厂商生产的ADS-B接收设备的常规检测。可对ADS-B接收设备的处理能力、工作性能等进行分析检测。具体内容主要包括目标容量处理能力、信息纠错能力、目标信息处理能力和报文接收能力等。经过对数家不同厂商生产的ADS-B接收设备的测试验证，本发明技术具有检测灵活、适应性强、检测结果准确等优点。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于ADS-B的分析检测系统，所述系统与ADS-B接收设备相耦接，其特征在于，所述系统包括：控制模块、信息检测模块以及信号发射模块，其中，
所述控制模块，与所述信息检测模块相耦接，用于设置检测参数并对所述信息检测模块发出检测指令，以及接收所述信息检测模块返回的测试结果数据并显示；
所述信息检测模块，分别与所述控制模块、信号发射模块以及待测ADS-B接收设备相耦接，用于接收所述控制模块发送的检测指令并进行编码再发送给所述信号发射模块，以及接收所述待测ADS-B接收设备输出的CAT21网络数据进行解析后，与原设置的检测参数进行对比分析，将分析后得出的测试结果数据发送给所述控制模块进行显示；
所述信号发射模块，分别与所述信息检测模块和待测ADS-B接收设备相耦接，用于将所述信息检测模块发送的检测信号调制成PPM射频信号再发射给所述待测ADS-B接收设备。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息检测模块采用数字信号处理芯片加现场可编程逻辑门阵列芯片的组合架构，或者采用数字信号处理芯片加复杂可编程逻辑器件的组合架构。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述信息检测模块包括：通信子单元、目标容量处理能力子单元、报文接收能力分析子单元、信息纠错能力分析子单元以及目标信息处理子单元；其中，
所述通信子单元，用于与所述控制模块和信号发射模块间的信号传输；
所述目标容量处理能力子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量；
所述报文接收能力分析子单元，用于检测所述待测ADS-B接收设备所能够接收报文数据包的最大数量；
所述信息纠错能力分析子单元，用于检测待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力；
所述目标信息处理子单元，用于检测待测ADS-B接收设备处理目标数据的能力。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述目标容量处理能力子单元检测所述待测ADS-B接收设备所能够处理信息的最大数量的过程为：
步骤一、接收控制模块的指令，设置目标数量变化值，生成初始目标数量值的ADS-B位置信息后，再发送给所述待测ADS-B接收设备；
步骤二、接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息并进行解析，判断目标数量与CAT21数据表征的目标数量与发送的目标数量之间的数量大小并调整目标数量；
步骤三、重复上述步骤二，当发送的目标数量值达到某一数值时，增加目标数量值后，若接收到的CAT21数据所表征的目标数量刚好略小于发送的目标数量值，此时，表明已接近ADS-B接收设备目标处理能力的阈值，处理流程进入微调阶段，即依次将目标数量变化值减少，再次进行比对；
步骤四、重复上述步骤三，直到目标数量变化值为0，此时的发送目标数量值即为该ADS-B接收设备目标处理能力的上限值，保存分析结果，按协议将分析结果上报至控制模块；
步骤五、流程结束，重新等待控制模块指令。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述信息纠错能力分析子单元检测所述待测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息的最大纠错能力的过程为：
步骤一、模拟真实目标信息，接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息，等待ADS-B接收设备建立该目标的点迹；
步骤二、分别检测ADS-B接收设备对各类ADS-B信息各个字段的纠错能力；
步骤三、检测1位错误纠错能力，分别在各个字段中插入1位错误位，判断是否有CAT21信息输出，检查ADS-B接收设备对该字段的1位纠错能力，遍历该字段的各位，最终得到ADS-B接收设备对各个字段的一位纠错能力；
步骤四、检测多位错误纠错能力，若该ADS-B接收设备拥有1位纠错能力，可进入此流程，按照上述步骤三，分别在五个字段中设置2位错误位，得到ADS-B接收设备纠错能力结果，将这2位错误位分别设置于不同字段，并改变错误位位置进行遍历，检测ADS-B接收设备的纠错能力，最终得到ADS-B接收设备对各个字段的多位错误的纠错能力，以此类推，可检测多位错误纠错能力，直到达到该ADS-B接收设备的纠错能力上限，完成信息纠错能力的检测分析，上报分析结果至所述控制模块；
步骤五、流程结束，等待控制模块指令。
6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，判断目标数量与CAT21数据表征的目标数量与发送的目标数量之间的数量大小的过程为：
接收ADS-B接收设备输出的CAT21信息并进行解析后，若CAT21数据表征的目标数量等于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力达到上限或者还未达到上限值，按参数设置的目标数量变化值，增加相应目标数量的信息；若CAT21数据表征的目标数量刚好小于发送的目标数量，表明ADS-B接收设备的目标处理能力已饱和，按参数设置的目标数量变化值，减少相应目标数量的信息，再进行比对。
7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，检查ADS-B接收设备对该字段的1位或多位纠错能力的过程为：
分别在各个字段中插入1位或多位错误位，若有CAT21信息输出，且信息正确，表明ADS-B接收设备对该字段的此位有纠错能力，改变错误位在该字段的位置，继续检测；
若有CAT21信息输出，但信息错误，表明该ADS-B接收设备对该字段的此位有纠错能力，但纠错错误，继续改变错误位在该字段的位置，继续检测；
若无CAT21信息输出，表明该ADS-B接收设备对该字段的此位无纠错能力，改变错误位在该字段的位置，继续检测。
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
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