CN104993908A - 提高s模式应答信号译码可靠性的方法 - Google Patents
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Abstract
提供一种提高S模式应答信号译码可靠性的方法，通过优化参考电平的计算方法、增加功率一致性认证等措施增加了对S模式应答信号前导脉冲的检测和校验的可靠性；通过与参考电平比较，统计0和1位置的多个采样值，并使用一套复杂算法对两个位置打分，来得到信息位的值和置信度，达到了提高S模式应答信号和断续震荡信号译码可靠性的目的。
Description
技术领域
本发明属航空通信技术领域，具体涉及一种提高S模式应答信号译码可靠性的方法，用于空中交通的地面管制中心(简称空管中心)或空中交通预警和防撞设备，涉及从视频量化信号中检测识别机载应答机S模式应答信号和断续震荡信号的方法。
背景技术
随着S模式应答机越来越广泛地应用于航空飞机上，地面空管中心和空中交通预警和防撞设备的正常工作，必须完成对S模式应答信号的正确译码，因此译码的可靠性也成为后续监视跟踪、防撞处理过程中的关键参数。S模式应答信号由应答同步脉冲串和应答数据块组成，如图1所示，接收系统需要通过识别前4个头部脉冲来确认S模式应答信号，S模式应答的头部脉冲(以下称为“报头”)时序关系如图1所示。数据块在4个报头脉冲之后，数据通过脉冲位置调制进行编码。每一个数据位的位置上，都是宽度为1us的“有脉冲及无脉冲”区间，或者称为“1”位和“0”位的两个0.5us区间，即用“一个脉冲后跟一个无脉冲”表示二进制数1；用“一个无脉冲后跟一个脉冲”表示二进制数0。目前公开的对S模式应答信号译码及置信度分析的方法有两种：
第一种是通过检测应答位的前0.5us区间内信号强度是否大于第二个0.5us区间内信号强度，若大于则判为二进制1，否则为0。判断译码的置信度则通过在信号较弱的0.5us区间内测量信号电平来决定：如果信号电平为低，表明没有干扰存在，译码置信度就为高。但当有尖峰脉冲干扰发生时(如图2所示)，有可能出现干扰信号电平强度超过有效信号电平强度的情况，导致该比特位的值解析错误，降低接收机的译码可靠性；
第二种译码方式则是选择应答信号的前导脉冲功率均值作为参考，将每个应答数据位上的脉冲与这个参考值进行相关比较(使用应答数据位的信号幅度和或单脉冲值)：若相关则是一种高置信度的判断，再根据对应脉冲在1.0us数据区间中的位置判定其代表的二进制值。当有突发连续干扰与报头脉冲重叠时(如图3所示)，会拉高参考功率值，导致数据位上的脉冲幅度与参考值相关性降低，影响置信度判断，严重时可能会导致解码失败，因此有必要提出改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种提高S模式应答信号译码可靠性的方法，通过优化参考电平的计算方法、增加功率一致性认证等措施增加了S模式应答信号前导脉冲的检测和校验的可靠性；通过与参考电平比较，统计0和1位置的多个采样值，并使用一套复杂算法对两个位置打分，来得到信息位的值和置信度，达到了提高S模式应答信号和断续震荡信号译码可靠性的目的。
本发明采用的技术方案：提高S模式应答信号译码可靠性的方法，包含下述步骤：
1)首先使基带视频信号的采样速率达到10MHz，采样量化值达到8比特，并已经完成脉冲检测、报头框架提取的预处理工作；
2)对前导脉冲检测和校验的算法、流程进行优化，即对参考功率值的计算方法进行优化，并利用该参考功率值对报头进行功率一致性认证和DF认证，只有全部通过才能进入后一数据处理流程，否则抛弃该报头；
3)通过对每个比特位的10次采样值进行打分来实现数据帧的比特值判定提取与置信度分析。
上述步骤2)中，参考功率计算方案不再是对前导脉冲功率的简单平均，而是对每个前导脉冲的多个采样点进行抽样，再对同一个前导脉冲的抽样值、相邻前导脉冲的抽样值进行比较，得到参考功率，抽样比较的思路是：
a：选取每个前导脉冲中的2个采样值，即4个前导脉冲共得8个抽样值，将同一脉冲中的较大采样值剔除，余4个抽样值；
b：再将相邻前导脉冲中余下的较小抽样值进行比较，即第一、二个脉冲余下的抽样值进行比较，第三、四个脉冲余下的抽样值进行比较，再次剔除较大值，余2个抽样值；
c：最后从余下的2个抽样值中选取较大的一个作为参考功率值；
所述功率一致性认证是通过检测4个报头脉冲的功率值与参考功率、数据帧DF标志位功率的关系，来确认脉冲报头的真实性，方法从三个方面进行：
(1)设定前导脉冲最小触发门限；
(2)比较4个前导脉冲电平与参考电平的差异；
(3)比较数据帧前5个比特，即DF标志位的电平与参考电平的差异；
所述DF认证则采用传统认证方法，将数据帧前5个比特，即DF标志位的判定结合到报头检测中，只有存在5个比特数据时才能认定该报头为一个真实可靠的报头。
上述步骤3)中，具体的实施方法是对应答数据块中每个比特内0和1位置的所有采样值进行分类计数，分类依据采样电平值与帧头参考功率间的关系来进行，当采样功率值在参考功率的+/-3dB范围内时认为该采样属于可信度高的类型A，打分时按照采样结果计算；否则属于受到严重干扰的类型B；打分时按照采样结果的相反值计算；0位置和1位置分别分类计数，当1的积分或0的积分差值大于3时，表明该比特的值较难准确判断，设定其置信度为低；对于比特值的判定，则是依据了0或1位置中有效采样出现的比例来判断的，即在0和1位置上哪个脉冲更具有主导性，当0中的脉冲较多时，比特值为0，否则为1。
本发明与现有技术相比通过优化改进S模式应答信号的参考功率算法、前导脉冲有效性校验以及比特值和置信度的分析方法，虽然增加了大量的工作量，但在CPU性能极大提高的情况下，仍能在确保译码实时性的前提下大幅度提高S模式应答信号的译码可靠性。
附图说明
图1为S模式应答信号格式示意图；
图2为尖峰脉冲干扰淹没数据位的情况示意图；
图3为连续干扰对均值参考功率的影响示意图；
图4为S模式译码整体方案框图。
具体实施方式
下面结合附图1-4描述本发明的一种实施例。
提高S模式应答信号译码可靠性的方法，包含下述步骤：
1)首先使基带视频信号的采样速率达到10MHz，采样量化值达到8比特，并已经完成脉冲检测、报头框架提取的预处理工作；
2)对前导脉冲检测算法、流程进行优化，即对参考功率值的计算方法进行优化，并利用该参考功率值对报头进行功率一致性认证和DF认证，只有全部通过才能进入后一数据处理流程，否则抛弃该报头；具体说，参考功率计算方案不再是对前导脉冲功率的简单平均，而是对每个前导脉冲的多个采样点进行抽样，再对同一个前导脉冲的抽样值、相邻前导脉冲的抽样值进行比较，得到参考功率，抽样比较的思路是：
a：选取每个前导脉冲中的2个采样值，即4个前导脉冲共得8个抽样值，将同一脉冲中的较大采样值剔除，余4个抽样值；
b：再将相邻前导脉冲中余下的较小抽样值进行比较，即第一、二个脉冲余下的抽样值进行比较，第三、四个脉冲余下的抽样值进行比较，再次剔除较大值，余2个抽样值；
c：最后从余下的2个抽样值中选取较大的一个作为参考功率值；
所述功率一致性认证是通过检测4个报头脉冲的功率值与参考功率、数据帧DF标志位功率的关系，来确认脉冲报头的真实性，方法主要从三个方面进行：
(1)设定前导脉冲最小触发门限；
(2)比较4个前导脉冲电平与参考电平的差异；
(3)比较数据帧前5个比特，即DF标志位的电平与参考电平的差异；
所述DF认证则采用传统认证方法，将数据帧前5个比特，即DF标志位的判定结合到报头检测中，只有存在5个比特数据时才能认定该报头为一个真实可靠的报头。
3)通过对每个比特位的10次采样值进行打分来实现数据帧的判定比特值提取与置信度分析。具体的实施方法是对应答数据块中每个比特内0和1位置的所有采样值进行分类计数，分类依据采样电平值与帧头参考功率间的关系来进行，当采样功率值在参考功率的+/-3dB范围内时认为该采样属于可信度高的类型A，打分时按照采样结果计算；否则属于受到严重干扰的类型B；打分时按照采样结果的相反值计算；0位置和1位置分别分类计数，当1的积分或0的积分差值大于3时，表明该比特的值较难准确判断，设定其置信度为低；对于比特值的判定，则是依据了0或1位置中有效采样出现的比例来判断的，即在0和1位置上哪个脉冲更具有主导性，当0中的脉冲较多时，比特值为0，否则为1。
本发明中的参考功率计算方法，可以通过计算中的a、b两步尽可能地将由连续或突发干扰造成的高电平报头采样值排除在参考功率的选取范围之外，使这些不能反应真实报头幅度的采样值不影响参考值计算的正确性。同时该参考功率值又可以尽可能地反应报头的平均功率值，有利于后续数据帧信号的处理。以图3中的情况为例，则参考功率的计算可以完全将受尖峰脉冲影响的采样值抛弃，最终得到接近有效脉冲功率的参考值。
功率一致性认证可以确保报头脉冲及DF标志位在功率上的一致性，降低由高频干扰信号造成的译码可靠性下降的概率。
由参考功率值计算、功率一致性认证和DF认证组成的前导脉冲有效性校验可以选取出趋小且尽可能反应报头功率均值的参考功率，降低干扰信号对译码可靠性的影响，提高接收机正确获取数据的能力，并能提高对无效帧的处理速度。
通过对多个采样值进行打分的方式判定比特值及其置信度则可以一部分尖峰脉冲的干扰抑制掉，只要干扰脉冲的干扰不能同时影响到单个比特位上的5个采样值，即可确保最终的判定不会出错。以本文图2所示的情况为例，则尖峰脉冲所在位置的采样值会被认定为受到严重干扰的B类，计算时会认定该处无脉冲，不会影响到最终的比特值判定。
本发明通过优化改进S模式应答信号的参考功率算法、前导脉冲有效性校验以及比特值和置信度的分析方法，虽然增加了大量的工作量，但在CPU性能极大提高的情况下，仍能在确保译码实时性的前提下大幅度提高S模式应答信号的译码可靠性。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。
Claims (3)
1.提高S模式应答信号译码可靠性的方法，其特征在于包含下述步骤：
1)首先使基带视频信号的采样速率达到10MHz，采样量化值达到8比特，并已经完成脉冲检测、报头框架提取的预处理工作；
2)对前导脉冲检测和校验的算法、流程进行优化，即对参考功率值的计算方法进行优化，并利用该参考功率值对报头进行功率一致性认证和DF认证，只有全部通过才能进入后一数据处理流程，否则抛弃该报头；
3)通过对每个比特位的10次采样值进行打分来实现数据帧的判定比特值提取与置信度分析。
2.根据权利要求1所述的提高S模式应答信号译码可靠性的方法，其特征在于：上述步骤2)中，参考功率计算方案不再是对前导脉冲功率的简单平均，而是对每个前导脉冲的多个采样点进行抽样，再对同一个前导脉冲的抽样值、相邻前导脉冲的抽样值进行比较，得到参考功率，抽样比较的思路是：
a：选取每个前导脉冲中的2个采样值，即4个前导脉冲共得8个抽样值，将同一脉冲中的较大采样值剔除，余4个抽样值；
b：再将相邻前导脉冲中余下的较小抽样值，即第一、二个脉冲余下的抽样值进行比较，第三、四个脉冲余下的抽样值进行比较，再次剔除较大值，余2个抽样值；
c：最后从余下的2个抽样值中选取较大的一个作为参考功率值；
所述功率一致性认证是通过检测4个报头脉冲的功率值与参考功率、数据帧DF标志位功率的关系，来确认脉冲报头的真实性，方法主要从三个方面进行：
(1)设定前导脉冲最小触发门限；
(2)比较4个前导脉冲电平与参考电平的差异；
(3)比较数据帧前5个比特，即DF标志位的电平与参考电平的差异；
所述DF认证则采用传统认证方法，将数据帧前5个比特，即DF标志位的判定结合到报头检测中，只有存在5个比特数据时才能认定该报头为一个真实可靠的报头。
3.根据权利要求1所述的提高S模式应答信号译码可靠性的方法，其特征在于：上述步骤3)中，具体的实施方法是对应答数据块中每个比特内0和1位置的所有采样值进行分类计数，分类依据采样电平值与帧头参考功率间的关系来进行，当采样功率值在参考功率的+/-3dB范围内时认为该采样属于可信度高的类型A，打分时按照采样结果计算；否则属于受到严重干扰的类型B；打分时按照采样结果的相反值计算；0位置和1位置分别分类计数，当1的积分或0的积分差值大于3时，表明该比特的值较难准确判断，设定其置信度为低；对于比特值的判定，则是依据了0或1位置中有效采样出现的比例来判断的，即在0和1位置上哪个脉冲更具有主导性，当0中的脉冲较多时，比特值为0，否则为1。
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