CN107942297A - 一种a/c模式应答信号处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种A/C模式应答信号处理方法，其特征在于在低采样率下，根据A/C模式应答信号脉冲编码规则，设计了2MHz采样率连续4个采样点同时处理的方法，受接收信号脉冲相位和采样时间差异的影响，得到两种采样结果，将其采样结果量化后描述为0、1、0、0和 0、0.5、0.5、0；而后根据四个采样结果在分别检测F1、F2框架脉冲，以及应答信号脉冲是否存在，最后检测SPI脉冲是否存在。在这种信号处理方法中，每个信号脉冲直接获得一个采样值，避免了高采样率情况下每个脉冲采样很多次的情况，降低了处理复杂度。

Description

一种A/C模式应答信号处理方法
技术领域
本发明涉及航管二次雷达地面站或其他接收机载应答机A/C模式应答信号的设备研制过程中的脉冲信号处理领域，特别是以低采样率采样时的A/C模式应答信号处理方法。
背景技术
在航空管制应用领域中，对空中飞机的监视是通过地面二次空管雷达与机载应答机相互配合，实现监视和管制的，常见的询问应答模式包括A、C、S模式，其中A/C模式应答信号采用相同的脉冲相位编码方式，即PPM编码方式，由时长20.3微秒的15个脉冲位组成，包括12个信息脉冲、F1和F2框架脉冲和一个X预留脉冲，在A模式中会根据飞行员操作在F2秒冲后4.35微秒位置出现SPI脉冲，上述每个应答脉冲宽度均为0.45微秒，脉冲后有持续1微秒的低电平间隔，如图1所示。
在目前的流行的接收脉冲信号处理采样中，多采用20MHz或20MHz以上的采样速率，即在0.05微秒或更短的时间内采样一次，以20MHz采样率计算，每个脉冲持续0.45微秒，将获得9个高电平采样值，而后续1微秒的低电平，将获得20个低电平采样值，在信号处理过程中需要将这29个采样值进行检测判断，得到一个应答脉冲是否存在的结果。在这种符合奈奎斯特采样率情况下的采样，保证了信号处理的准确性，但信号处理的复杂性增加也是很明显的，一方面由于采样数据较多，增加检测判读的复杂度，另一方面对硬件电路及存储都提出了较高要求。
本发明给出一种低采样率情况下的A/C模式应答脉冲信号处理方法，在保证检测判断正确情况下，降低了信号处理的复杂度，便于实现和软件处理。
发明内容
本发明针对A/C模式应答脉冲的具体情况，提出一种2MHz采样率情况下的有效信号处理方法，每间隔0.5微秒进行一次采样，不同于通常采样计算模式，而是将4个相邻采样作为一组进行分析，因A/C模式设计的脉冲宽度0.45微秒，相对于0.5微秒的采样间隔，其信号幅度将集中在采样间隔90%的范围内，对A/C模式编码规则的一个脉冲位及其前后的低电平持续时间，设计获取连续4个0.5微秒的时间间隔为0-0.499、0.5-0.999、1.0-1.499、1.5-1.999微秒，受接收信号脉冲相位和采样时间差异的影响，则得到两种采样结果，分别如图2和图3所示，将其采样结果量化后描述为0、1、0、0和 0、0.5、0.5、0。
检测F1框架脉冲：获取4个0.5微秒间隔的信号幅度采样，分别记为 m0、m1、m2、m3，进行脉冲是否存在的检测，当判定脉冲不存在时，将接收数据向后移位0.5微秒，即移位一个采样值，重新赋值m0-m3并进行脉冲存在检测，直到满足脉冲存在检测时，判定其为F1脉冲，按（1）式计算F1脉冲的信号幅度均值F1S和噪声能幅度均值F1N：
F1S = m1 + m2 –(m0 + m3)/2
F1N = (m0 + m3)/2 （1）。
脉冲是否存在检测规则为：按时序输入的4个采样脉冲m0、m1、m2、m3，当出现 m0 >m1 或 m3 > m1 或 m0 > m2 或 m3 > m2时，判定无有效脉冲，否则认定为检测到有效脉冲。
检测F2框架脉冲： 从上述F1脉冲检测的m2采样开始，先后偏移20.3微秒应答信号，获取4个的信号采样值，并分别赋值为n0、n1、n2、n3，并进行上述脉冲是否存在检测，当无有效脉冲时，在判定的F1脉冲位向后移位后，并重新进行F1脉冲的检测计算；当检测到脉冲时，判定其为F2脉冲，则找到了一个有效的F1、F2框架脉冲的应答信息数据，按（2）式计算F2脉冲的信号幅度均值F2S、噪声幅度均值F2N及F1、F2框架脉冲包围的信号平均幅度AS及噪声平均幅度AN：
F2S = n1 + n2 – (n0 + n3) /2
F2N = (n0 + n3)/2
AS = (F1S + F2S )/ 2
AN = (F1N+F2N)/2 （2）
并按（3）式计算平均信号平均幅度：
A = AN + AS/2 （3）。
检测应答脉冲: 对F1脉冲和F2脉冲之间的应答信号脉冲，从F1脉冲检测的m2采样开始，至其后1.45微秒获取4个采样值赋给k0、k1、k2、k3，进行脉冲是否存在检测，当无有效脉冲时，对应的脉冲位编码为0，当判定为有效脉冲时，判断k1+k2幅度是否大于信号平均幅度A，当其幅度大于A时判定对应的脉冲位编码为1，否则为0，重复检测直至将12个应答信息脉冲处理完。
检测SPI脉冲：在F2脉冲检测的n2采样开始，至其后2.9微秒间隔后，获取4个采样值赋值给L0、L1、L2、L3，当四个值满足脉冲存在条件且脉冲采样幅度L1+L2大于信号平均幅度A时，判定SPI脉冲位为1，否则判定SPI脉冲位为0。
有益效果
通过本发明的2MHz采样速率下A/C应答脉冲信号处理方法，在降低采样速率的情况下，使得每个应答脉冲获得一个采样值，在保证信号处理准确的情况下，有效的降低了A/C模式应答信号处理软硬件的复杂度和计算量，仅为20MHz采样率时复杂度的10%，提高了软硬件设计和运行的效率。
附图说明
图1是A/C模式应答脉冲脉位图。
图2是相位相同时应答脉冲采样示意图。
图3是相位不同时应答脉冲采样示意图。
图4是A/C模式应答信号处理流程图。
具体实施方式
“一种A/C模式应答信号处理方法”发明专利，完整的处理周期按如下步骤实施：
第一步：接收信号，并按2MHz采样率进行采样。
第二步：获取联系4个采样值，进行脉冲是否存在检测，当检测到脉冲存在时，将其判定为F1脉冲，计算F1脉冲的信号幅度和噪声幅度，当检测到脉冲不存在时向后移动一个采样数据位重复检测，直到得到F1脉冲。
第三步：从F1脉冲检测的第3个采样开始，向后偏移20.3微秒，获取对应的4个采样值，进行脉冲是否存在检测，当检测到脉冲存在时，将其判断为F2脉冲，计算F2脉冲的信号幅度和噪声幅度，进入第四步处理，当检测到脉冲不存在时，从F1脉冲后移4个采样值，重复重复第二步。
第四步：根据F1脉冲和F2脉冲的信号幅度和噪声幅度采样值，计算12个信号脉冲的平均脉冲幅度A。
第五步：检测计算每个应答脉冲，从F1的m2采样值开始获取连续4个采样值，进行脉冲是否存在检测，当无有效脉冲时，对应的脉冲位编码为0，当判定为有效脉冲时，判断k1+k2幅度是否大于信号平均幅度A，当其幅度大于A时判定对应的脉冲位编码为1，否则为0，重复检测直至将12个应答信息脉冲处理完。
第六步：在F2脉冲第3个采样值开始，向后检测4.35微秒，获取对应4个采样值，当四个值满足脉冲存在条件，且中间两个脉冲采样值之和大于信号平均幅度A时，判定SPI脉冲位为1，否则判定SPI脉冲位为0。

Claims (3)

1.一种A/C模式应答信号处理方法，其特征在于：每间隔0.5微秒进行一次采样，将4个相邻采样作为一组进行分析，因A/C模式设计的脉冲宽度0.45微秒，相对于0.5微秒的采样间隔，其信号幅度将集中在采样间隔90%的范围内，对A/C模式编码规则的一个脉冲位及其前后的低电平持续时间，设计获取连续4个0.5微秒的时间间隔为0-0.499、0.5-0.999、1.0-1.499、1.5-1.999微秒，受接收信号脉冲相位和采样时间差异的影响，则得到两种采样结果，将其采样结果量化后描述为0、1、0、0和 0、0.5、0.5、0。
2.根据权利要求1所述，其特征在于检测F1、F2框架脉冲、检测应答信号脉冲、检测SPI脉冲，包括如下步骤：
1）检测F1框架脉冲：获取4个0.5微秒间隔的信号幅度采样，分别记为 m0、m1、m2、m3，进行脉冲是否存在的检测，当判定脉冲不存在时，将接收数据向后移位0.5微秒，即移位一个采样值，重新赋值m0-m3并进行脉冲存在检测，直到满足脉冲存在检测时，判定其为F1脉冲，按（1）式计算F1脉冲的信号幅度均值F1S和噪声能幅度均值F1N：
F1S = m1 + m2 – (m0 + m3) /2
F1N = （m0 + m3）/2 （1）
2）检测F2框架脉冲： 从上述F1脉冲检测的m2采样开始，先后偏移20.3微秒应答信号，获取4个的信号采样值，并分别赋值为n0、n1、n2、n3，并进行上述脉冲是否存在检测，当无有效脉冲时，在判定的F1脉冲位向后移位后，并重新进行F1脉冲的检测计算；当检测到脉冲时，判定其为F2脉冲，则找到了一个有效的F1、F2框架脉冲的应答信息数据，按（2）式计算F2脉冲的信号幅度均值F2S、噪声幅度均值F2N及F1、F2框架脉冲包围的信号平均幅度AS及噪声平均幅度AN：
F2S = n1 + n2 – (n0 + n3) /2
F2N = （n0 + n3）/2
AS = (F1S + F2S )/ 2
AN = (F1N+F2N)/2 （2）
并按（3）式计算平均信号平均幅度：
A = AN + AS/2 （3）
3）检测应答信号脉冲: 对F1脉冲和F2脉冲之间的应答信号脉冲，从F1脉冲检测的m2采样开始，至其后1.45微秒获取4个采样值赋给k0、k1、k2、k3，进行脉冲是否存在检测，当无有效脉冲时，对应的脉冲位编码为0，当判定为有效脉冲时，判断k1+k2幅度是否大于信号平均幅度A，当其幅度大于A时判定对应的脉冲位编码为1，否则为0，重复检测直至将12个应答信息脉冲处理完；
4）检测SPI脉冲：在F2脉冲检测的n2采样开始，至其后2.9微秒间隔后，获取4个采样值赋值给L0、L1、L2、L3，当四个值满足脉冲存在条件且脉冲采样幅度L1+L2大于信号平均幅度A时，判定SPI脉冲位为1，否则判定SPI脉冲位为0。
3.根据权利要求2所述，脉冲是否存在检测，其特征在于，所述检测规则为：按时序输入的4个采样脉冲m0、m1、m2、m3，当出现 m0 > m1或 m3 > m1 或 m0 > m2 或 m3 > m2时，判定无有效脉冲，否则认定为检测到有效脉冲。
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