CN107942297B - 一种a/c模式应答信号处理方法 - Google Patents

一种a/c模式应答信号处理方法 Download PDF

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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，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进行采样，保证了信号处理的准确性，但也明显增加了信号处理的复杂性，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，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为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个连续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并进行脉冲是否存在的检测，直到满足脉冲存在条件时，判定其为F1脉冲，按(1)式计算F1脉冲的信号幅度均值F1S和噪声幅度均值F1N：
F1S＝m1+m2–(m0+m3)/2
F1N＝(m0+m3)/2 (1)。
F1脉冲、F2脉冲、F1脉冲和F2脉冲之间的12个脉冲、SPI脉冲是否存在的检测规则为：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，判定为不存在有效脉冲，否则认定为检测到存在有效脉冲。
检测F2框架脉冲：从上述F1脉冲检测的m2采样开始，向后偏移20.3微秒，获取4个信号采样值，并分别赋值为n0、n1、n2、n3，进行上述脉冲是否存在的检测，当不存在有效脉冲时，在判定的F1脉冲位向后移位后，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，则找到了有效的F1、F2框架脉冲，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12个应答信号脉冲，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，进行脉冲是否存在的检测，当不存在有效脉冲时，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个应答信号脉冲处理完。
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，有效地降低了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
本发明一种A/C模式应答信号处理方法，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：获取连续4个采样值，进行脉冲是否存在的检测，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，进行脉冲是否存在的检测，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个信号脉冲的信号平均幅度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，进行脉冲是否存在的检测，当不存在有效脉冲时，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 (2)

1.一种A/C模式应答信号处理方法，检测A/C脉冲规则中F1、F2框架脉冲、应答信号脉冲、SPI脉冲，其特征在于：
1)检测F1框架脉冲：获取连续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F1框架脉冲是否存在的检测，直到满足脉冲存在条件时，判定其为F1框架脉冲，按(1)式计算F1框架脉冲的信号幅度均值F1S和噪声幅度均值F1N：
F1S＝m1+m2–(m0+m3)/2
F1N＝(m0+m3)/2 (1)
2)检测F2框架脉冲：从上述F1框架脉冲检测的m2采样开始，向后偏移20.3微秒，获取4个信号采样值，并分别赋值为n0、n1、n2、n3，进行上述F2框架脉冲是否存在的检测，当不存在有效脉冲时，将判定的F1框架脉冲位向后移位后，重新进行F1框架脉冲的检测计算；当检测到F1框架脉冲时，判定其为F2框架脉冲，则找到了有效的F1、F2框架脉冲，按(2)式计算F2框架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)式计算信号等效幅度：
A＝AN+AS/2 (3)
3)检测应答信号脉冲：对F1框架脉冲和F2框架脉冲之间的12个应答信号脉冲，从F1框架脉冲检测的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，进行应答信号脉冲是否存在的检测，当不存在有效应答信息脉冲时，对应的应答信号脉冲位编码为0，当判定为有效应答信号脉冲时，判断k1+k2幅度是否大于信号等效幅度A，当其幅度大于A时判定对应的应答信号脉冲位编码为1，否则为0，重复检测直至将12个应答信号脉冲处理完；
4)检测SPI脉冲：在F2框架脉冲检测的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SPI脉冲存在条件且脉冲采样幅度L1+L2大于信号等效幅度A时，判定SPI脉冲位为1，否则判定SPI脉冲位为0。
2.根据权利要求1所述的一种A/C模式应答信号处理方法，其特征在于：所述F1框架脉冲、F2框架脉冲、F1框架脉冲和F2框架脉冲之间的12个应答信号脉冲、SPI脉冲是否存在的检测规则为：按时序输入的4个采样脉冲j0、j1、j2、j3，当出现j0>j1或j3>j1或j0>j2或j3>j2时，判定为不存在有效脉冲，否则认定为检测到存在有效脉冲。
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