CN108322412A - 一种改进的ads-b信号接收处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改进的ADS‑B信号接收处理方法，包括，步骤1，正确获得同步头脉冲幅度电平，记同步头脉冲平均幅度值为P0，记P0﹣MdB为幅度门限下限值，P0﹢NdB作为幅度门限上限值；M和N为非零自然数；步骤2，以1bit信息位长为间隔对信息脉冲进行幅度采样，在1bit信息位长间隔内选择偶数个采样点，且采样点均匀分布，最少2个采样点；步骤3，将1bit信息位长均分为前幅度采样值和后幅度采样值，将前幅度采样值取平均得到前幅度平均值，将后幅度采样值取平均得到后幅度平均值；本发明以ADS‑B同步头的平均脉冲幅度P0为基准，采用双门限设定，且门限值根据接收机信噪比状况，动态可调，提高了门限设定的灵活性。

Description

一种改进的ADS-B信号接收处理方法
技术领域
本发明涉及通信领域，具体涉及一种改进的ADS-B信号接收处理方法。
背景技术
ADS-B技术是目前新兴的一种监视手段。凭借其投入低、建设快、效果好等诸多优点，迅速成为继航管监视雷达系统之后的航管监视主要方式之一。
ADS-B系统主要由ADS-B发射设备(ADS-B OUT)和ADS-B接收设备(ADS-B IN)组成。OUT设备一般装载于飞机上，利用S模式应答链路，定时广播自身导航信号(包括位置、高度、速度、航班信息等)；IN设备分为地面设备和机载设备，其接收并解析ADS-B信号，将目标信息显示在监视器上，实现对ADS-B OUT目标的实时监视。ADS-B信号与机载应答机共用一个频点，且调制方式也相同，因此很容易受到空中应答信号的异步干扰。为避免干扰，国际民航(ICAO)的标准规定ADS-B信号的发射间隔采取固定间隔加随机延时的方式，因此空中的ADS-B互相干扰的情形较少，主要的干扰来自空中的A/C应答信号。A/C应答信号具有持续时间短(20.3us)、脉冲个数少(2～14个)、重复频率高等特征。在绝大多数情况下，一组ADS-B信号只会受到一组A/C应答信号的干扰，且干扰信号出现的位置随机分布，可能出现在ADS-B信号同步头位置、ADS-B信息序列前部、中部或尾部。
干扰信号会将正常信号的幅度抬高，常规的处理方法是设定一个门限值，高于门限电平的脉冲判定为“1”，低于门限电平的脉冲判定为“0”。在干扰信号较弱的情况下，这种处理方法可以起到较好的效果；但在较强干扰信号情况下，原本应为低电平的脉冲有可能被抬高至门限值之上，而造成解码错误。
目前改进的方法是设定双门限，这样解决了部分较强干扰环境下单门限解码错误的问题，但双门限存在上下门限值固定，且门限值在基准门限上下对称分布等限制，门限设定不够灵活，应对复杂环境的能力有限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的方法无法在较强干扰信号环境下确保ADS-B信号接收的正确性，目的在于提供一种改进的ADS-B信号接收处理方法，确保ADS-B信号接收的正确性，保障ADS-B监视的良好效果。
本发明通过下述技术方案实现：
一种改进的ADS-B信号接收处理方法，包括，
步骤1，正确获得同步头脉冲幅度电平，记同步头脉冲平均幅度值为P0，记P0﹣MdB为幅度门限下限值，P0﹢NdB作为幅度门限上限值；M和N为非零自然数；
步骤2，以1bit信息位长为间隔对信息脉冲进行幅度采样，在1bit信息位长间隔内选择偶数个采样点，且采样点均匀分布，最少2个采样点；
步骤3，将1bit信息位长均分为前幅度采样值和后幅度采样值，将前幅度采样值取平均得到前幅度平均值，将后幅度采样值取平均得到后幅度平均值；
步骤4，判断：
S1，1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中的平均值是否介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间；
S2，所述S1中另一个平均值是否高于P0+NdB；
S3，所述S1中另一个平均值是否低于P0-MdB。
进一步地，步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间，则记录该1bit信息位的置信度为高。
进一步地，步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值高于P0+NdB，则判断高于P0+NdB的位置原为低电平，再根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
进一步地，步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值低于P0-MdB，则根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
进一步地，步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中都介于幅度门限下限值和幅度门限上限值之间，则进行再次判断：读取1bit信息位长的中点前后数个采样点的值，判断是否有低于幅度门限下限值，若是则判断bit位数据为‘1’，且记录bit数据置信度为高，否则判断bit位数据为‘0’，且记录bit数据置信度为低。
进一步地，步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值高于幅度门限上限值，则读取1bit信息位长中的中点前后数个采样点的值，判断是否低于幅度门限上限值，如果低于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘1’，且记录该1bit信息位的置信度为高；如果高于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘0’，且记录该1bit信息位的置信度为低。
进一步地，步骤1中的M＝N或者M≠N。
进一步地，1bit信息位长为1us。
进一步地，幅度门限上限值最大值不超过接收机动态上限。
进一步地，幅度门限下限值最小值不小于接收机当前噪声电平。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明以ADS-B同步头的平均脉冲幅度P0为基准，采用双门限设定，且门限值根据接收机信噪比状况，动态可调，提高了门限设定的灵活性；
2、本发明1bit信息位长中的采样点数为偶数个，最少2个采样点，且在1个信息脉冲位内均匀分布，1bit信息位长中的采样点数越多则幅度值获取越准确，且幅度变化率越清晰；
3、本发明对采用该技术仍不能准确判决的数据信息，给出低置信标识和建议值，可为信息数据校验和纠错提供依据；
4、本发明在复杂信号空间环境下，对比前代单门限解码技术，监视效果良好，接收处理能力得到明显提升，数据与抗干扰能力等一同给出。
5、本发明大幅提高ADS-B接收设备的抗干扰能力和纠错能力，在较强干扰环境下，如机场附近，仍能保证ADS-B信号接收的正确率，从而保障ADS-B目标监视效果，达到目标不丢失，目标航迹连贯，信号稳定等。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为ADS-B信号编码样式图；
图2为本发明实施例中的受干扰的信息序列段截图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
ADS-B信号由4个同步头脉冲和112位信息脉冲序列组成，信息脉冲序列的前5位表示信息格式号，信息格式号为17或18的表示ADS-B信号；ADS-B信号采用脉位调制(PPM)，与脉冲调制(PM)类似，ADS-B信号编码样式如图1所示。
ADS-B信号的信息脉冲序列的特征是，1bit信息位占据1us，信息数据为“1”时，前0.5us脉冲为高电平，后0.5us脉冲为低电平；信息数据为“0”时，前0.5us脉冲为低电平，后0.5us脉冲为高电平。
实施例
一种改进的ADS-B信号接收处理方法，包括，
步骤1，正确获得同步头脉冲幅度电平，记同步头脉冲平均幅度值为P0，记P0﹣MdB为幅度门限下限值，P0﹢NdB作为幅度门限上限值；M和N为非零自然数；步骤1中的M＝N或者M≠N。幅度门限上限值最大值不超过接收机动态上限。幅度门限下限值最小值不小于接收机当前噪声电平。
可根据接收通道的信噪比情况，对幅度门限上限值、幅度门限下限值进行动态调整，如下限值设为P0-1dB、P0-2dB、P0-3dB、P0-4dB等，上限值设为P0+1dB、P0+2dB、P0+3dB、P0+4dB等；且上下门限值可以不对称，如下限设定为P0-1dB，而上限设定为P0+2dB。
步骤2，以1bit信息位长为间隔对信息脉冲进行幅度采样，在1bit信息位长间隔内选择偶数个采样点，且采样点均匀分布，最少2个采样点；1bit信息位长为1us。1个单位间隔时间(即1us)内采样点数越多则幅度值获取越准确，且幅度变化率越清晰，但相应的会增加处理的复杂度。原则上在能够接受的复杂度内，应选取尽可能多的采样点数。偶数个采样点不是必要的，但采样点均匀分布是必要的，这样便于分析脉冲宽度和脉冲沿变化的趋势，能够避免因非均匀分布导致的误差精度跳变。
步骤3，将1bit信息位长均分为前幅度采样值和后幅度采样值，将前幅度采样值取平均得到前幅度平均值，将后幅度采样值取平均得到后幅度平均值；
步骤4，判断：
S1，1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中的平均值是否介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间；
S2，所述S1中另一个平均值是否高于P0+NdB；
S3，所述S1中另一个平均值是否低于P0-MdB。
步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间，则记录该1bit信息位的置信度为高。
步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值高于P0+NdB，则判断高于P0+NdB的位置原为低电平，再根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值低于P0-MdB，则根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中都介于幅度门限下限值和幅度门限上限值之间，则进行再次判断：读取1bit信息位长的中点前后数个采样点的值，判断是否有低于幅度门限下限值，若是则判断bit位数据为‘1’，且记录bit数据置信度为高，否则判断bit位数据为‘0’，且记录bit数据置信度为低。
步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值高于幅度门限上限值，则读取1bit信息位长中的中点前后数个采样点的值，判断是否低于幅度门限上限值，如果低于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘1’，且记录该1bit信息位的置信度为高；如果高于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘0’，且记录该1bit信息位的置信度为低。
以图2为例对上述方法进行说明，图1为截取的受到干扰的信息序列段，其中第3、5、8位受到干扰，其中，第3、5位可由判决原则S2解得第3位为“0”，第5位为“1”，而第8位则根据判决原则S3可解得该位为“1”。最终解码得到的信息数据为“11001011”，与原码字相符。
如表1所示，在相同的信干比时，本发明的双门限解码正确率明显高于传统的单门限解码正确率。
表1
序号 信干比(dB) 单门限解码正确率 双门限解码正确率
1 10 99.3％ 99.7％
2 5 98.6％ 99.5％
3 3 91.4％ 98.6％
4 2 73.2％ 95.1％
5 1 31.6％ 91.3％
6 0 13.7％ 87.6％
基于置信度的纠错能力达到12bit
信干比：信号的能量与干扰能量(如同频干扰，多径等)和加性噪声能量之和的比值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，包括，
步骤1，正确获得同步头脉冲幅度电平，记同步头脉冲平均幅度值为P0，记P0-MdB为幅度门限下限值，P0+NdB作为幅度门限上限值；M和N为非零自然数；
步骤2，以1bit信息位长为间隔对信息脉冲进行幅度采样，在1bit信息位长间隔内选择至少2个采样点，且采样点均匀分布；
步骤3，将1bit信息位长均分为前幅度采样值和后幅度采样值，将前幅度采样值取平均得到前幅度平均值，将后幅度采样值取平均得到后幅度平均值；
步骤4，判断：
S1，1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中的平均值是否介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间；
S2，所述S1中另一个平均值是否高于P0+NdB；
S3，所述S1中另一个平均值是否低于P0-MdB。
2.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间，则记录该1bit信息位的置信度为高。
3.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值高于P0+NdB，则判断高于P0+NdB的位置原为低电平，再根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
4.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述步骤4中，如果S1满足前幅度平均值和后幅度平均值中的一个平均值介于P0﹣MdB与P0﹢NdB之间以及所述S1中另一个平均值低于P0-MdB，则根据信息脉冲特征直接解码得到bit位数据。
5.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值中都介于幅度门限下限值和幅度门限上限值之间，则进行再次判断：读取1bit信息位长的中点前后数个采样点的值，判断是否有低于幅度门限下限值，若是则判断bit位数据为‘1’，且记录bit数据置信度为高，否则判断bit位数据为‘0’，且记录bit数据置信度为低。
6.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述步骤4中，如果1bit信息位长中，前幅度平均值和后幅度平均值高于幅度门限上限值，则读取1bit信息位长中的中点前后数个采样点的值，判断是否低于幅度门限上限值，如果低于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘1’，且记录该1bit信息位的置信度为高；如果高于幅度门限上限值，则判断bit位数据为‘0’，且记录该1bit信息位的置信度为低。
7.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，步骤1中的M＝N或者M≠N。
8.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述1bit信息位长为1us。
9.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述幅度门限上限值最大值不超过接收机动态上限。
10.根据权利要求1所述的一种改进的ADS-B信号接收处理方法，其特征在于，所述幅度门限下限值最小值不小于接收机当前噪声电平。
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