CN116015588A - 一种适用于daa系统的ads-b信号同步收敛方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于DAA系统的ADS‑B信号同步收敛方法，涉及ADS‑B信号同步收敛技术领域。包括如下步骤：S1：通过粗同步收敛方法对ADS‑B信号进行粗同步收敛后得到粗帧头位置PAF和粗同步精度x；S2：将收敛范围[PAF‑x，PAF+x]中的n个数据位纳入集合PAs；S3：假定PAs(i)为同步头，1≤i≤n，取得PAs(i)为同步头时的帧头高电平位和PAs(i)为同步头时的所有拟合数据位，将所有帧头高电平位的中心点和所有拟合数据位的中心点纳入集合PC(i)，对集合PC(i)中所有元素的信号幅度进行求和得到AS(i)；通过对粗同步收敛后的ADS‑B信号进行精收敛过程的设计，引入信号幅度作为收敛过程的判断条件，能够有效对接收的ADS‑B信号进行收敛，增加无人机的避撞机动的精准度。
Description
技术领域
本发明涉及ADS-B信号同步收敛技术领域，具体涉及一种适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法。
背景技术
ADS-B系统是一个集通信与监视于一体的信息系统，ADS-B的信息传输通道以ADS-B报文形式，通过空-空、空-地数据链广播式传播。传统的地基ADS-B接收机的运行环境中，其信号信噪比较高，因此传统的地基ADS-B信号的同步，可以达到很高且准确的同步检测率。然而，在DAA系统(无人机感知避撞系统)环境下，ADS-B信号的信噪比往往都很低，传统的地基ADS-B同步检测方法在信噪比为2.8dB(基带处理中同步在4M带宽满足高检测率时要求的理论信噪比)时检测率不到30％，无法满足DAA系统需要高同步率的要求。现有技术的信号同步方法在低信噪比情况下可以检测到信号存在的位置，但不能准确的同步到信号帧头。对于低信噪比的微弱DAA系统ADS-B信号，现有技术的信号同步方法帧头同步偏差1-2位将继续损失信噪比，这对信号的译码十分不利，也不利于无人机进行及时的感知和避撞机动。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种性能更优精度更准的适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：
提供一种适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其包括如下步骤：
S1：通过粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到粗帧头位置PAF和粗同步精度x；
S2：将收敛范围[PAF-x，PAF+x]中的n个数据位纳入集合PAs；
S3：定义集合PAs内第i个数据为PAs(i)为同步头，1≤i≤n，取得PAs(i)为同步头时的帧头高电平位和PAs(i)为同步头时的所有拟合数据位，将所有帧头高电平位的中心点和所有拟合数据位的中心点纳入集合PC(i)，对集合PC(i)中所有元素的信号幅度进行求和得到AS(i)；
S4：将集合PAs中的所有元素{PAs(1)，PAs(2)，...，PAs(i)，...，PAs(n)}均采用S3的方法计算得到其信号幅度和{AS(1)，AS(2)，...，AS(i)，...，AS(n)}，将所有信号幅度和进行对比，得到最大信号幅度和max(AS(i))；
S5：max(AS(i))所对应的同步头PAs(im)即为精帧头位置PAC。
进一步的，粗帧头位置PAF的确定方法包括：对检测到的ADS-B信号的能量位置进行识别，其中，最大的能量位置即为粗帧头位置PAF。
进一步的，不同信噪比时粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到的粗同步精度不同，粗同步精度x通过蒙特卡洛试验对粗帧头位置PAF和实际同步头位置之间的关系测试得到。
进一步的，ADS-B信号采用2-PPM调制进行编码，粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后高电平位数量l1＝116。
本发明的有益效果为：
本发明通过对粗同步收敛后的ADS-B信号进行精收敛过程的设计，引入信号幅度作为收敛过程的判断条件，能够精确地对接收的ADS-B信号进行收敛，从而找到精帧头位置，使得对ADS-B信号的编译能够更为精准，从而帮助DAA系统对无人机进行控制，增加无人机的避撞机动的精准度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为-102.2dBm基带ADS-B信号示意图；
图3为精同步收敛和粗同步收敛的同步帧头的对比示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其包括如下步骤：
S1：通过粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到粗帧头位置PAF和粗同步精度x；
S2：将收敛范围[PAF-x，PAF+x]中的n个数据位纳入集合PAs；
S3：假定PAs(i)为同步头，1≤i≤n，取得PAs(i)为同步头时的帧头高电平位和PAs(i)为同步头时的所有拟合数据位，将所有帧头高电平位的中心点和所有拟合数据位的中心点纳入集合PC(i)，对集合PC(i)中所有元素的信号幅度进行求和得到AS(i)；
S4：将集合PAs中的所有元素{PAs(1)，PAs(2)，...，PAs(i)，...，PAs(n)}均采用S3的方法计算得到其信号幅度和{AS(1)，AS(2)，...，AS(i)，...，AS(n)}，将所有信号幅度和进行对比，得到最大信号幅度和max(AS(i))；
S5：max(AS(i))所对应的同步头PAs(im)即为精帧头位置PAC。
矩形信号与加性高斯白噪声的信号均满足高斯分布，因此经过信道后的帧头高电平位及数据位的采样点同样满足高斯分布，则帧头高电平位及数据位的中心离散点之和最大是最高概率存在的。
粗同步收敛方法包括：粗帧头位置PAF的确定方法包括：对检测到的ADS-B信号的能量位置进行识别，其中，最大的能量位置即为粗帧头位置PAF。
不同信噪比时粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到的粗同步精度不同，粗同步精度x通过蒙特卡洛试验对粗帧头位置PAF和实际同步头位置之间的关系测试得到。
ADS-B信号采用2-PPM调制进行编码，粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后高电平位数量l1＝116。
试验对比
使用R&S SMU200A型号源产生56条-102.2dBm的ADS-B信号，56条ADS-B信号如图2所示；其中，X轴为信号的位置，Y轴表示信号在该位置下的幅度。
分别使用粗同步收敛方法和本发明提供的同步收敛方法(精同步收敛方法)对56条SDA-B信号进行同步收敛，得到如图3所示的精同步收敛和粗同步收敛的同步帧头的对比示意图；其中X轴表示当前收敛的帧头的位置，Y轴表示粗同步收敛/精同步收敛得到帧头位置与实际帧头位置的差值。由图3可知，精同步收敛的同步帧头的Y轴值均为0，即经过精同步收敛方法对SDA-B信号进行同步收敛后，同步帧头位置与真实帧头位置完全一致；
而采用粗同步收敛方法对SDA-B信号进行同步收敛后，粗同步收敛的同步帧头的Y轴值并不相同，形成锯齿状，同步帧头位置与真实帧头位置偏差较多；
由此可知，精同步收敛方法明显优于粗同步收敛方法。经过精同步收敛之后，能够更为精准的编译出SDA-B信号。
同时，对生成的56条ADS-B信号进行多次蒙特卡洛试验进行测试，采用粗同步收敛后，经过频偏补偿、纠错、解调后，信号解调率为24/56＝43％；而采用精同步收敛后，经过频偏补偿、纠错、解调后，信号解调率为51/56＝91％。精同步收敛后的信号解调率大于粗同步收敛后的信号解调率，且精同步收敛后的信号解调率是粗同步收敛后的信号解调率的两倍以上。
Claims (4)
1.一种DAA系统的适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到粗帧头位置PAF和粗同步精度x；
S2：将收敛范围[PAF-x，PAF+x]中的n个数据位纳入集合PAs；
S3：定义集合PAs内第i个数据为PAs(i)为同步头，1≤i≤n，取得PAs(i)为同步头时的帧头高电平位和PAs(i)为同步头时的所有拟合数据位，将所有帧头高电平位的中心点和所有拟合数据位的中心点纳入集合PC(i)，对集合PC(i)中所有元素的信号幅度进行求和得到AS(i)；
S4：将集合PAs中的所有元素{PAs(1)，PAs(2)，...，PAs(i)，...，PAs(n)}均采用S3的方法计算得到其信号幅度和{AS(1)，AS(2)，...，AS(i)，...，AS(n)}，将所有信号幅度和进行对比，得到最大信号幅度和max(AS(i))；
S5：max(AS(i))所对应的同步头PAs(im)即为精帧头位置PAC。
2.根据权利要求1所述的适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其特征在于，粗帧头位置PAF的确定方法包括：对检测到的ADS-B信号的能量位置进行识别，其中，最大的能量位置即为粗帧头位置PAF。
3.根据权利要求1所述的适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其特征在于，不同信噪比时粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后得到的粗同步精度不同，粗同步精度x通过蒙特卡洛试验对粗帧头位置PAF和实际同步头位置之间的关系测试得到。
4.根据权利要求1所述的适用于DAA系统的ADS-B信号同步收敛方法，其特征在于，ADS-B信号采用2-PPM调制进行编码，粗同步收敛方法对ADS-B信号进行粗同步收敛后帧头高电平位数量l1＝116。
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