基于SSR和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统设计

由于设备性能的限制,民航飞机目前使用的机载防撞系统TCASⅡ不能适用于编队飞 行防撞。为了解决飞机编队飞行防撞以及与民航飞机TCASⅡ兼容的问题,给出了一种基 于二次雷达(SSR)和ADS-B混合监视的机载编队防撞系统的设计方案。该方案采用了TCAS主动 监视和被动监 视相结合的方法,利用唯一的24位S模式地址来识别和归类目标飞机,将TCAS的监视数据和A DS-B的监视数据进行数据融合来完成对目标飞机的监视和跟踪。通过将大型编队划分为多个 编队单元的方法,由长机负责保持各个编队单元之间的安全间距。采用收发器将长机产生的 位置保持和碰撞避免的操纵指令通过高频数据链路传送给各个编队单元,各个编队成员按照 操纵指令调整自己飞机的位置,完成对整个编队的位置保持和碰撞避免的集中控制和分散执 行。该方案可以为机载编队防撞系统的设计和实现提供参考和帮助。     

基于松弛改进FastICA算法的星基ADS-B信号分离

星基广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）系统覆盖空域广,星载接收机所接收的信号信噪比低、信号间的功率差异小,ADS-B报文在接收机处的冲突更加严重,对信号分离算法提出了更高要求。针对基于负熵的快速独立成分分析（Fast Independent Component Analysis,FastICA）算法存在的局部极大值和收敛依赖于初始权值的问题,在FastICA算法中引入了松弛因子,采用松弛改进的 FastICA算法对星基ADS-B信号进行分离。阐述了松弛改进FastICA算法对星载ADS-B接收机接收到的混合信号进行分离的机理,并进行了仿真实验,通过相关系数、迭代次数和误码率比较了松弛改进FastICA算法、经典FastICA算法和投影算法的性能。仿真结果表明,松弛改进FastICA算法能更有效地分离星基ADS-B混合信号。     

基于1090ES的机载ADS-B设备总体设计

介绍了1090ES ADS-B系统组成和信号格式,提出了一种基于1090ES一次变频的超外差中频数 字化ADS-B设 备总体实现方案,包括天线、收发分机、终端分机和机内测试电路设计,计算了关键技术参 数,并简述了其主要技术特征。 该方案目前已在工程中得到应用,效果良好。     

基于ADS-B的高精度站间同步方法

自动相关监视（ADS-B）可用于多站定位系统中实现时间同步,但直接同步的精度不足以满足工程应用的需要。为了提高同步精度,首先推导了利用ADS-B实现站间同步的机理模型,在实测数据的基础上仿真了直接同步方法的精度水平;其次分析了ADS-B位置误差的类型和来源,得到了不同误差类型的分布特征;最后根据不同误差类型的特点,提出了一种降低ADS-B误差影响的高精度多站同步的方法。该方法可有效降低ADS-B系统延时误差和定位误差对同步精度的影响,以实测数据为基础的仿真结果表明该方法可实现纳秒级的站间同步精度,具有良好的工程应用价值。     

基于ADS-B趋势信息的民航飞机跟踪算法

为了有效提高飞机的跟踪精度,获得准确的飞机监视信息,针对民航飞机运行 的特点以及ADS-B信息的特征,充分利用ADS-B趋势信息报告和当前统计模型的优点,提出了 一 种基于ADS-B趋势信息的当前统计模型改进算法。该算法能够将直线运动和转弯机动飞行中 的跟踪误差都稳定在60 m左右,证明了该算法适用于所有飞行阶段,提高了当前统计模 型跟踪算法的精度和适用性。     

基于飞机降落信息的ADS-B数据跟踪算法

在空中交通管制（ATC）领域,广域监视系统中的ADS-B接收机在飞机飞行方向改变时 ,由于其收星的数量减少导致数据率变低,并且在飞机降落过程中丢点严重。结合ADS-B数 据的特点,采用两个模型分别表示飞机的匀速运动和匀加速运动状态,利用三点速度方向预 测修正对地速度,并引入飞机降落的先验模型,实现在广域监视中对飞机的有效跟踪。 真实数据验证了该方法可有效提高数据率和改善飞机降落过程中的跟踪效果。     

基于ADS-B报文的“北斗”便携式终端实现

针对单个广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）发射机传输距离受限、多地面站组网复杂以及成本较高等问题,在分析ADS-B报文编码与解码算法的基础上,探讨了基于无线网络传输的ADS-B报文信息技术,并设计了基于“北斗”卫星导航（BeiDou Satellite Navigation System,BDS）/嵌入式控制器以及无线网络的便携式监视终端系统。利用实测ADS-B数据联合搭建的监视中心对算法和系统进行测试,结果表明数据传输稳定,实现了低空空域通用航空飞机ADS-B态势信息的网络传输功能,丰富了监视信息的链路传输方式,为低空通航飞行器安全飞行和全面监视提供了新的方法。     

中国实施ADS-B监视的地面站部署分析

基于我国对ADS-B监视的发展策略,通过对影响ADS-B地面站覆盖范围因素的分析,提出了ADS-B信号在我国东部空域和西部主要航路实施单重覆盖地面站不同的部署模型,并利用该模型计算了东部空域在不同飞行高度层以上对地面站数量的要求和西部B213、B215航路高空6 600 m以上实现单重覆盖ADS-B地面站的部署情况。证明利用该模型对地面站进行部署,在我国东部空域和西部主要航路将实现ADS-B单重覆盖。     

地空超短波话音通信网中的越区切换及其关键技术

地空超短波话音通信网是实施航空管制与对空指挥通信的重要基础设施,而越区切 换是其实现连续、不间断地空通信中的重要一环。介绍了地空超短波话音通信网的构成和越 区切换过程,分析比较了地空超短波话音通信网与陆地移动通信系统和数据链系统在越区切 换上的区别,提出并详细阐述了地空超短波话音通信网越区切换的关键技术,展望了地空超 短波话音通信网越区切换的发展方向。     

采用改进型AlexNet的辐射源目标个体识别方法

针对辐射源目标精确识别需求,结合以深度学习为代表的机器学习理论技术,提出将改进型AlexNet作为特征提取器,实现目标细微特征提取固化,形成智能化识别网络模型。以广播式自动相关监视（ADS-B）信号为实验对象,在机场实地采集了13个目标的ADS-B脉冲信号数据作为辐射源目标个体识别的训练和测试样本,利用AlexNet和改进的AlexNet验证了算法的有效性。结果表明,改进的AlexNet网络训练时间更快,综合识别率达到98.32%.     

扩充1090ES数据链容量的相位调制技术

对广播式自动相关监视（ADS-B）系统的1090ES脉位调制信号做脉内调相,可在不增加发射次数、不占用新的频段、不影响现有ADS-B系统运行的情况下增加信号的数据传输能力。论证了两种可能采用的1090ES数据链扩容方法,说明了选择相位调制实现扩容的原因。讨论了相位调制扩容1090ES信号需解决的几项关键技术,包括扩容信号的调制,信号的接收、解调和解码,信号的同步,数据的校验码设计,可行性及安全性评估。针对多发单收的突发通信特点,提出了一种按偏差分区的载波粗同步方法;针对相位突变引起的频谱扩展问题,提出了一种相位线性过渡的解决方法。     

一种基于贪婪算法的CORDIC改进算法

针对传统串行坐标旋转数字计算方法（CORDIC）耗时且占用较多资源的缺点,提出了一种旋转模式下CORDIC算法的新型改进算法,该改进算法可用来代替直接数字频率合成器(DDS)查找表进行正余弦的计算。通过采用贪婪算法实现对CORDIC旋转方向与旋转角度的优化,从而可以达到串行转并行和减少迭代次数、节约资源的目的。该算法可以应用于三角函数的复杂函数的硬件实现中。仿真结果表明,在迭代次数相同的情况下,改进算法较传统算法可以获得更高的精度。最后,在Xilinx FPGA的Spartan-3E芯片上实现了改进的CORDIC结构。与传统CORDIC算法相比,在运算精度为10-5时,可以节省Slices、LUTs(Look Up Tables)资源分别为28%和25%。     

一种小波变换下的ADS-B信号增强算法

S模式的广播式自动相关监视技术（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）是目前空中交通管制大力推广的技术,但ADS-B信号在远距离传输过程中,由于传输信道的影响,会出现幅度减小和能量衰减等问题,从而导致接收到的微弱ADS-B信号不能正确译码。针对这种情况,提出用小波变换对信号做增强处理的方法,首先改进小波系数,接着确定分解层数,再利用重构指数来选取最优小波基,最后对阈值进行改进,考虑在不同的小波分解尺度上选取不同的阈值。对实际数据进行测试的结果表明,该算法能有效地对ADS-B信号进行增强,对信号强度为-94 dBm的微弱信号也能正确译码,译码准确率明显提高,对空中管理、空间安全等实际应用有一定意义。     

一种改进并行两箱预失真方法

针对现有椭圆球面波调制信号预失真方法算法复杂度高、预失真器工作效率较低的问题,结合椭圆球面波调制信号的幅值特点和功率放大器对信号非线性失真特性,引入分段处理的思想,提出了一种改进并行两箱预失真方法。通过设置阈值门限,对调制信号进行分段处理,仅对信号中大幅值分量进行处理,算法复杂度低,更易于工程实现。理论分析和仿真结果表明,当阈值门限为0.5时,与并行两箱预失真方法相比,所提预失真方法算法复杂度降低为原算法10%以下;当误比特率为10-5时,相对于未经放大器失真的调制信号,所需信噪比仅增加约0.02 dB。     

一种利用压缩感知改进的PMF-FFT扩频捕获算法

为了实现直接序列扩频（DSSS）信号快速捕获的同时降低数据量和硬件资源消耗,引入了压缩感知理论改进部分匹配滤波-快速傅里叶变换（PMF-FFT）算法,提出了基于压缩感知改进的部分匹配滤波-快速傅里叶变换（CSPMF-FFT）算法。该算法将PMF-FFT算法与压缩感知理论相结合,先对信号进行稀疏性分析和压缩观测,然后从少量压缩观测值中重构信号,并利用输出的峰值信息估算信号的多普勒频移和码相位,从而实现捕获。理论分析和仿真实验表明,相较于PMF-FFT捕获算法,CSPMF-FFT算法能在成功完成捕获的同时有效地减少相关器的数目和FFT变换的运算量,从而降低系统数据量和硬件资源压力,为基于压缩感知的扩频信号处理技术研究奠定了基础。     

星座组网中直扩信号快速同步改进算法

基于直扩体制的时分多址(TDMA)卫星星座组网,信号帧前导段长度越短、净荷长度越长,数据传输的效率就越高。但是,直扩体制信号帧前导段长度越短意味着接收信号捕获增益就越低,捕获概率就越低。另外,前导段长度越短要求锁相环信号跟踪收敛速度越快。星座组网整网数据传输效率受到卫星信号同步算法性能的制约。为了提高直扩信号同步算法的性能,从捕获与跟踪两个部分对同步算法进行了改进,提出了一种直扩信号快速同步改进算法。针对捕获部分,分析了前置低通滤波器带宽对扩频信号的自相关函数的影响,通过选择滤波器参数在保证相关主峰无明显恶化情况下提升1/4码片偏差相关峰能量1 dB以上。针对跟踪部分,提出了一种调整闭环控制系统的零极点分布优化锁相环时域响应的锁相环设计方法,给出了基于控制理论优化锁相环闭环系统的零极点分布的四点原则,利用该方法设计的锁相环能大大降低信号跟踪的收敛时间。仿真结果表明,所提改进算法与传统同步方法相比能有效提高信号的捕获概率,加快信号跟踪的收敛速度,明显减少信号的同步时间。