一種1090es ads-b消息報頭的檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種1090ES ADS-B消息報頭的檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]ADS-B，即:廣播式自動相關(guān)監(jiān)視技術(shù)，是現(xiàn)代集成先進的無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航信息傳輸技術(shù)和自動監(jiān)視技術(shù)等相關(guān)技術(shù)于一體的新興空中交通管制技術(shù)，是國際民航組織(ICAO)正在積極推廣的一種航行監(jiān)視技術(shù)。
[0003]ADS-B系統(tǒng)是一個集通信與監(jiān)視于一體的信息系統(tǒng)，包括:機載設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈和地面接收站；機載設(shè)備通過發(fā)射機以周期方式向外發(fā)射自己的位置、高度、速度等數(shù)據(jù)信息，該數(shù)據(jù)信息以ADS-B消息形式，通過空-空、空-地數(shù)據(jù)鏈廣播式傳播。在地面接收站，對接收到的ADS-B消息進行解算，獲得機載設(shè)備所發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。
[0004]如圖1所示，為ADS-B消息的信號格式圖，包括報頭和其后的數(shù)據(jù)塊；其中，報頭的長度為8us，包含4個前導(dǎo)脈沖，分別記為:第I前導(dǎo)脈沖、第2前導(dǎo)脈沖、第3前導(dǎo)脈沖和第4前導(dǎo)脈沖；每個前導(dǎo)脈沖的標(biāo)準(zhǔn)寬度均為0.5us ;第I前導(dǎo)脈沖、第2前導(dǎo)脈沖、第3前導(dǎo)脈沖和第4前導(dǎo)脈沖的標(biāo)準(zhǔn)相對位置依次為:0.0?0.5us、1.0us?1.5us、3.5us?4.0us、
4.5us?5.0us ;對于地面接收站，在進行消息解算時，首先需要完成的操作是報頭檢測，這是一切后續(xù)處理的前提和基礎(chǔ)，
[0005]現(xiàn)有的ADS-B地面接收站，主要采用脈沖位置檢測方法進行報頭檢測，即:主要依靠上升沿標(biāo)志、下降沿標(biāo)志和有效脈沖位置標(biāo)志相結(jié)合的檢測方法，只有當(dāng)上述三個標(biāo)志均通過相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)后，才能判定一個有效的報頭。該種檢測方法在信噪比較高時，具有較好的檢測性能。但是，當(dāng)信噪比相對較低時，傳統(tǒng)檢測方法的報頭漏檢率較高。例如，當(dāng)4個前導(dǎo)脈沖的信號幅度發(fā)生較強波動時，采用脈沖位置檢測方法并不能夠準(zhǔn)確有效地檢測每個前導(dǎo)脈沖的上升沿、下降沿和有效脈沖位置。尤其對于微弱信號，因干擾很容易出現(xiàn)判斷錯誤，從而導(dǎo)致報頭漏檢。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種1090ES ADS-B消息報頭的檢測方法，可有效解決上述問題。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本發(fā)明提供一種1090ES ADS-B消息報頭的檢測方法，包括以下步驟:
[0009]SI，設(shè)置初始參數(shù)值；其中，所述初始參數(shù)值包括采樣頻率fl、檢測窗口的窗口長度n、移位寄存器的長度m、0.5us時間段提取的采樣點數(shù)w和采樣頻率fI下的延遲時間tl ；
[0010]其中，檢測窗口的窗口長度η代表該檢測窗口共有η個數(shù)據(jù)位，分別記為:D1、D2…Dn;并且，n = 5us*fl，SP:檢測窗口用于存儲5us時間長度內(nèi)的采樣點；
[0011]移位寄存器的長度m代表該移位寄存器共有m個數(shù)據(jù)位，分別記為:E1、E2…Em ;
[0012]S2，按照所述采樣頻率fl，不斷采樣輸入的1090ES ADS-B數(shù)字基帶信號，并將采樣點按采樣時序存入所述檢測窗口的對應(yīng)數(shù)據(jù)位；其中，所述采樣點指采樣信號的功率值；
[0013]所述將采樣點按采樣時序存入所述檢測窗口的對應(yīng)數(shù)據(jù)位，具體指:
[0014]每當(dāng)接收到新采樣點時，新采樣點存儲于檢測窗口的Dl數(shù)據(jù)位，在新采樣點之前的n-Ι個采樣點按接收時間由近及遠(yuǎn)順序，依次存儲于檢測窗口的D2、D3…Dn數(shù)據(jù)位；
[0015]S3，每當(dāng)接收到新采樣點，并將所述新采樣點存入檢測窗口的Dl數(shù)據(jù)位后，以所述檢測窗口的Dn數(shù)據(jù)位為時間基準(zhǔn)0，所述檢測窗口的Dl數(shù)據(jù)位為5.0us，使所述檢測窗口的各個數(shù)據(jù)位具有時間屬性；然后，判斷以下的條件I和條件2是否均滿足，如果均滿足，則執(zhí)行S4 ;否則，返回S2，繼續(xù)采樣數(shù)字基帶信號；
[0016]條件1:
[0017](I)分別從所述檢測窗口的O?0.5us時間段、1.0?1.5us時間段、3.5?4.0us時間段和4.5?5.0us時間段提取w個采樣點，共得到w*4個采樣點，計算w*4個采樣點的功率值的和，將功率和值按時序存入移位寄存器；具體存儲方法為:每當(dāng)?shù)玫叫鹿β屎椭禃r，新功率和值存儲于移位寄存器的El數(shù)據(jù)位，在新功率和值之前的m-Ι個功率和值按計算時間由近及遠(yuǎn)順序，依次存儲于移位寄存器的E2、E3…Em數(shù)據(jù)位；
[0018](2)判斷所述移位寄存器中當(dāng)前m個數(shù)據(jù)位所存儲的功率值是否滿足El > E2 >E3…> Em ；
[0019]條件2:
[0020](I)分別計算所述檢測窗口以下時間段的功率平均值:
[0021]O?0.5us時間段的所有采樣點的功率平均值Pl ；
[0022]0.5?1.0us時間段的所有采樣點的功率平均值P2 ；
[0023]1.0?1.5us時間段的所有采樣點的功率平均值P3 ；
[0024]1.5?2.0us時間段的所有采樣點的功率平均值P4 ；
[0025]3.0?3.5us時間段的所有采樣點的功率平均值P5 ；
[0026]3.5?4.0us時間段的所有采樣點的功率平均值P6 ；
[0027]4.0?4.5us時間段的所有采樣點的功率平均值P7 ；
[0028]4.5?5.0us時間段的所有采樣點的功率平均值P8 ；
[0029]還計算:
[0030]2.0?2.5us時間段的所有采樣點的功率平均值P9 ；
[0031]2.5?3.0us時間段的所有采樣點的功率平均值PlO ；
[0032](2)判斷以下關(guān)系式是否均成立；
[0033]1/2*P1 > P2 ；
[0034]1/2*P3 > P4 ；
[0035]P5 < 1/2*P6 ；
[0036]P7 < 1/2*P8 ；
[0037]P3 > P9 ；
[0038]PlO < 1/2*P6 ；
[0039]1/2*P3 < P8 ；
[0040]P9 < P8 ；
[0041]S4，將所述新采樣點記為Cl，采樣點Cl的絕對采樣時間為t3 ;
[0042]則:輸出與所述采樣點Cl對應(yīng)的第一類型提示信號XI，由于存在延遲時間tl，則:所述第一類型提示信號Xl位于所述采樣點Cl之后tl時間長度的位置，該位置采樣點的絕對采樣時間為t3+tl ;
[0043]S5:
[0044]S5.1:在輸出所述第一類型提示信號Xl之后，按照所述采樣頻率f 1，繼續(xù)采樣數(shù)字基帶信號，并更新檢測窗口，將采樣點存入所述檢測窗口的Dl數(shù)據(jù)位，在采樣點之前的n-Ι個采樣點按接收時間由近及遠(yuǎn)順序，依次存儲于檢測窗口的D2、D3…Dn數(shù)據(jù)位；
[0045]S5.2，判斷S3中的條件I和條件2是否均滿足，如果滿足，則繼續(xù)輸出第一類型提示信號XI，然后，返回S5.1 ;只要初次判斷出后續(xù)的某個新采樣點不同時滿足條件I和條件2時，即執(zhí)行S6 ；
[0046]S6，將初次不同時滿足條件I和條件2的新采樣點記為采樣點C2，其絕對采樣時間為t4 ；
[0047]則:輸出與所述采樣點C2對應(yīng)的第二類型提示信號X2，由于存在延遲時間tl，則:所述第二類型提示信號X2位于所述采樣點C2之后tl時間長度的位置，該位置采樣點的絕對米樣時間為t4+tl ；
[0048]S7，查找到絕對時間為t4+tl的位置，該位置即為報頭中第4前導(dǎo)脈沖結(jié)束時刻的有效定位。
[0049]優(yōu)選的，采樣頻率fl為25MHz ;檢測窗口的窗口長度η為125 ;移位寄存器的長度m為3 ;0.5us時間段提取的采樣點數(shù)w為10個；采樣頻率fl下的延遲時間tl為40ns。
[0050]優(yōu)選的，還包括:
[0051]報頭中第4前導(dǎo)脈沖結(jié)束時刻即為報頭第5us時間點，獲得第5us時間點所對應(yīng)的采樣點，向前按采樣時間由近而遠(yuǎn)順序，依次再獲取n-Ι個采樣點，由此定位到O?5us部分的報頭信息，進而定位到第I前導(dǎo)脈沖、第2前導(dǎo)脈沖、第3前導(dǎo)脈沖和第4前導(dǎo)脈沖。
[0052]優(yōu)選的，還包括:報文參考功率次大值和報文參考功率次小值的計算:
[0053]對于所述O?5us部分的報頭信息:
[0054](I)按設(shè)定規(guī)則提取位于O?0.5us的采樣點，計算提取到的采樣點的平均功率值，由此得到第I前導(dǎo)脈沖的平均功率值PlOO ;
[0055]按設(shè)定規(guī)則提取位于1.0?1.5us的采樣點，計算提取到的采樣點的平均功率值，由此得到第2前導(dǎo)脈沖的平均功率值PlOl ;
[0056]按設(shè)定規(guī)則提取位于3.5?4.0us的采樣點，計算提取到的采樣點的平均功率值，由此得到第3前導(dǎo)脈沖的平均功率值P102 ;
[0057]按設(shè)定規(guī)則提取位于4.5?50us的采樣點，計算提取到的采樣點的平均功率值，由此得到第4前導(dǎo)脈沖的平均功率值P103 ;
[0058](2)在P100、PlOl、P102和P103中，基于比較算法，得到次大值功率和次小值功率，然后，比較次大值功率和次小值功率的大小關(guān)系，較大的功率值即作為報文參考功率次大值；較小的功率值即作為報文參考功率次小值。
[0059]優(yōu)選的，所述比較算法具體為:
[0060](I)比較 PlOO 和 P101，若 P100> = PlOl，則 PmaxOl = P100，PminOl = PlOl ；
[0061](2)比較 P102 和 P103，若 P102> = P103，貝丨J Pmax23 = P102，Pmin23 = P103 ；
[0062](3)比較 PmaxOl 和 Pmax23，若 PmaxOl〉= Pmax23，則 Pmax23 為次大值功率；
[0063](4)比較 PminOl 和 Pmin23，若 PminOl〉= Pmin23，則 PminOl 為次小值功率。
[0064]優(yōu)選的，還包括:有效報頭位置驗證步驟，具體包括:
[0065](I)將報文參考功率次大值記為P200，將報文參考功率次小值記為P300 ;依下式分別計算得到第一功率閾值P400和第二功率閾值P500 ;
[0066]P400 = P200* (1+9/16);
[0067]P500 = P300* (1-9/16);
[0068](2)判斷P100、P101、P102和P103是否均屬于區(qū)間[P500，P400];如果是，則通過功率一致性驗證，執(zhí)行后續(xù)步驟(3);否則，丟棄該報頭；
[0069](3)后3us能量驗證:
[0070]從定位到第4前導(dǎo)脈沖結(jié)束時刻開始，將該結(jié)束時刻記為5.0us，經(jīng)過3.5us時間到達(dá)一幀1090ES ADS-B信號的8.5us處；然后，在當(dāng)前檢測窗口內(nèi)，存儲從3.5us至8.5us時間段內(nèi)的米樣點；
[0071]分別提取3.5-4.0us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P800 ；
[0072]分別提取4.0-4.5us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P801 ；
[0073]分別提取4.5-5.0us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P802 ；
[0074]分別提取5.0-5.5us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P803 ；
[0075]分別提取5.5-6.0us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P804 ；
[0076]分別提取6.0-6.5us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P805 ；
[0077]分別提取6.5-7.0us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P806 ；
[0078]分別提取7.0-7.5us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P807 ；
[0079]分別提取7.5-8.0us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P808 ；
[0080]分別提取8.0-8.5us時間段內(nèi)設(shè)定數(shù)量的采樣點，并計算得到所提取的采樣點的平均功率值P