摘  要： 闡述了SSR的S模式應(yīng)答信號(hào)與1090ES ADS-B系統(tǒng)的信號(hào)格式與特點(diǎn)，并對(duì)其進(jìn)行了對(duì)比分析,；針對(duì)這兩種同頻信號(hào)，提出了一種結(jié)合民航空管實(shí)際應(yīng)用的區(qū)分方法,。理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)證明,，該方法可較好地解決二次雷達(dá)S模式應(yīng)答信號(hào)與ADS-B信號(hào)的甄別問(wèn)題,。

　　關(guān)鍵詞： ADS-B,；1 090 MHz,；S模式；信號(hào)甄別

0 引言

　　S模式二次雷達(dá)SSR是民航空中交通管制系統(tǒng)中的重要監(jiān)視手段,，在全球已得到了廣泛應(yīng)用,。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B,、多點(diǎn)定位MLAT/WAM等先進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)也將與PSR,、SSR共同擔(dān)負(fù)起對(duì)空監(jiān)視任務(wù)[1]。但是,，S模式SSR與ADS-B系統(tǒng)都共用同一頻率,，在實(shí)際應(yīng)用中（無(wú)論是在終端區(qū)還是航路上）極易產(chǎn)生相互混淆或干擾的問(wèn)題。

　　此外，MLAT多點(diǎn)定位系統(tǒng)也是基于S模式SSR應(yīng)答信號(hào)或ADS-B信號(hào)等,，很難確定二次雷達(dá)發(fā)出的詢問(wèn)脈沖類別,，故無(wú)法斷定是二次雷達(dá)S模式應(yīng)答信號(hào)還是ADS-B信號(hào)，這樣也勢(shì)必對(duì)目標(biāo)定位處理造成困惑,。因此,，如何從S模式應(yīng)答信號(hào)中甄別并分離出ADS-B信號(hào)就顯得格外重要。

1 SSR數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)比較分析

　　ADS-B采用GPS全球定位技術(shù)和地空-空空數(shù)據(jù)鏈技術(shù),，定位精度高,、數(shù)據(jù)更新率快,、監(jiān)視信息豐富完整，并且系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行成本較低,，較易推廣應(yīng)用,。SSR采用詢問(wèn)-應(yīng)答的工作方式,，數(shù)據(jù)更新周期通常為4~7 s,，因采用類似PSR的方位、距離測(cè)量方法,，其定位測(cè)量較ADS-B差,，并且系統(tǒng)建設(shè)成本較高。SSR獲取的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)表征為數(shù)據(jù)格式為方位角,、高度（C模式）,、斜距[2-3]。ADS-B與SSR數(shù)據(jù)比較如表1所示,。

2 同頻率的兩種信號(hào)

　　2.1 SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)格式

　　航空器上的應(yīng)答機(jī)在收到詢問(wèn)信號(hào)后以1 090 MHz頻率發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，S模式SSR應(yīng)答信號(hào)由應(yīng)答報(bào)頭和應(yīng)答數(shù)據(jù)塊組成,，應(yīng)答消息信號(hào)如圖1所示,。

　　其中,，導(dǎo)前脈沖占8 ,，由寬度為0.5 的4個(gè)脈沖組合而成,，且每一個(gè)脈沖都固定在0 、1.0 ,、3.5 ,、4.5的位置，若要S模式應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行識(shí)別,，首先就要對(duì)這4個(gè)前導(dǎo)脈沖進(jìn)行探測(cè)。后面為56 bit短格式數(shù)據(jù)或112 bit長(zhǎng)格式數(shù)據(jù),，每位數(shù)據(jù)脈沖均采用間隔寬為1 ，并且每個(gè)間隔又分為0.5 的有脈沖時(shí)間和0.5 的無(wú)脈沖時(shí)間,，采用脈相調(diào)制,，“1”表示前半部分有脈沖后跟空脈沖，“0”表示前半部分空脈沖后跟有脈沖[4],。

　　對(duì)于S模式詢問(wèn),，機(jī)載應(yīng)答機(jī)可以相應(yīng)地發(fā)送幾種不同類型應(yīng)答信號(hào)。S模式應(yīng)答信號(hào)有24種有效的應(yīng)答類型,，現(xiàn)在已分配的有8種[5],。一種類型是DF占2 bit表示是通信-D應(yīng)答，這種類型使用與通信-C詢問(wèn)類似的方法傳輸大量的數(shù)據(jù),；另一種類型DF占5 bit,，DF=00000和DF=10000的應(yīng)答類型用于TCAS系統(tǒng)的空對(duì)空監(jiān)視應(yīng)答，這里不做考慮,，DF=00100或DF=00101是最普遍的S模式的應(yīng)答,，DF=01011為S模式全呼應(yīng)答，這6種應(yīng)答格式以及字段定義如表2所示,。

　　2.2 ADS-B1090ES信號(hào)格式與分析

　　2.2.1 ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

　　1090ES是基于SSR的S模式擴(kuò)展電文的功能,，就是基于S模式長(zhǎng)報(bào)文的一種技術(shù)，1090ES傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括24位ICAO地址,、飛機(jī)四維信息等,。每0.5 s更新一次要傳送的位置信息，數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mbit/s[6],。本文所討論的ADS-B系統(tǒng)均是指采用1090ES數(shù)據(jù)鏈技術(shù),。

　　2.2.2 ADS-B系統(tǒng)的信號(hào)格式

　　ADS-B消息傳輸波形見(jiàn)圖1，消息數(shù)據(jù)塊應(yīng)該在第一個(gè)傳輸脈沖開(kāi)始后的8 開(kāi)始，112個(gè)1 間隔被分派給每一個(gè)ADS-B消息,。ADS-B消息基本格式如表3所示,。

　　其中，DF=17格式為S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息,，CA字段表示S模式應(yīng)答機(jī)的能力,，AA字段表示24 bit ICAO地址，ME字段包含ADS-B消息,，PI字段用于奇偶校驗(yàn),。DF=18格式用于非S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息或TIS-B消息，CF字段用來(lái)表明ME字段含有ADS-B消息或者是TIS-B消息,，此外,，CF字段也明確了AA字段所包含的地址類型。對(duì)于DF=19格式,，如果AF字段等于0,，那么后續(xù)字段表明ADS-B消息，該格式被用于軍事應(yīng)用預(yù)留字段,，一般情況對(duì)此不予處理,。

3 同頻信號(hào)SSR系統(tǒng)S模式與ADS-B系統(tǒng)應(yīng)答信號(hào)的甄別過(guò)程

　　結(jié)合以上分析兩種信號(hào)的各自特點(diǎn)，提出下述甄別方法,，具體步驟如下：

　?。?）提取脈沖序列中的信息脈沖，根據(jù)脈沖序列長(zhǎng)度判斷篩選,，由于ADS-B消息數(shù)據(jù)采用長(zhǎng)消息格式傳輸,，故短消息格式（56 bit）數(shù)據(jù)一定不屬于ADS-B數(shù)據(jù)，即可判定為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)（短消息格式）,，否則進(jìn)行下一步,。

　　（2）提取脈沖序列中前導(dǎo)脈沖后5 B,，根據(jù)DF位判斷,，若DF=17則判定為ADS-B信號(hào)，若DF=18則轉(zhuǎn)到步驟（6）,，否則進(jìn)行下一步,。

　　（3）根據(jù)報(bào)文位解碼值確認(rèn),。通常如果CA/FS解碼值處于1~3,，則可以判定該估計(jì)信號(hào)為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)；若CA/FS解碼值處于4~7,，則可判定為ADS-B1090ES信號(hào),。若激活SPI特殊脈沖時(shí),，一個(gè)等效SPI的脈沖應(yīng)在S模式應(yīng)答器FS字段中發(fā)射，此時(shí)有可能產(chǎn)生編碼值4或5,，這種情況將進(jìn)入下一步繼續(xù)識(shí)別,。

　　（4）對(duì)比ME字段前5 bit包含TYPE子字段,，有些情況后緊接著3 bit包含相應(yīng)的SUBTYPE子字段,，可以共同決定ME字段剩余部分傳送的ADS-B或TIS-B消息內(nèi)容。TYPE碼元為1,、2,、3、4 時(shí)可確定飛機(jī)ID與消息類型,。

　?。?）監(jiān)視狀況子字段位于ME字段的6 bit和7 bit，當(dāng)S模式應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)不能執(zhí)行ADS-B功能時(shí),，監(jiān)視狀況字段為0,，表示該消息非ADS-B消息。

　?。?）當(dāng)DF=18，提取CF字段的3 bit數(shù)據(jù),，若CF=0,，表示ME字段包含ADS-B消息，且AA字段含ADS-B系統(tǒng)發(fā)射部分24 bit ICAO地址,；若CF=1,，表示ME字段包含一個(gè)ADS-B消息，且AA字段包含ADS-B系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)ICAO 24 bit位地址,，若CF為2~5,，表示ME字段包含一個(gè)TIS-B消息。

　?。?）當(dāng)每次收到信號(hào)后,，與現(xiàn)維護(hù)的信號(hào)列表進(jìn)行比較，如果該信號(hào)按照每秒一次穩(wěn)定出現(xiàn),，則斷定為ADS-B1090ES信號(hào),。每個(gè)適應(yīng)性處理周期（如4~6 s內(nèi)）檢查僅收到1~2次的信號(hào)，因?yàn)锳DS-B系統(tǒng)的周期為1 s,，可以斷定這些信號(hào)為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)[7],。

　　具體的識(shí)別方法流程如圖2所示。

4 仿真與分析

　　對(duì)表4所示的4種仿真信息序列進(jìn)行識(shí)別過(guò)程如下：

　?。?）對(duì)序號(hào)1信息脈沖序列的識(shí)別過(guò)程

　?、贆z測(cè)脈沖序列長(zhǎng)度,，由于該脈沖具有112 bit長(zhǎng)度，進(jìn)行下一步識(shí)別,。

　?、谔崛∏? B的DF字段，判斷該DF=17,，可判定為ADS-B信息,，或者也可進(jìn)一步識(shí)別。

　?、蹤z測(cè)6~8 B,，由于該序列無(wú)SPI，CA/FS解碼值為5,，即可進(jìn)一步斷定是ADS-B信息,。

　　（2）對(duì)于序號(hào)2信息脈沖的識(shí)別過(guò)程

　?、贆z測(cè)脈沖序列長(zhǎng)度,，由于該脈沖具有112 bit長(zhǎng)度，進(jìn)行下一步識(shí)別,。

　?、谔崛∏? B的DF字段，判斷該DF=18,，進(jìn)行步驟③識(shí)別,。

　　③提取CF字段數(shù)據(jù),，CF=0判斷為ME字段包含的是ADS-B消息,。

　　（3）對(duì)序號(hào)3信息脈沖序列的識(shí)別過(guò)程

　?、贆z測(cè)脈沖序列長(zhǎng)度,，由于該脈沖具有112 bit長(zhǎng)度，進(jìn)行下一步識(shí)別,。

　?、谔崛∏? B的DF字段，判斷DF=20,，可判斷為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答亦或可以進(jìn)一步識(shí)別,。

　　③提取DF后3 bit為0,，故無(wú)法識(shí)別是哪種消息,，執(zhí)行下一步。

　?、芗僭O(shè)為ADS-B消息提取ME數(shù)據(jù)中表示type字段的值為0,，故無(wú)法識(shí)別飛機(jī),。所以為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)。

　?。?）對(duì)序號(hào)4信息脈沖序列的識(shí)別過(guò)程

　?、贆z測(cè)脈沖序列長(zhǎng)度，由于該脈沖具有56 bit長(zhǎng)度,，可斷定非ADS-B信號(hào),，故為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)。進(jìn)一步識(shí)別消息類型,，執(zhí)行步驟②,。

　　②提取DF字段信息位,，判斷DF=4,，為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)中監(jiān)視高度應(yīng)答信號(hào)。

5 結(jié)論

　　本文針對(duì)SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號(hào)與ADS-B信號(hào)提出了一種簡(jiǎn)單可行的甄別處理方法,，該方法可對(duì)這兩種同頻率下的信號(hào)在噪聲較低的情況下進(jìn)行有效的甄別,。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該方法可望在民航空管目前的多種對(duì)空監(jiān)視系統(tǒng)的綜合應(yīng)用中完善信號(hào)的處理能力,，從而進(jìn)一步提高各種新型監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用效率,。

參考文獻(xiàn)

　　[1] TIMMERMAN J， JONES D R. Runway incursion prevention system ADS-B and DGPS data link analysis dallas-fort worth international airport[R]. NASA/CR-2001-211242,， Virginia,， NASA， 2001.

　　[2] 王子龍.ADS-B監(jiān)視數(shù)據(jù)質(zhì)量分析[D].廣漢:中國(guó)民用航空飛行學(xué)院,，2013.

　　[3] 王洪，劉昌忠,，汪學(xué)剛.二次雷達(dá)S模式綜述[J].電訊技術(shù),，2008（7）：113-118.

　　[4] SPALDING D J. Mode S-the future[J]. IEEE Aviation Surveillance Systems， 2002,，1（2）：1-4.

　　[5] 闞茜.空中交通管制S模式二次雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)研究[D].南京：南京理工大學(xué),，2008.

　　[6] CHUNG W W， STAAB R. A 1090 extended squitter automatic dependent surveillance-broadcast（ADS-B） reception model for air-traffic-management Simulations[C]. AIAA Modeling and Simulation Technologies Conference and Exhibit,， 2006.

　　[7] 張鵬,，王運(yùn)鋒.機(jī)載應(yīng)答機(jī)A/C模式應(yīng)答信號(hào)的識(shí)別方法[J].信號(hào)處理，2012（4）：559-564.