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)傳輸脈沖開始后的8 開始,，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：

　　（1）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。

　?。?）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。

　?。?）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。

　?。?）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,。

　　（5）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,。

　　②提取前5 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。

　?。?）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,。

　　②提取前5 B的DF字段,，判斷該DF=18,，進(jìn)行步驟③識(shí)別。

　?、厶崛F字段數(shù)據(jù),，CF=0判斷為ME字段包含的是ADS-B消息。

　?。?）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,。

　　②提取前5 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。

　?、厶崛F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

　　①檢測(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。

　?、谔崛F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.