ADS-B射频基带一体化接收芯片的基带设计

广播式自动相关监视(ADS-B)接收机为适应不同平台,需要兼顾小型化、低功耗,低成本与高灵敏度。针对已有ADS-B接收机无法同时满足上述需求,本文创新性地提出一种ADS-B射频基带一体化芯片的基带设计。基带利用数字下变频与低通滤波解进行信号解调。采用匹配滤波算法检测帧头,基线多样点技术^[1]提取数据位和置信度。纠错模块基于置信度纠正校验错误的报文。仿真验证与后端设计表明,基带满足最小信噪比71dB,接收报文信号时功耗为9.65mW,接收芯片灵敏度可达-92dBm。     

ADS-B接收机S模式关键算法研究及实现

分析了广播式自动相关监视(ADS-B)模式S接收机的数字信号处理算法,着重阐述了基于参考功率进行位和置信度检测、判定算法的原理。根据接收机的性能参数,提出了一种基于时域处理的置信度算法。该算法主要是利用通过对数字信号的功率幅度值进行对比,然后用一定规则分析对比结果,最终得到数据位的比特位和置信度的高低。文中还给出了置信度算法的可编程门阵列(FPGA)实现方案,采用Verilog HDL语言完成了其功能模块的设计,并进行了电路仿真、实验。实验结果表明,该算法设计合理,能够快速准确地实现ADS-B系统报头的比特位和置信度的检测及提取。     

一种低误码率的ADS-B接收机的设计

针对广播式自动相关监控（ADS-B）接收机存在高误码率的问题,设计一种基于FPGA的ADS-B接收机,通过ADC电路转换解调后的模拟信号为数字信号,并利用FPGA的并行处理的特点,采用流水线方式处理ADS-B信号;利用有关数字滤波和数字信号提取算法,计算得到ADS-B信息,并经过PL2303HX发送电脑上位机中。实验结果证明,可以较好地完成1090MHz ES ADS-B信号的接收,实现了内部数字信号滤波算法和CRC校验,有效地降低设备的误码率。本文网络版地址：http：//www.eepw. com.cn/article/274749.htm     

一种精确帧同步算法及FPGA实现

帧同步算法通过检测帧头信息,使接收机从接收数据流中提取帧起始时刻和初始频偏,以引导解调环路恢复出有效数据。本文首先简要介绍了基于相关的经典帧同步算法原理,然后分析了信道环境对相关性能的影响,最后详细描述了一种经过改进的精确帧同步算法及其FPGA实现结果。该算法综合采用了分段本地相关、分段延迟相关和动态检测门限,有效解决了在大频偏和强噪声环境下的捕获虚（漏）警问题,并通过过采样和平滑提高了帧起始时刻与初始频偏的捕获精度,使解调环路锁定更快。测试表明,该算法复杂度适中,在低信噪比、高频偏环境下也具有优异性能,适合应用于卫星通信接收机。     

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CRC校验的星载AIS系统接收机

为了提升星载船舶自动识别系统(Automatic Identified System)的接收性能,文中提出了一种改进的星载AIS接收机方案。针对多路信号冲突的情况,研究了采用联合维特比解调(JMLSE)算法的AIS接收机误比特特点,选取合适的2比特CRC纠错算法进行纠错,改善信号解调性能。文中针对两路信号冲突情况,在不同功率比、相对时延和频偏条件下进行方案性能仿真。结果表明,使用2比特CRC纠错算法的星载AIS接收方案能够有效降低接收机误包率。     

1090ES模式ADS-B信号自适应门限检测算法

针对1090ES模式ADS-B信号接收处理中利用传统固定门限检测算法时抗噪声性能差、弱信号检测能力弱的问题,分析了1090ES模式ADS-B信号特征、研究了该信号前导脉冲瞬时相关特征,提出一种基于前导脉冲瞬时相关特性的1090ES模式ADS-B信号检测算法,并分析了该算法在不同加性高斯白噪声(AWGN)环境下和不同信号功率条件的信号检测率,实验结果表明该算法在低信噪比、弱信号等条件下均具有较高的信号检测率,且能有效提高信号处理动态范围。     

广播式自动相关监视信号接收系统设计

针对低成本、高性能的广播式自动相关监视(ADS-B)系统的设计需求,研究了ADS-B信号接收技术。基于软件无线电技术,设计了基于1090ES模式的ADS-B信号软件接收机;利用廉价的软件无线电平台(RTL-SDR)及Matlab,对设计进行了验证,实现对民航航班ADS-B信号的实际接收。相对于传统的ADS-B接收机,结构简单,灵活性高,提高了开发效率。     

基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法

本文结合最小绝对差度量(MAD)和(Hausdroff)距离度量两者的基本思想的优点,提出了一种新的对应像素距离相似性度量方法和自适应模板图像匹配跟踪算法,设计了帧间和帧内匹配跟踪置信度,提出了基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法.并对基于匹配跟踪置信度的自适应对应像素距离图像匹配跟踪算法的匹配跟踪性能进行分析,实验结果表明:该算法具有较强的抗噪、抗畸变能力和匹配跟踪稳定性,具有较高的匹配精度和匹配概率.     

基于循环谱特性的扩展二元相移键控解调算法

介绍了扩展二元相移键控调制(Extended BPSK调制,以下简称EBPSK调制)信号模型及其二阶循环谱特性。对平稳信号匹配滤波进行拓展的基础上,提出了一种新的基于循环谱特性的EBPSK解调算法,由此给出基于该解调算法的EBPSK接收机框图,并对该解调算法性能进行了分析,最后进行了仿真验证。理论分析及仿真结果表明:基于循环谱特性的EBPSK解调算法利用噪声与EBPSK信号在循环频率域上的差别,能够有效分离在频域和时域都重叠的噪声和EBPSK信号,为EB-PSK调制的实用化提供一种有价值的参考。     

一种ADS-B报头互相关检测方法

广播式自动相关监视( ADS-B )报头检测方法的优劣直接决定着接收机的性能。为了解决脉冲匹配检测方法受脉冲能量影响较大的不足,提出了一种基带归一化的互相关报头检测方法。首先将基带信号根据动态门限进行归一化,然后将其与标准报头作互相关,最后通过相关峰检测来判定信号的存在和到达时间。与主流基于脉冲位置和上升沿的检测方法相比,该方法隐含地利用了脉冲位置、上升沿、下降沿、脉冲宽度、非脉冲区等多个信息用于检测报头,且无需进行下行格式( DF )认证。仿真结果表明：该方法在信噪比大于2 dB时检测性能略优,在信噪比小于2 dB时检测性能与主流检测方法相差1 dB。在实际接收实验中,以该方法为基础的信号接收效果良好,在视距内可以形成稳定连续的航迹,证明了该方法的实用性。     

Parameter estimation of weak space-based ADS-B signals using genetic algorithm

Space-based automatic dependent surveillance-broadcast (ADS-B) is an important emerging augmentation of existing ground-based ADS-B systems. In this paper, the problem of space-based ultra-long-range reception processing of ADS-B signals is described. We first introduce a header detection method for accurately determining the pulse position of a weak ADS-B signal. We designed a signal encoding method, shaping method, and fitness function. We then employed a genetic algorithm to perform high-precision frequency and phase estimations of the detected weak signal. The advantage of this algorithm is that it can simultaneously estimate the frequency and phase, meaning a direct coherent demodulation can be implemented. To address the computational complexity of the genetic algorithm, we improved the ratio algorithm for frequency estimation and raised the accuracy beyond that of the original ratio algorithm with only a slight increase in the computational complexity using relatively few sampling points.     

基于累加分类的ADS-B交织信号处理方法

广播式自动相关监视作为国际民航组织主推的监视技术,越来越多的飞行器配备了ADS-B收发设备,此外,介于ADS-B信号的广播体制以及空域流量的不断增加,不同的ADS-B信号之间将会发生交织,这种情况同样也会发生在直达信号与多径信号之间;以上两种情况均会给ADS-B信号的解码带来严重影响,相应地会造成信息的错误读取或丢失。本文提出了一种单天线下基于累加判决的解交织算法:首先通过单天线下的有效脉冲位置检测以及基于希尔伯特变换的交织检测分别获得信号的起始位置以及信号交织位置,进而得到两条信号之间的相对时延,从而对数据进行累加并利用K-means方法进行分类,最终得到比特位判决结果以实现交织信号分离。      

低复杂度单天线ADS-B交织位置检测

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B）信号的交织会使信息读取失误,因此解交织技术必不可少。解交织算法通常要先进行交织位置检测,再利用无交织部分信号进行解交织,故交织位置检测是解交织算法中的重要步骤,现有的交织位置检测主要依据奇异值分解（Singular Value Decomposition,SVD）法,但该方法复杂度高且位置检测不够精确。因此本文基于单天线ADS-B信号的时域波形特点,利用交织信号的波形与标准信号的波形差异,提出一种低复杂度的交织位置检测方法。利用报头脉冲位置的固定性对报头进行交织位置检测,再依据数据域脉冲宽度及幅度等特征对该部分信号进行检测。仿真和实采数据结果均验证了本文所提算法可精准、高效地检测到信号的交织位置。      

一种改进的ADS-B信号前导脉冲检测算法

阐述了ADS-B技术的基本原理和发展现状,在此基础上对ADS-B信号的信号格式进行了介绍,并对ADS-B信号4报头脉冲的检测算法进行了分析。针对现有报头脉冲检测算法漏检率较高的问题,提出了一种新型联合置信概率分布检测算法,仿真验证表明,该算法对降低报头脉冲检测的漏检率具有较好的效果。     

低误报率的ADS-B电文报头检测方法

针对ADS-B电文报头检测中的误报问题,提出双门限报头检测方法。该方法根据本地报头与接收信号滑动相关的特点,分别针对关注信号与背景信号给出了恒虚警（CFAR）门限和半幅度门限,综合双门限进行两次检测判决可使方法适用于低信噪比环境,并在进行循环冗余校验之前显著地抑制误报。仿真结果表明,双门限检测方法在低信噪比区间具备与CFAR方法相似的检测性能,在高信噪比区间具有较低的平均样本误报概率。双门限检测方法是一种适用于高动态信噪比范围的具备误报抑制能力的ADS-B电文报头检测方法。      

一种单天线ADS-B交织信号分离算法

随着民航飞机数量的增多,接收到的广播式自动相关监视( Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)信号可能出现多条报文交织的情况,这将导致解码失败.针对单天线ADS-B二重交织信号,提出了一种投影算法与卷积神经网络( Convolutional Neural Net...     

基于最小色散方法的广播式自动相关监视压制式干扰抑制

压制式干扰是广播式自动相关监视(ADS-B)系统面临的最常见且最有威胁的干扰之一。该文将最小色散算法应用到ADS-B信号压制式干扰抑制的研究中。首先,利用ADS-B信号的脉冲特性,将以往只考虑二阶统计量的形式扩展,重新建立p范数约束优化模型。然后,提取观测信号更低阶统计量中的有用信息,将解算最优加权矢量转化为一个最优化问题。最后,解算最优权矢量,对观测信号进行空域滤波,完成ADS-B的压制式干扰抑制,并对抑制结果进行性能分析。文中提供的仿真实验结果验证了算法的有效性,该方法不需要知道ADS-B信号来向,也无需估计协方差矩阵。     

基于EMD的单天线ADS-B交织信号自检测与分离算法

近年来,广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast, ADS-B）凭借其优良的监视性能受到了广泛的关注,国际民航组织将其作为主推的新一代空管监视技术。本文针对于ADS-B信号存在的交织问题,提出了一种单天线解交织的方法:通过经验模态分解将单天线接收到的ADS-B交织信号进行自适应分解,结合信号特点估计出信源个数。在此基础上,针对于分解中出现的模态混叠现象采用相空间重构法进行消除,计算重构中分解出的分量与交织信号的相似系数从而组成新的多维信号,最后采用独立分量分析对构成的多维信号进行解交织。本文将经验模态分解应用于单通道ADS-B信号解交织中,实现了交织信号信源个数的自检测,且该方法对交织信号相对时延不敏感。仿真和实采数据结果均表明,该算法可以有效地解决ADS-B交织信号信源个数估计和分离问题。      

用于ADS-B解交织的高增益稳健PA算法

广播式自动相关监视(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)是基于全球卫星定位系统的航空器运行监视技术,由于ADS-B信号随机接入的广播方式和不断增加的空域流量,不可避免会带来信号交织问题,造成解码信息错误或丢失。本文基于正交投影（Project Algorithm,PA）,利用天线阵带来的信号处理增益,提出了一种高增益稳健的解交织算法:首先利用PA估计源信号的导向矢量,然后结合Capon波束形成算法,提高解交织信号的输出信噪比,考虑导向矢量的估计误差,本文将稳健波束形成（Robust Capon Beamforming,RCB）算法应用于此,从而进一步提高解交织算法的稳健性。仿真和实采数据结果均验证了本文所提算法能够较稳健地提高解交织信号的输出信噪比。