基于阵列天线的ADS-B解交织系统硬件实现

作     者：韩斌 

作者单位：中国民航大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡铁乔

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 

主      题：ADS-B 交织检测 解交织 阵列天线 FPGA 

摘      要：广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B）是一种将卫星导航、通信、机载设备以及地面设备等先进技术相结合的新一代监视技术,在民航监视中得到了广泛应用。随着目前空域流量的不断增加,装载ADS-B系统的航空器的数目也逐渐增多。由于ADS-B信号的广播特性,不同的ADS-B系统发射的信号在被接收时将不可避免地出现信号交织的现象,从而导致接收机错误地读取或丢失航空器的位置信息与状态信息,最终影响航空运输的安全。为解决ADS-B系统通信时的信号交织问题,结合FPGA的工作特点和实时系统的要求,对ADS-B交织检测算法和解交织算法进行优化。在实验室现有的抗压制性与抗欺骗式干扰接收机系统的基础上,增加其信号交织检测和解交织功能,以解决现有ADS-B硬件接收机无法解析交织信号的问题。首先,介绍基于二阵元特征值的交织检测算法和投影解交织算法的基本原理,并根据算法对实采数据的处理结果,对算法进行基于现有FPGA信号处理平台的优化改进。针对交织检测算法在实采数据验证时需要对缓存的完整交织信号做标准化处理才能匹配交织判决域的问题,设计一种计算ADS-B信号的动态门限值的方法,并根据小特征值与其动态门限值的大小关系来判断信号是否出现交织。同时将解交织算法中求解特征向量、广义逆矩阵等复杂的过程优化为对信号的协方差矩阵求逆,优化后的算法适用于硬件实时系统并且易于实现。然后,介绍ADS-B解交织系统的硬件组成,并分别对其各个模块做具体的功能设计,根据设计方案阐述解交织系统的功能模块的具体硬件实现过程并对实时数据进行处理分析。最后,利用ADS-B信号发射机通过天线发射不同功率的ADS-B信号对系统进行性能测试。测试分析结果表明,系统能够有效分离ADS-B交织信号,在实测中性能稳定,具有实用价值。