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星基ADS-B虚假目标验证方法

工业控制计算机 2023年第11期36卷 12-14,17页

作者：安强李家蓬黄枭陈琴牟光红四川九洲空管科技有限责任公司四川绵阳621000

针对传统ads-b用于对新型军民航空器的监视存在的时空局限性问题,提出了星基ADS-B系统。该系统首先利用合理的卫星构架,让目标被2个以上卫星覆盖,通过卫星内置GNSS实现时间同步,对接收的信号实时译码得到ads-b报文并传入地面数据中心,... 详细信息

针对传统ads-b用于对新型军民航空器的监视存在的时空局限性问题,提出了星基ADS-B系统。该系统首先利用合理的卫星构架,让目标被2个以上卫星覆盖,通过卫星内置GNSS实现时间同步,对接收的信号实时译码得到ads-b报文并传入地面数据中心,解决了监视空域覆盖范围不足的问题;其次,地面数据中心进行位置解析和航迹生成的过程,不同的卫星下传同一条报文开展TDOA计算得到目标位置信息,然后进行比较确认有效信息,解决了ads-b监视系统可能得到虚假目标的问题。实验结果表明,在复杂的连续飞行航班及其目标信息确认高要求的情况下,结合卫星构架,利用信号TDOA计算,在一定的误差范围内,对星基ADS-B目标真实性和有效性验证是有效的。

关键词：星基ADS-B TDOA 虚假目标

星基ADS-B监视性能评估软件的设计与实现

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星基ADS-B监视性能评估软件的设计与实现

作者：王凤鑫中国民航大学

学位级别：硕士

星基广播式自动相关监视（ads-b）系统是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段,该系统通过将ads-b接收机部署于低轨道卫星中,利用卫星组网实现对全球航空器的可靠监视。星基ADS-B系统是一项复杂的系统工程,其监视数据质量受全球卫星... 详细信息

星基广播式自动相关监视（ads-b）系统是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段,该系统通过将ads-b接收机部署于低轨道卫星中,利用卫星组网实现对全球航空器的可靠监视。星基ADS-B系统是一项复杂的系统工程,其监视数据质量受全球卫星导航系统、星间链路传输等多种因素的影响,星基ADS-B系统监视性能能否达到空中交通管理系统标准尚缺少足够的研究。论文围绕星基ADS-B系统监视性能评估问题,完成以下工作:（1）根据现有民航标准,结合国内星基ADS-B实验系统现有条件,针对航路5海里飞行间隔,从水平位置、气压高度、航迹速度三方面,给出星基ADS-B系统监视性能评估方法;从载荷覆盖范围、位置消息更新间隔、传输延迟三方面,给出星基ADS-B系统载荷性能评估方法。（2）设计实现星基ADS-B监视性能评估软件。首先分析软件各项需求,并给出软件概要设计,包括软件总体架构及各模块功能,然后给出软件详细设计,包括数据接入与处理模块、地理信息与航迹显示模块、监视性能评估模块以及数据库管理模块的处理流程,最后搭建软件测试平台,对软件各部分功能进行测试。测试结果表明,软件可以实现ads-b数据接入及实时处理,并对星基ADS-B系统单一航迹、单一接收机以及整体监视性能给出明确判断。（3）基于“天拓三号”实验卫星下传数据对星基ADS-B实验系统监视性能进行评估,评估结果表明:单颗卫星载荷覆盖范围下,星基ADS-B实验系统存在航空器位置消息接收数量不足的问题,主要体现在位置消息更新概率满足监视性能标准的比例较小,目标丢失概率较大;水平位置误差均方根满足ATM系统5海里间隔标准,巡航状态下气压高度正确数据比例大于98.5%。

关键词：星基ADS-B 监视性能评估更新概率误差分析

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基于星基ADS-B的飞行间隔评估方法研究

基于星基ADS-B的飞行间隔评估方法研究

作者：韦阿辉中国民航大学

学位级别：硕士

星基广播式自动相关监视系统(星基ADS-B)是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段。星基ADS-B系统与陆基ads-b系统本质上相同,但由于星基ADS-B系统需要经过更长的空间链路传输和星间链路传输,因此有些数据质量指标会有所差异,具体表现... 详细信息

星基广播式自动相关监视系统(星基ADS-B)是实现广域范围内航空器监视的重要技术手段。星基ADS-B系统与陆基ads-b系统本质上相同,但由于星基ADS-B系统需要经过更长的空间链路传输和星间链路传输,因此有些数据质量指标会有所差异,具体表现为:星基ADS-B系统的报文更新间隔和报文传输延时会增大,而报文更新概率会降低,基于上述原因,需要进一步验证适用于陆基ads-b系统的飞行间隔是否适用于星基ADS-B系统。主要研究内容为:1.为了分析在无雷达区航路阶段平行航路情形下使用星基ADS-B系统时5海里的间隔标准能否满足安全目标水平这一问题,使用监视间隔误差概率(Surveillance Separation Error Probability,SSEP)模型计算基于星基ADS-B监视的飞行间隔的安全水平。首先,给出了国际民航组织(International Civil Aviation Organization,ICAO)所认可的飞行间隔安全评估方法,即“参考系统比较法”和“绝对法”;其次,详细推导了危险接近概率和监视间隔误差概率的计算公式;然后分析了星基ADS-B系统监视位置误差,并计算单脉冲二次监视雷达(Monopulse Secondary Surveillance Radar,MSSR)系统的参考基准间隔;最后,基于“参考系统比较法”,计算星基ADS-B系统的监视间隔误差大于参考基准间隔的概率,并与ICAO所设定的安全目标水平进行对比。理论计算得到星基ADS-B系统的监视间隔误差概率为2.98?10,表明在无雷达区平行航路阶段,5海里的间隔标准能够满足安全目标水平的要求。2.星基ADS-B系统存在多种监视位置误差源,使用统一的高斯分布难以准确描述每种监视误差源的真实分布情况,因此给出了混合分布(高斯分布、双指数分布、均匀分布)下星基ADS-B监视位置误差的概率密度函数,并分析上述各种分布对星基ADS-B监视间隔误差概率的影响,结果表明均匀分布的影响最为显著。

关键词：星基ADS-B 安全评估安全目标水平监视位置误差监视间隔误差概率

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星基ADS-B监视性能仿真研究

星基ADS-B监视性能仿真研究

作者：李少洋中国民航大学

学位级别：硕士

星基ADS-B是民航领域新一代监视技术,通过将高灵敏度接收机安装于低轨卫星从而实现对世界范围内飞机的可靠实时监视。由于星基ADS-B系统的工作频率为1090MHz,该频率为多数航空通信系统共享使用,导致星基系统内部存在共信道干扰,这将限... 详细信息

星基ADS-B是民航领域新一代监视技术,通过将高灵敏度接收机安装于低轨卫星从而实现对世界范围内飞机的可靠实时监视。由于星基ADS-B系统的工作频率为1090MHz,该频率为多数航空通信系统共享使用,导致星基系统内部存在共信道干扰,这将限制星基ADS-B系统在民航领域的应用,因此开展星基ADS-B监视性能的仿真研究工作具有重要意义,论文的主要工作如下:一、为揭示星基ADS-B系统共信道干扰对系统监视性能的影响,提出基于网络仿真软件对星基ADS-B监视性能进行仿真研究的方法。首先给出系统模型,随后理论分析给出消息的正确接收概率、位置消息的更新间隔及位置报告的更新间隔计算公式,以此为基础给出系统的监视容量计算公式,最后基于SNS软件构建了星基ADS-B仿真系统,仿真验证了理论结果的正确性。研究表明:星基系统监视容量主要取决于飞机-卫星链路误码率、星-地链路误码率、ads-b应用子系统要求的位置报告更新间隔及卫星数目,并且改善飞机-卫星链路误码率能显著提升系统的监视容量。二、为了评估星基ADS-B接收机的监视性能,提出一种基于真实ads-b报告得到全球飞机的空-时分布特性的方法。首先对包含有全球飞机分布信息的ads-b报告进行解码,得到飞机的空-时分布,然后统计卫星覆盖范围内实际的飞机数量进行分析。研究表明:全球飞机大多分布在北纬30至北纬60 区域,其中欧洲和北美洲的飞机数量较为庞大;对于飞机密度大的地区,单通道ads-b接收机不能满足其监视需要。

关键词：星基ADS-B 共信道干扰监视容量网络仿真飞机的空-时分布

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星基ADS-B系统与传统监视手段对比研究

信息技术与信息化 2022年第6期 171-174页

作者：罗云飞中国电子科技集团公司第十研究所四川成都610036

通过介绍和对比民用航空体系中普遍采用的空中交通管制系统、自动相关监视系统、多点定位系统、飞机寻址与报告系统等传统航空监视应用手段,研究了星基ADS-B技术的基本原理、产生背景和国内外发展现状,比较了各种监视手段在监视应用、... 详细信息

通过介绍和对比民用航空体系中普遍采用的空中交通管制系统、自动相关监视系统、多点定位系统、飞机寻址与报告系统等传统航空监视应用手段,研究了星基ADS-B技术的基本原理、产生背景和国内外发展现状,比较了各种监视手段在监视应用、监视能力、所需监视性能等方面的差异,并从系统原理、系统能力、优缺点等角度出发,探讨星基ADS-B的使用场景和特殊应用价值,提出构建我国自主可控星基ADS-B系统的建议和思路,指出未来开展星基ADS-B系统研究中应尽快突破的关键问题。

关键词：监视空中交通管制自动相关监视飞机寻址与报告系统星基ADS-B 所需监视性能

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星基ADS-B多重交叠信号分离算法研究

星基ADS-B多重交叠信号分离算法研究

作者：刘慧中国民航大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视(ads-b)是航空监视的主要新技术之一,飞机通过对外广播包含位置、身份、速度等信息的ads-b报文,实现信息共享和空中交通监视。目前ads-b监视系统以地面系统为主,由于地面基站的覆盖范围小、部署成本高,陆基ads-b系统... 详细信息

广播式自动相关监视(ads-b)是航空监视的主要新技术之一,飞机通过对外广播包含位置、身份、速度等信息的ads-b报文,实现信息共享和空中交通监视。目前ads-b监视系统以地面系统为主,由于地面基站的覆盖范围小、部署成本高,陆基ads-b系统不利于覆盖大面积的空域以及洋区和偏远地区。因此,星基ADS-B系统应运而生。与陆基ads-b系统相比,星基系统具有一系列新的特点,包括覆盖范围更广,信噪比更低,信号功率差异更小。这些新特点使ads-b信号在星载ads-b接收机处的冲突更加严重。本文主要研究星基ADS-B多重交叠信号的分离算法。独立成分分析(ICA)是当今盲信号分离的主要技术手段之一。本文对信号交叠模式进行建模分析,通过计算信号交叠概率和飞机数量的关系,阐明了信号分离的必要性和重要性。共采用了三种不同的盲信号分离算法对星基ADS-B交叠信号进行仿真分离,并对基于负熵的快速ICA(FastICA)算法进行了优化。首先,研究扩展投影算法,并运用该算法对星基ADS-B信号进行分离,利用矩阵重组、秩分解等手段,最终得到源信号的估计。然后,研究ICA算法。为了减少计算量,在进行信号分离之前,先对ads-b交叠信号做零均值化和白化等预处理。针对FastICA算法存在的局部极大值和收敛依赖于初始权值的问题,在经典的FastI-CA算法中引入了松弛因子,得到松弛改进的FastI-CA算法并将其应用到星基ADS-B信号处理中。最后,分别采用特征矩阵近似对角化(JADE)算法和松弛改进的FastICA算法对多重交叠ads-b信号进行模拟分离实验,将采用松弛改进的FastICA算法分离出来的信号与源ads-b信号作相关性分析,验证算法的可行性,并比较松弛改进的FastICA算法与经典FastICA的可靠性和收敛速度。实验结果表明,这三种算法都能够较好地解决星基ADS-B信号交叠问题,与其他盲信号分离算法相比,松弛改进的FastICA算法不仅减少了计算量、更适于硬件执行,也改善了算法的鲁棒性,使算法能够实现大范围收敛。

关键词：星基ADS-B 盲信号分离独立成分分析快速ICA算法松弛因子

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星基ADS-B碰撞报文恢复技术研究

星基ADS-B碰撞报文恢复技术研究

作者：邓权中国民航大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-broadcast,ads-b）技术是目前国际民航组织主推的空域监视技术。为了保证飞行安全,国内外几乎所有的航空器都配备了ads-b收发设备,因为飞机飞行过程中的速度、航班识别码和位置... 详细信息

广播式自动相关监视（Automatic Dependent Surveillance-broadcast,ads-b）技术是目前国际民航组织主推的空域监视技术。为了保证飞行安全,国内外几乎所有的航空器都配备了ads-b收发设备,因为飞机飞行过程中的速度、航班识别码和位置等重要信息由自身搭载的ads-b发射机不断向外广播,可以让空管实时监管,避免航空事故的发生。由于现行地面基站的覆盖范围小,在海洋和极地等地区难以部署,陆基ads-b系统仅能监视航空流量密集的重要区域,而且当前的监视系统在空域流量剧增的情况下,已经难以满足当前民航安全领域的监视需求。因此,提出了星基ADS-B系统的概念。星基ADS-B系统综合部署成本低,依托卫星的高度优势,完成星座组网后可以实现全球范围内的空域监视。然而相比现行的监视基站,由于天线覆盖范围呈现几何倍的增长,导致碰撞报文的增加,报文碰撞会使得解码后的ads-b信息出现错误或者直接丢失部分有用信息,严重影响空管对飞机的监视。本课题主要研究星基ADS-B碰撞报文的分离与恢复技术。首先介绍了星基ADS-B的系统组成,研究ads-b 1090ES报文的帧格式、报文碰撞混合模型以及机载ads-b设备广播不同报文信息的频率。最后介绍了两种常用的信源数估计算法。其次,针对信号的碰撞问题,星基ADS-B系统必须具有分离碰撞交叠信号的能力。因此,分析了机载ads-b设备广播报文的随机时间间隔对报文碰撞的影响,并提出了一种基于泊松过程的报文碰撞概率模型,同时分别研究了不同情况下两个及多个报文碰撞的概率,最终得出星基ADS-B系统至少需要具备分离两个或三个报文碰撞的能力,为后面选择分离算法提供理论基础。最后,研究了两种从混合信号中分离与恢复源信号的有效方法。盲源分离算法利用源信号的独立性,通过求解解混矩阵将源信号从混合信号中分离出来。投影算法（Projection Algorithm,PA）利用S模式混合信号在时域上呈现出的一些特点,运用奇异值分解数学原理和MOORE-PENROSE广义逆矩阵等相关数学知识求解出分离矩阵,从而估计出源信号。仿真研究表明,以上两种方法可以用来实现混合信号的分离与恢复。

关键词：星基ADS-B 碰撞概率盲源分离信号分离与恢复

星基ADS-B信号模拟与测试软件的设计实现

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星基ADS-B信号模拟与测试软件的设计实现

作者：李阳波中国民航大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视（ads-b）目前广泛应用于航班跟踪和空中交通管制（ATM）中。与传统的陆基ads-b系统相比,星基ADS-B系统具有覆盖范围更广和不受地形限制的优势。因此,全球各国正大力推广和发展星基ADS-B技术。但是,星基ADS-B信号存... 详细信息

广播式自动相关监视（ads-b）目前广泛应用于航班跟踪和空中交通管制（ATM）中。与传统的陆基ads-b系统相比,星基ADS-B系统具有覆盖范围更广和不受地形限制的优势。因此,全球各国正大力推广和发展星基ADS-B技术。但是,星基ADS-B信号存在信号功率低、多普勒频移大和易交织等问题。针对星基ADS-B信号的特点,模拟星基ADS-B信号,对星基ADS-B接收机进行测试,在星基ADS-B接收机的设计和研制过程中起着重要作用。设计了一款星基ADS-B信号模拟与测试软件,可实现对多个目标发送的星基ADS-B信号的模拟,以完成对星基ADS-B接收机的测试。首先,对多天线低轨道卫星进行建模并对卫星覆盖区域内目标的航迹进行仿真。通过计算目标相对于卫星的径向速度求得信号多普勒频移,通过卫星通信链路公式求得信号功率。通过仿真报文更新时间的随机特性模拟信号间的交织。同时实现对卫星覆盖区域和目标航迹的显示。其次,通过对航迹数据中的位置、速度等信息编码生成ads-b报文。把包含报文、功率、多普勒频移、交织信息等内容的星基ADS-B专用报文数据发送给下位机,下位机根据专用报文中的信息实时地生成星基ADS-B模拟信号。最后,搭建测试平台向被测接收机发送星基ADS-B模拟信号。通过对发送数据和接收机返回数据进行对比分析,计算接收机的报文接收率,对接收机性能进行测试。

关键词：星基ADS-B 多普勒频移交织多天线卫星通信链路

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星基ADS-B系统监视性能可用性评估

星基ADS-B系统监视性能可用性评估

作者：于克非中国民航大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视(ads-b)作为国际民航组织确定的未来主要监视系统,将通信、导航、监视以及接收站搭建等先进技术相结合。ads-b通过地面接收站获取航空器相关信息,为弥补地面站在沙漠、海洋和极地等偏远地区建设成本高、技术复杂的不... 详细信息

广播式自动相关监视(ads-b)作为国际民航组织确定的未来主要监视系统,将通信、导航、监视以及接收站搭建等先进技术相结合。ads-b通过地面接收站获取航空器相关信息,为弥补地面站在沙漠、海洋和极地等偏远地区建设成本高、技术复杂的不足,可在卫星上搭建ads-b接收机实现对全球空中交通的监测与管制。2015年9月,由国防科技大学自主研发的“天拓三号”微纳卫星发射成功,该卫星搭载一台ads-b接收机,可以持续接收航空器发送的报文信息。为评估星基ADS-B系统的监视性能指标,获取卫星接收的ads-b报文数据,解析数据并整理报文信息。分别对所需监视性能的三个评价指标:更新时间间隔、数据完好性和数据准确性进行分析。最后采用接收机自主完好性监测(RAIM)算法,提取卫星历书文件和报文的接收时间、经纬度和高度信息,通过MATLAb软件仿真计算报文位置信息的可见星数目和水平完好性限制(HPL)数值,与报文提供的导航完整度类别信息(NIC)相比较,完成星基ADS-B系统的可用性评估。将星基ADS-B监视性能的评估结果与所需监视性能要求相对比,得到的结论有:日平均接收报文数量较少,报文丢包率较高,报文信息的更新时间间隔整体偏高,监视数据的完好性和准确性比较好。最终,星基ADS-B系统监视性能的可用性达74.52%,还未能满足所需监视性能可用性99.9%的指标要求。

关键词：星基ADS-B 报文解析所需监视性能导航完整度类别信息接收机自主完好性监测可用性评估