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基于NS2的1090es数据链设计与仿真

基于NS2的1090ES数据链设计与仿真

作者：蔡馥晗北京邮电大学

学位级别：硕士

传统的航空监视与管理系统主要依赖雷达技术,但雷达的部署依赖地面条件,同时雷达的覆盖受地形影响很大,因此航空管理领域存在着众多问题,尤其是对于低空空域飞机的监视和管理相对滞后。为有效解决上述问题,航空电信网提出使用广播式自... 详细信息

传统的航空监视与管理系统主要依赖雷达技术,但雷达的部署依赖地面条件,同时雷达的覆盖受地形影响很大,因此航空管理领域存在着众多问题,尤其是对于低空空域飞机的监视和管理相对滞后。为有效解决上述问题,航空电信网提出使用广播式自动相关监视（ADS-B）技术实现航空监管。 ADS-B技术以数据链技术和GPS技术为基础,使用大覆盖范围的数据链广播飞行状态信息报文,通过报文中携带的GPS位置信息实现飞机飞行状态的精确监控。ADS-B技术可以有效地解决航空领域的自动监管问题,还可以促进自由航路的实施。 1090es数据链是承载ADS-B报文的重要数据链之一,在航空监管方面起着重大作用。对1090es数据链进行研究及仿真,将对航空通信事业的发展起到推动作用。论文通过对1090es数据链的工作原理进行详细分析,提出了1090es数据链的仿真模型,并设计实现了1090es数据链仿真系统,为我国在1090es数据链、ADS-B报文应用等方面的研究起到重要的参考作用,并对航空自动化监管领域相关系统的研究、分析与设计打下了基础。论文首先根据航空数据链的技术特点及航空监管技术对数据链的要求,分析了1090es数据链系统的仿真需求,选定NS2为本文的仿真工具。在对1090es数据链进行分析的基础上,根据数据链结构和NS2仿真工具的特点,设计了基于NS2的1090es数据链仿真系统总体模型,并使用NS2仿真工具对该模型进行了详细设计与实现。论文最后针对1090es数据链仿真系统的仿真目标,提出了网络规模、系统报文交付率、系统报文丢失率、MAC层端到端时延、信道利用率等仿真指标,设计了1090es数据链仿真方案,对1090es数据链进行了仿真分析,评估了1090es数据链系统的总体性能及其优缺点,给出了1090es数据链的适用性分析结论。

关键词： 1090es数据链 ADS-B NS2 随机接入

基于Android平台的1090es数据链数据采集系统

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计算机测量与控制 2016年第6期24卷 168-169,198页

作者：汤国防闫永恒张寒雪中国电子科技集团公司第十五研究所国家空管科技自主创新基地北京100083

随着空中交通管理技术的发展,1 090 MHz扩展电文(1090es)数据链已经成为承载地空通信、空空通信的重要数据链,在民用航空及通用航空领域得到了广泛应用;传统的二次雷达或ADS-B地面站设备大而沉重,为了构建便携、低成本的1090es数据链数... 详细信息

随着空中交通管理技术的发展,1 090 MHz扩展电文(1090es)数据链已经成为承载地空通信、空空通信的重要数据链,在民用航空及通用航空领域得到了广泛应用;传统的二次雷达或ADS-B地面站设备大而沉重,为了构建便携、低成本的1090es数据链数据采集系统,提出了一种基于Android智能终端和广播数据采集板卡的解决方案,利用1 090 MHz天线接收广播信号,由单片机(PIC18F2550)实现模数信号转换,通过USB-OTG接口发送至Android智能终端;开发了数据采集APP,实现数据的融合解译、数据采集以及航空器的飞行监视;经测试验证,系统能够有效采集1090es数据链公开协议航空数据,覆盖范围超过150公里,即插即用,应用前景广泛。

关键词： 1090es数据链安卓系统数据采集飞行监视

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1090es数据链系统监视性能评估

1090ES数据链系统监视性能评估

作者：周洋洋中国民航大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视是一种利用空地、空空数据链进行空中交通监视和信息传递的新航行技术,也是未来空中交通管理的主要监视手段。然而在实际应用中,1090MHz信道存在严重的共信道干扰,导致1090es数据链系统监视性能的恶化,因此,为了保障... 详细信息

广播式自动相关监视是一种利用空地、空空数据链进行空中交通监视和信息传递的新航行技术,也是未来空中交通管理的主要监视手段。然而在实际应用中,1090MHz信道存在严重的共信道干扰,导致1090es数据链系统监视性能的恶化,因此,为了保障空中交通管理系统的安全运行,需要开展1090es数据链系统的监视性能研究。论文研究内容如下:第一,为了得到接收距离和接收空域内飞机密度对位置报告更新间隔的影响程度,构建了一套地基1090es数据链实验系统,采集了天津滨海国际机场附近的DF17消息,统计分析了不同接收距离和不同密度条件下的正确位置报告更新间隔。研究表明:1)位置报告更新间隔呈现多峰值形态分布;2)随着接收距离和飞机密度的增加,该接收空域内的96%位置报告更新间隔也随之增大,但在接收机的接收范围内都满足EUROCAE指定的地基1090es数据链系统位置报告更新间隔要求。第二,为了得到1090es数据链系统中时延偏差对监视精度的影响程度,提出了一种时延估计方法。首先分析了报文传输时的时延来源,随后根据收集到的位置报和速度报以及高精度GPS时间戳计算时延非常数部分的标准偏差,进而得到由时延偏差导致的位置误差。研究表明:实验分析了145架飞机航迹数据,其中124架飞机航迹数据估计的时延偏差小于100 ms,在航行速度为300节的条件下,对应的位置偏差小于15.43米;也有一小部分接收的1090es数据估计得到的位置偏差较大,会对1090es数据链系统的监视精度造成较大影响。

关键词： 1090es数据链广播式自动相关监视位置报告更新间隔监视性能时延位置误差

ADS-B导航系统解交织与抗欺骗性干扰技术研究

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ADS-B导航系统解交织与抗欺骗性干扰技术研究

作者：匡振东电子科技大学

学位级别：硕士

广播式自动相关监视（AutomaticDependentSurveillance-Broadcast,ADS-B）是除一次监视雷达、二次监视雷达外的三大主要飞机监视手段之一，是国际民航组织和中国民用航空局正式确定并推广的监视技术。1090MHzS模式扩展电文（1090MHzMode... 详细信息

广播式自动相关监视（AutomaticDependentSurveillance-Broadcast,ADS-B）是除一次监视雷达、二次监视雷达外的三大主要飞机监视手段之一，是国际民航组织和中国民用航空局正式确定并推广的监视技术。1090MHzS模式扩展电文（1090MHzModesExtendedSquitter,1090es）数据链是ADS-B三种数据链中应用最广泛的一种。　　由于ADS-B系统固有缺陷，使其面临严重的交织干扰和欺骗性干扰安全问题，研究ADS-B导航系统解交织与抗欺骗性干扰技术对保障我国航空安全具有重要理论意义和实用价值。本文针对1090es数据链ADS-B系统解交织与抗欺骗性干扰技术进行研究，主要工作内容和贡献如下：　　（1）研究了空域和时域解交织技术。提出以最大旁瓣电平为适应度，基于遗传算法搜索互质阵最优布阵参数的方法，提高阵列孔径和自由度的同时减小多重信号分类（MultiplesignalClassification,MUSIC）算法时间复杂度。针对空域解交织，在均匀线阵和互质阵基础上通过MUSIC算法、常规波束成形（ConventionalBeamForming,CBF）算法、最小方差无失畸变响应（MinimumVarianceDistortionlessResponse,MVDR）算法和线性约束最小方差（LinearlyConstrainedMinimumVariance,LCMV）算法进行DOA估计与波束成形实现空域交织信号分离。针对时域解交织，分别研究了天线阵列和单天线情况下基于正交投影算法（ProjectionAlgorithm,PA）和单天线正交投影算法（ProjectionAlgorithmSingleAntenna,PASA）算法，分离时域重叠的两条ADS-B信号以得到独立信号。　　（2）提出了一种基于贝叶斯优化超参数的长期短期记忆网络（BayesianOptimization-LongShortTermMemory,BO-LSTM）的航迹分类方法，相对于传统基于ADS-B语义的机器学习分类方法，该方法能在欺骗ADS-B发射机在一定时延后完全破解真实信号时进行航迹分类，并充分发挥飞行轨迹信息长时间序列性和长期依赖性的优势。为注重训练过程中分类难度大的样本，解决误分类代价问题，将传统的交叉熵损失函数改进为焦点损失函数。同时，通过贝叶斯优化算法优化LSTM网络超参数，相较于经验值设定超参数，提升LSTM网络学习性能。　　（3）研究了基于卡尔曼滤波的运动状态处理方法。对飞机匀速直线飞行状态和匀加速直线飞行状态进行建模，并使用卡尔曼滤波进行运动状态处理以得到误差更小的运动状态信息。　　（4）提出了一种基于数据融合的飞机运动状态一致性验证方法。针对传统几何位置局部相关函数定义宽泛，提出了以RNP-1为标准量化距离误差的更为严格的几何位置局部相关函数。在此基础上，基于像素级数据融合框架，提出支持度加权的全局相关函数求解方法，利用数据间相关度信息，降低权值设定的主观性和误差较大数据的影响，相较于传统的全局函数求解方法在保留局部相关函数原始信息的基础上，降低错误数据干扰。最后根据一致性验证标准实现真实航迹和欺骗航迹的判别。　　（5）设计并实现了ADS-B解交织与抗欺骗性干扰仿真系统。发射子系统包括阵列天线模块、基带信号模块和调制发射模块。为估计脉冲起始时间、提高阵列自由度，设计并实现了非相干预处理模块。接收子系统还包括时域和空域解交织、BO-LSTM网络航迹分类、运动状态处理和飞机运动状态一致性验证模块。该系统应用解交织与抗欺骗性干扰关键技术，实现真实航迹与欺骗航迹的一体化判别，并通过图形用户界面（GraphicalUserInterface,GUI）实现系统参数设定和真实与欺骗判别结果的输出。

关键词： ADS-B导航系统 1090es数据链抗欺骗性干扰多重信号分类空域交织信号分离

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场面运动目标位置信息广播设备关键技术研究

场面运动目标位置信息广播设备关键技术研究

作者：崔英秀中国民航大学

学位级别：硕士

随着民航业的高速发展,飞机数量和各大机场起降架次日益增多,机场内特种车辆和各类服务人员也随之增加,场面运行环境日益复杂。与此同时,场面监视问题也逐渐凸显,场面特种车辆入侵跑道和场面飞机与车辆之间的冲突碰撞时有发生,给场面运... 详细信息

随着民航业的高速发展,飞机数量和各大机场起降架次日益增多,机场内特种车辆和各类服务人员也随之增加,场面运行环境日益复杂。与此同时,场面监视问题也逐渐凸显,场面特种车辆入侵跑道和场面飞机与车辆之间的冲突碰撞时有发生,给场面运行效率和安全水平带来了严重威胁。基于此,本文对场面运动目标位置信息广播设备的关键技术进行研究,设计开发应用于场面特种车辆及各类服务人员的低成本、便携式位置信息广播设备,使得场面运动目标能够实时广播自身位置、身份等信息,以辅助与补充现有机场场面监视手段,减轻场面运行负担。本文的主要工作如下:1.将1090es数据链技术应用于场面运动目标位置信息广播设备,并对其广播报文协议进行了自定义,使其在一条报文中兼具身份、经度、纬度、速度、航向等信息,极大节约了数据位资源,提高了报文的数据位利用率。2.对场面运动目标位置信息广播设备的硬件关键技术进行了研究,提出了设备的总体架构方案,并具体分析了GNSS接收模块、控制核心、载波生成模块、信号调制模块、电源模块等各模块的功能需求,研究了各自的硬件实现方案并进行了具体的硬件实现,完成该设备的印制电路板设计。3.对场面运动目标位置信息广播设备软件实现中的关键技术进行了研究。重点研究了GNRMC数据帧接收与经纬度等信息提取的软件实现、报文生成过程中的坐标转换算法与循环冗余校验编码以及脉冲位置调制的ARM实现方式,并对可减轻CPU负担的DMA数据传递进行了软件实现。4.对场面运动目标位置信息广播设备的软硬件实现进行了联调实验。展示并分析了GNRMC信息接收与数据提取、基带信号生成、1090MHz射频载波生成、2ASK调制、功率放大等的实验结果,论证了该设备软硬件方案的可行性。

关键词： 1090es数据链位置信息广播设备报文自定义编码坐标转换算法

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基于相位调制的1090es扩容技术研究

基于相位调制的1090ES扩容技术研究

作者：宋妍电子科技大学

学位级别：硕士

基于S模式的1090es数据链是ADS-B系统的一种数据链形式,其数据链容量可通过扩容技术实现扩展。基于相位调制的1090es扩容技术,在不改变1090es数据链标准信号格式的前提下,对现有1090es信号中PPM数据位高电平子脉冲进行脉内调相,通过充... 详细信息

基于S模式的1090es数据链是ADS-B系统的一种数据链形式,其数据链容量可通过扩容技术实现扩展。基于相位调制的1090es扩容技术,在不改变1090es数据链标准信号格式的前提下,对现有1090es信号中PPM数据位高电平子脉冲进行脉内调相,通过充分利用PPM高电平数据位脉冲的相位信息,有效增加1090es数据链的信息承载容量。本文主要研究基于8PSK相位调制的1090es扩容技术中的关键技术,所涉及的主要内容包括扩容信号的系统调制解调、信道编码、载波同步以及扩容信号的解码算法等,主要工作如下:(1)探讨分析了1090es数据链的扩容方案,设计了基于8PSK相位调制的1090es扩容信号的调制解调系统架构,给出了1090es扩容信号的数学模型及扩容数据链模型。(2)研究了基于8PSK相位调制的1090es扩容系统中的RS码校验技术,设计了RS码的码元总长度为54,并通过探讨不同RS码编码效率下的差错性能及其对1090es扩容系统性能的影响,确定了RS码编码效率的最佳选取范围为0.6.7,进而,通过具体分析所选定编码效率范围内RS码的差错性能,进一步确定了信息码元个数可选择为32、34或36。(3)提出了一种适用于1090es扩容信号的载波频偏粗估计与精确估计相结合的载波同步方法。载波频偏粗估计采用频偏捕获技术,将频偏缩小在5k Hz范围内;频偏粗估计之后的剩余频率偏差则通过相位误差跟踪环路或基于分段前馈差分的频偏精确估计方法进行估计并补偿。基于相位误差跟踪环路的频偏精确估计方法,在信噪比高于6d B时,相位信息的正确解码概率大于0.91;基于分段前馈差分的频偏估计方法,在信噪比高于1d B时,频偏估计的归一化均方误差收敛于克拉美罗界,并且,当信噪比为3d B时,相位信息的正确解码概率可以达到0.91。(4)分析了1090es扩容信号的系统解码算法,分别采用基线多点判决法及基于PPM位同步的相干解调法提取1090es扩容信号中的PPM信息和相位信息,当信噪比高于3d B时,PPM信息的正确解码概率达到0.9917,相位信息的解码正确率达到0.9134。

关键词： 1090es数据链相位调制扩容技术信道编码载波同步

基于ADS-B和RTL-SDR的空中交通监视系统

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微型机与应用 2016年第17期35卷 80-83页

作者：王伟玮涂榫 78009部队四川成都610000

介绍了ADS-B技术和1090es数据链并分析了其报文格式,继而介绍了软件无线电技术和RTL-SDR技术。将ADS-B和RTL-SDR技术相结合,搭建了一个涵盖硬件和软件的监控系统,详细描述了系统的组成和实现,并对系统的接收天线进行了设计和改进,用大... 详细信息

介绍了ADS-B技术和1090es数据链并分析了其报文格式,继而介绍了软件无线电技术和RTL-SDR技术。将ADS-B和RTL-SDR技术相结合,搭建了一个涵盖硬件和软件的监控系统,详细描述了系统的组成和实现,并对系统的接收天线进行了设计和改进,用大量的实验数据验证了改进的效果。该监控系统可以较好地达到监控目的,实现成本低,可以作为相关领域技术研究的试验及测试系统,如果加以完善,甚至可以应用到专业领域。

关键词： ADS-B 1090es数据链 RTL-SDR 监控系统

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应用Qt的ADS-B报文解析研究与实现

电光与控制 2018年第4期25卷 69-73页

作者：王尔申翟秋刚李玉峰庞涛曲萍萍沈阳航空航天大学电子信息工程学院沈阳110136 沈阳航空航天大学辽宁省通用航空重点实验室沈阳110136

针对传统的ADS-B报文软件解析过程较为复杂、不易理解的问题,提出一种逻辑简单、易于实现的解析方法。首先,将网口接收的16进制报文数据转换成相应的01字符串。根据ADS-B报文的结构进行CPR算法的程序实现。最后,通过SBS-3设备网络端口... 详细信息

针对传统的ADS-B报文软件解析过程较为复杂、不易理解的问题,提出一种逻辑简单、易于实现的解析方法。首先,将网口接收的16进制报文数据转换成相应的01字符串。根据ADS-B报文的结构进行CPR算法的程序实现。最后,通过SBS-3设备网络端口实时发送ADS-B报文数据,利用Qt平台实现对ADS-B报文数据的接收和解析工作。通过实际测试并与传统方法对比,结果表明:研究的方法和设计的解析程序可以对ADS-B报文数据进行实时解析,其结果与SBS-3设备提供的硬件参考结果相同,实验验证了所提方法的有效性与可行性。

关键词：广播式自动相关监视 1090es数据链报文解析 CPR算法 Qt平台