ADSB系统应答的一种纠错算法设计与实现
摘 要：根据当前广播式自动相关（ADS-B）的工作特点，浅析了ADS-B的工作技术原理，并探讨A/C模式干扰下和S模式重叠下的ADS-B信号解析算法的改进，最终通过C#软件设计与仿真。
关键词：ADS-B；空管；解析算法；仿真；C#
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.09.128
1 引言
广播式自动相关（ADS-B）是民航当前主推的空中交通管制监视重要技术，是基于卫星导航和数据链技术的监视手段，在民航空管全天候监视中的作用越来越突出。本文从实际出发，针对ADS-B在民航汕头空管站的投产情况，设计一个能够满足实际需求的干扰条件下的算法及仿真设计软件，该算法及软件在技术保障工作中作用明显。
2 ADS-B技术原理浅析
当前ADS-B主要有1090ES、UAT和VDL-4三种数据链路传输方式，而国内主要的航空公司的运输飞机都装备了S模式应答机，若采用S模式1090ES技术，ADS-B的整体部署的投入会较少，通过简单升级应答机软件和加装GPS即可。因此，国内ADS-B多数利用1090MHZ的S模式信号和脉冲位置调制编码实现技术要求。
ADS-B的消息前导脉冲总时长为8us，由四个脉冲组成，每个脉冲持续时间在0.5us左右，起始时间分别为0、1us、3.5us、4.5us，第四个脉冲结束3us后数据脉冲开始传输。ADS-B的报文格式为：采用112位数据长报格式，前5个比特位是下行数据链格式，用于判断数据是否为1090ES数据链信息，如该格式解析为17则适用于S模式应答机发射的ADS-B消息。再之，112个1us间隔被分配给每一个ADS-B消息，每个脉冲宽度为0.5us，其传输被定义在每个间隔的前半部分和后半部分，前者在设计上被编码为“1”，后者被编码“0”。相邻间隔被传输的脉冲连续在一起合并为1us。并且其幅度之差不大于2dB。
考虑经济性和技术实现难度，这种方法虽然能够实现简单快捷，但是不可避免带来一系列问题，由于S模式和A/C模式采用同一个频段，因此，此方案不可避免会出现A/C模式的干扰，在相关航路繁忙阶段，容易出现S模式信号重叠现象。
3 改进解析算法的设计与实现
若A/C模式的信号强度不大，对于前导脉冲检测和脉冲位置调制编码的影响不大，可以采用滤波进行滤除。若A/C应答信号较强，则对ADS-B信号预处理造成的影响较大，这种情况较为复杂：首先，对于只干扰前导脉冲，A/C模式应答信号格式只包含一个起始脉冲，一个结束脉冲及数据脉冲。如果干扰出现在第一个脉冲上升沿前，则根据A/C模式信号格式特点存在两个以上的脉冲对ADS-B信号前导脉冲判断造成干扰。因此，对于前导脉冲的判断，必须满足四个前导脉冲位置和两个以上的上升沿，并且根据没有干扰情况下的信号确定相应的信号起始位置和计算功率。另一方面，数据位的解码有两个必须关注的，一是要判断数据位的起始位，判断两个CHIP高低电平进行脉冲位置调制编码，并且采用上升和下降沿来判断解析数据部分。高电平段数据，A/C模式的干扰会影响数据的判断。对于低电平数据段的数据若干扰不大，高电平数据仍然存在一个上升沿过程。若干扰较大则超出的高电平数据段下降沿会变为上升沿，而反过来上升沿会变为下降沿。在判断上升沿时首先定位到上升沿的中心处，低电平收到的干扰将会在50个时钟周期内无法定位，因此算法可以定义其为数据“0”，并且设定好低置信度，根据差值对可信度进行定级，CRC校验将优先考虑低置信度。
针对S模式信号交叠下的情况，也是ADS-B信号干扰处理的一个重要方面。两个S模式信号的交叠是ADS-B信号接收的常见情况，此时必须丢弃弱信号，对强信号进行处理。因此，必须判断较强后来信号是否符合S模式的前导脉冲格式，如果正常则丢弃前者一个脉冲进行信号处理。以1us交叠情况，当检测到信号A时又检测到有信号B，两个信号A、B交叠到一起，信号B的幅度比信号A的幅度大，如果A的参考功率大则容易对后续功率再触发造成影响。同时如果两者之间的时间差为3.5us和4.5us也会出现这种情况。因此算法设计上可以由以下改进：设置相应的脉冲参考功率计算采样点，分别位于信号脉冲开始后的1us、2us、4.5us、5.5us位置处。一是，在1us处，将脉冲开始时间记为0，并以周期1us、2us、4.5us、5.5us进行采样计算，选出最小值和最大值，如果两者之间的差大于或等于3dB则丢弃信号A，反之则进行下一步操作；二是，承上所述，在3.5us处，周期定义为3.5us、4.5us、5.5us、7us，在8us处采样并定义为最小值，0和1us处定义为最大值，两者之间差大于3dB则丢弃信号A，反之继续下一步操作；三是，承上所述，在4.5us处，周期定义为4.5us、5.5us、8us、9us，对采样最小值，并定义0、1us、3.5us三者之间的最大值为本轮的最大值，如果与最小值的差大于3dB，则丢弃信号A。
4 算法仿真及结果
根据上述的算法设计，用C#设计一款能够适用于算法的模拟软件，该软件能够自动随机生成目标信号，并且加入A/C模式信号以及采用易重叠的S模式传输。数据库采用SQL SERVER2011，其与visual2010編译平台有较好的数据交互接口，为开发节省了不少时间成本，软件通过数据库存储数据，并在后台实现对比作业，并加以统计和分析。系统每秒生成1个数据包，大量随机的数据通过系统按照CAT021格式自动生成。
另一方面，软件提供良好的用户交互接口，通过自动随机生成ADS-B信号与接收处理后的信号对比，例如生成信号为8D7800BC58B027CBBA65F31CE2Eh，通过上述处理能够通过CRC校验，说明算法性能较为良好。
5 结束语
本文结合实际工作经验，针对A/C模式干扰和S模式重叠对ADS-B的解析影响，提出对应的方案算法，并在C#软件设计上加以仿真实现，为相关研究提供一种思路。
参考文献：
[1]钟建华，刘卫东，王冬冬，王子龙.ADS-B监视数据质量分析研究[J].西安航空学院学报，2013（03）.
作者简介：洪伟佳（1993-），男，本科，学士，助理工程师，研究方向：民航通信导航。
