ADS-B信号在对流层大气波导中的传播性能

对流层大气环境存在特殊大气结构“大气波导”,可形成电波超视距传播或产生雷达盲区等。目前,通过雷达、GNSS信号等可以对大气波导进行一定程度的反演探测,但均存在一定的不足。ADS-B信号具有应用范围广、信号密度大、实时性高等特点,为此提出利用ADS-B信号受到不同大气环境影响后能量损耗不同的特点对ADS-B信号与对流层大气环境关联性进行分析研究。以武汉地区ADS-B信号数据为例,基于抛物方程传播理论对路径损耗进行仿真分析,并进行了实验验证。结果表明:ADS-B接收信号与仿真结果存在线性相关性并给出线性表述,为后续利用ADS-B信号反演大气波导提供参考依据。

ADS-B系统导频同步算法研究及改进

针对ADS-B接收模块中,低功率信号匹配滤波器输出信号检测峰值低,且报文接收误包率较高的问题,研究和改进了导频同步算法。通过理论分析其原理,合理设计了匹配滤波器参数以实现接收性能改善,验证了基于互相关检测的前导脉冲序列检测方法,优化了匹配滤波器互相关检测延时模型,使得抽样时刻为最大值。仿真结果表明,与初始的模块匹配滤波器相比,所设计的匹配滤波器有效提高了低功率下的峰值,且能够有效降低误包率。

基于ADS-B和WEB的雷达精度分析系统

方位角、俯仰角、距离三维精度是三坐标雷达的重要技术指标,通常使用动态标校的方式进行标定;为解决动态标校试验周期长、成本高、难度大、在使用维护阶段难以实施等问题,文章介绍了一种基于广播式自动相关监视系统(ADS-B)的雷达精度准实时分析系统;文章从ADS-B数据率、位置精度、最大可接收距离等多个方面探讨了民航航迹用于雷达动态精度分析的可行性;采用Django框架设计、实现了WEB架构的雷达精度准实时分析系统;并使用高精度雷达对系统进行了验证、标定、系统误差补偿;最后,系统在某中远程雷达上进行多个批次测试,结果表明该方法有效且可行。

能量特征在ADS-B信号译码中的应用

自动相关监视技术(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast,ADS-B)因其具备高效性和安全性,被广泛应用于空中交通管制。然而传输环境和传输距离的影响会导致部分接收的ADS-B信号十分微弱,从而降低了信号被成功译码的概率。针对此问题,提出了基于能量特征的ADS-B信号循环译码处理方法。该方法是在原始信号中先加入随机高斯白噪声,且原始信号与加入的噪声功率比约为20 dB。然后,根据幂次处理对信号的每个采样点提取局部能量特征,将得到的特征作为新的数据进行循环译码。实验结果表明,该处理方法能明显提高信号的正确译码率,对56条-99 dBm的微弱ADS-B信号的正确译码概率为100%,对56条-100 dBm的微弱ADS-B信号的正确译码概率达到98.2%。

基于航迹质量评估的雷达和ADS-B数据融合方法

雷达和广播式自动相关监视系统(ADS-B)的数据融合是监视“黑飞”无人机和飞鸟等目标的有效手段,然而两种传感器跟踪性能差异较大且易波动,会导致融合精度下降。提出一种基于航迹质量评估的雷达和ADS-B数据融合方法,首先量化评估局部航迹精度、数据更新次数和传感器测量误差对局部航迹质量的影响;其次综合计算局部航迹的质量加权因子,基于分布式融合结构完成异步航迹融合处理;最后通过仿真实验和应用对方法的可行性和有效性进行验证。结果表明:本文提出的融合方法能有效提高融合跟踪精度,在传感器跟踪性能出现波动的情况下,跟踪误差均优于传统航迹融合方法。

面向机载综合监视系统的ADS-B技术综述

广播式自动相关监视(ADS-B)作为机载综合监视系统(ISS)的新增重要组成部分,在保证飞机飞行安全的前提下,在监视成本和效率方面展现出优势,引领了未来监视技术的发展。本文首先介绍了ADS-B系统功能与优劣势,梳理了国内外技术和产品现状;然后从保障飞行安全和高效的角度出发,分析和综述了机载ISS中ADS-B的关键技术,并详细阐述了技术内涵及难点;最后结合下一代空域运行理念,探讨和展望了技术发展趋势,提出了4个ADS-B技术的未来发展方向,为推动ADS-B技术在实际运行与理论研究方面的发展提供参考。

基于正确解码率的ADS-B天线配置模型分析

提出一种广播式自动相关监视(ADS-B)天线配置分析模型,该模型可实现基于本地具体情况获得满足空管管制要求的ADS-B天线部署方案,为后续ADS-B站点部署实施时选择定向/全向天线提供决策工具。本文以报文正确解码率作为评估定向/全向天线效果的直接指标,从飞机数量、雷达/TCAS部署情况、飞机应答/广播速率等3个角度出发,获得空域单目标每秒发送报文的数量,分析其与定向/全向ADS-B接收设备报文解码率的关联性,从而得到定向天线与全向天线配置下报文解码率分析模型,然后设置模型相关参数,通过模型解算获得相应的正确解码率。通过实际录取数据对该模型正确性进行相关验证,结果与理论模型基本保持一致,证明ADS-B天线配置分析模型是正确有效的。

基于链式存储结构的ADS-B信号解码系统设计与实现

针对传统ADS-B信号解码系统的问题,如解码准确率低、数据传输速率小和解码实时性差,本文基于AD9361和Xilinx的Zynq-7000通用软件无线电平台提出了解决方案。该方案通过提高ADS-B信号采样率来提高解码准确率,并进行原理阐述和验证。此外,为了应对采样率增加导致的数据量增加问题,引入了链式存储结构作为DMA的缓存区域。实验结果表明,与传统解码系统相比,本文提出的系统识别并解码ADS-B信号的准确率提高了10%。链式存储结构的引入提高了数据处理速度,满足飞机航迹实时显示需求。此外,该系统的数据传输速率最高可达到682 Mb/s,满足高速数据传输的需求。

ADS-B航空监视系统设计及应用

为应对通用航空行业规模持续增长带来的安全与发展平衡挑战,稳步提升低空通信监视能力,基于广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)技术,分析ADS-B的3种数据链特点及优势,阐述ADS-B航空监视系统的架构、业务流程及监视服务,并针对ADS-B数据清洗、数据处理及可视呈现等关键技术给出了技术实现解决方案。ADS-B航空监视系统已在航空态势监视及航迹分析方面得到应用,具有较好的高并发性能及可视化效果,在推动ADS-B技术在航空监视及空中交通管理方面的应用发展具有实用价值。

一种四通道ADS-B地面站的防欺骗综合解决方法

随着航空交通的不断发展,ADS-B技术已成为一种广泛应用的航空导航和监控技术。然而,ADS-B信号容易受到恶意干扰和欺骗,进而威胁到飞行安全。提出了一种基于四通道ADS-B地面站的防欺骗解决方法,旨在提高ADS-B信号的可靠性和目标真实性判定能力。该方法综合应用四通道测向技术和测距技术,通过定位目标飞机的位置和朝向来判定其真实性,进而能够有效识别虚假目标,从而提升航空安全性,并展示了其在ADS-B系统中的潜在应用价值。

接入ADS-B对航空管制自动化系统的影响研究

航空管制(以下简称"空管")是保证航运安全的关键.随着航空管制的升级,出现了一些新型技术,如ADS-B技术.将ADS-B技术接入到空管自动化系统中以后,航空的监管技术得到明显提升,并且可为管制人员提供实时数据和信息,有助于航空管制工作的开展.阐述了ADS-B技术以及空管自动化系统和ADS-B接入存在的风险,提出了ADS-B技术在空管自动化系统的应用优势.

ADS-B数据精度和完好性指标研究

ADS-B系统因建设维护成本低、定位精度高和更新率快等优点被广泛使用,ADS-B数据质量将直接影响空管运行的平稳程度。文章详细介绍了ADS-B数据精度和完好性指标,并结合实际案例阐述了ADS-B数据精度及完好性指标对自动化系统航迹的影响,有助于相关技术人员更好地使用ADS-B数据。

基于SRTM3的岸基ADS-B接收站覆盖性能比较分析

广播式自动相关监视(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)技术在民航领域获得广泛应用,ADS-B信号遵循相关民航标准,可作为已知相关信息的空中辐射源.为了研究岸基ADS-B接收站在电波传播领域的应用,提出了一种基于航天飞机雷达地形测绘任务3″×3″精度(shuttle radar topography mission 3second,SRTM3)数据的岸基ADS-B接收站覆盖性能预测方法.基于高精度的SRTM3地理高程数据,考虑不规则地形的影响,通过计算不同方位上的遮蔽角,进行ADS-B接收站的遮蔽角以及标准大气环境下的理论预测覆盖性能分析,理论与实测结果的一致性表明算法有效.基于2021-06-18—2022-05-31约1年实测ADS-B数据,给出了各月份理论与实测覆盖性能比较,结果表明:在存在飞机进入和穿出理论覆盖范围的方位上,11月份、12月份、1月份预测误差较小,平均误差小于22 km;其他月份则误差较大,平均误差可达200 km.这些结果可为ADSB信号的覆盖算法性能提升提供参考.

基于Petri网的终端区ADS-B监视系统及其可靠性研究

为辅助塔台管制人员决策,提升航空器运行安全性,提出一种以广播式自动相关监视(ADS-B)数据为数据源的终端区监视系统。首先,基于系统需求分析系统架构特征,利用面向对象Petri网(OOPN)灵活、易于模块化设计等优点,将复杂系统模块化,分别建立子系统模型,依据子系统间的交互关系建立整体系统简化模型,并分析模型的可靠性;然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,然后,设计ADS-B数据流实时传输引擎,利用无线传输的方式提升数据使用效率,有效传输虚拟系统与外部实体之间的数据;最后,基于虚幻引擎(UE4)平台,构建虚拟现实仿真系统,实时监视机场及周围一定范围内的航空器。实时监视机场及周围一定范围内的航空器。结果表明:该系统建模方法能提高系统的模块性和可靠性,增强系统逻辑结构的易分析性,构建的系统可以安全、可靠地实现终端区监视功能。

基于ADS-B导航完好性指标多级GNSS干扰监测方法

由于卫星信号较为微弱,易受到各种有意和无意的干扰,使得全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)不能安全、可靠的提供服务,GNSS干扰监测方法的研究对于保障民航飞行安全具有重要意义。本文利用GNSS射频干扰所导致的广播式自动相关监视(ADS-B)数据中导航完好性指标的变化特性,给出结合受干扰影响航班粗监测以及精细监测的多级GNSS射频干扰监测方法。首先对ADS-B数据导航完好性级别(Navigation Integrity Category,NIC)进行统计分析实现受干扰影响航班的粗监测,再依据干扰发生时多个航班在干扰区域会同时受到影响,具有空间上的聚集性,利用MeanShift聚类方法实现GNSS射频干扰的精细监测,提取干扰发生的起始与终止点所对应的时间与位置信息。实验结果与QAR(Quick Access Recorder,QAR)数据得到的干扰监测结果进行对比分析,验证所提方法的有效性。

基于TriLSTM-SVDD的ADS-B欺骗数据检测方法

广播式自动相关监视(ADS-B)协议公开、无认证措施等特点,使其易受消息修改攻击。首先,分析了攻击者攻击意图与攻击路径选择的关联性;然后,为了应对通过1090ES链路、机载网络等实施的消息修改攻击,提出了经特征处理的TriLSTM-SVDD模型进行欺骗数据检测。仿真结果表明,TriLSTM模型预测误差显著小于LSTM模型,TriLSTM-SVDD模型则以98.9%的准确率识别出0.01°的纬度值偏差、0.02°的经度值偏差和50 m的高度值偏差。

基于改进PF算法的ADS-B风场反演

将装载自动相关监视广播(ADS-B)机载端的民航飞机视作传感器,利用ADS-B下行数据实施风场反演是近年来新颖的风场探测手段之一。现有的反演算法在飞机小角度转弯情况下存在精度不高的问题,大面积空间风场重建也对风场探测提出了新的挑战。针对上述问题,利用数据的几何结构和Kullback-Leibler Divergence(KLD)采样对粒子滤波(Particle Filter,PF)算法进行改进,该算法通过结合ADS-B数据对航线上的固定位置不同高度层上风矢量进行反演,构造垂直风廓线,并与欧洲中期天气预报中心气象数据作对比,验证了算法的可行性与准确性;最后,利用气象粒子(Meteo-Particle,MP)模型对航线外大面积的风矢量进行估计。实验结果表明,该方法能够反映真实的风场。

一种基于深度生成模型的ADS-B信号增强和目标识别方法

自动相关监视广播数据(automatic dependent surveillance-broadcast,ADS-B)信号在航空领域通信中占据非常重要的地位,其检测、分析对航空运输安全保障意义重大。ADS-B信号常常带有噪声或干扰,这使得直接解码的准确性受到影响。为了更好地捕捉ADS-B信号的信息提升其准确性,提出了EASTR深度学习模型。所提模型首先使用基于非因果扩张卷积和残差网络结构的方法,对原始含噪ADS-B信号进行降噪与增强;随后,经过降噪处理的信号被转换为星群图像,再利用多层感知机进行分类识别。收集了5000条来自不同飞机的ADS-B信号数据,在此数据集上将EASTR与其他同类模型进行比较。实验结果表明:不同信噪比下EASTR均在准确率上优于其他模型。通过消融实验验证了数据增强模块的效能。

基于数字射频调制的ADS-B目标模拟器设计与实现

广播式自动相关监视器(ADS-B)是一种用于空中交通管制的监视设备,因为其优越的各项性能,在雷达监视领域被广泛推广。为了方便快捷地测试ADS-B设备的准确性、可靠性和及时性等技术指标,需要使用目标模拟器来生成各种场景的ADS-B射频测试信号,包括不同的衰减、时延、多普勒频移和交织情况等。文中给出了一种基于数字射频调制技术的目标模拟器设计与实现,阐明了其工作原理与具体实现方法。对该模拟器的测试和使用表明:该模拟器可按照设定产生多个ADS-B目标叠加信号,操作简单且运行稳定,能够实现对ADS-B接收系统性能和功能测试,具有很好的应用价值。

基于改进KNN检测的ADS-B轨迹插补研究

针对广播式自动相关监视(ADS-B,automatic dependent surveillance broadcast)地面接收站数据存在缺失点、离群点等异常点的问题,在建立多约束条件判别模型的基础上筛选ADS-B轨迹缺失点,并对航迹进行插值,采用标准化欧氏度量的改进邻近算法对整条轨迹进行异常点数据检测,最后应用多重插补法对异常轨迹点进行修复。以实际运行数据为例,验证对比了改进的K最近邻(KNN,K-nearest neighbor)算法用于检测ADS-B异常轨迹点的准确率,该方法可有效解决轨迹异常点检测疏漏问题,为航空器ADS-B原始轨迹数据挖掘提供支撑。