摘  要： 闡述了SSR的S模式應(yīng)答信號與1090ES ADS-B系統(tǒng)的信號格式與特點(diǎn)，并對其進(jìn)行了對比分析；針對這兩種同頻信號，提出了一種結(jié)合民航空管實(shí)際應(yīng)用的區(qū)分方法。理論分析及仿真實(shí)驗(yàn)證明，該方法可較好地解決二次雷達(dá)S模式應(yīng)答信號與ADS-B信號的甄別問題。

　　關(guān)鍵詞： ADS-B；1 090 MHz；S模式；信號甄別

0 引言

　　S模式二次雷達(dá)SSR是民航空中交通管制系統(tǒng)中的重要監(jiān)視手段，在全球已得到了廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B、多點(diǎn)定位MLAT/WAM等先進(jìn)監(jiān)視系統(tǒng)也將與PSR、SSR共同擔(dān)負(fù)起對空監(jiān)視任務(wù)[1]。但是，S模式SSR與ADS-B系統(tǒng)都共用同一頻率，在實(shí)際應(yīng)用中（無論是在終端區(qū)還是航路上）極易產(chǎn)生相互混淆或干擾的問題。

　　此外，MLAT多點(diǎn)定位系統(tǒng)也是基于S模式SSR應(yīng)答信號或ADS-B信號等，很難確定二次雷達(dá)發(fā)出的詢問脈沖類別，故無法斷定是二次雷達(dá)S模式應(yīng)答信號還是ADS-B信號，這樣也勢必對目標(biāo)定位處理造成困惑。因此，如何從S模式應(yīng)答信號中甄別并分離出ADS-B信號就顯得格外重要。

1 SSR數(shù)據(jù)與ADS-B數(shù)據(jù)比較分析

　　ADS-B采用GPS全球定位技術(shù)和地空-空空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)，定位精度高、數(shù)據(jù)更新率快、監(jiān)視信息豐富完整，并且系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)行成本較低，較易推廣應(yīng)用。SSR采用詢問-應(yīng)答的工作方式，數(shù)據(jù)更新周期通常為4~7 s，因采用類似PSR的方位、距離測量方法，其定位測量較ADS-B差，并且系統(tǒng)建設(shè)成本較高。SSR獲取的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)表征為數(shù)據(jù)格式為方位角、高度（C模式）、斜距[2-3]。ADS-B與SSR數(shù)據(jù)比較如表1所示。

2 同頻率的兩種信號

　　2.1 SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號格式

　　航空器上的應(yīng)答機(jī)在收到詢問信號后以1 090 MHz頻率發(fā)送應(yīng)答信號，S模式SSR應(yīng)答信號由應(yīng)答報(bào)頭和應(yīng)答數(shù)據(jù)塊組成，應(yīng)答消息信號如圖1所示。

　　其中，導(dǎo)前脈沖占8 ，由寬度為0.5 的4個(gè)脈沖組合而成，且每一個(gè)脈沖都固定在0 、1.0 、3.5 、4.5的位置，若要S模式應(yīng)答信號進(jìn)行識別，首先就要對這4個(gè)前導(dǎo)脈沖進(jìn)行探測。后面為56 bit短格式數(shù)據(jù)或112 bit長格式數(shù)據(jù)，每位數(shù)據(jù)脈沖均采用間隔寬為1 ，并且每個(gè)間隔又分為0.5 的有脈沖時(shí)間和0.5 的無脈沖時(shí)間，采用脈相調(diào)制，“1”表示前半部分有脈沖后跟空脈沖，“0”表示前半部分空脈沖后跟有脈沖[4]。

　　對于S模式詢問，機(jī)載應(yīng)答機(jī)可以相應(yīng)地發(fā)送幾種不同類型應(yīng)答信號。S模式應(yīng)答信號有24種有效的應(yīng)答類型，現(xiàn)在已分配的有8種[5]。一種類型是DF占2 bit表示是通信-D應(yīng)答，這種類型使用與通信-C詢問類似的方法傳輸大量的數(shù)據(jù)；另一種類型DF占5 bit，DF=00000和DF=10000的應(yīng)答類型用于TCAS系統(tǒng)的空對空監(jiān)視應(yīng)答，這里不做考慮，DF=00100或DF=00101是最普遍的S模式的應(yīng)答，DF=01011為S模式全呼應(yīng)答，這6種應(yīng)答格式以及字段定義如表2所示。

　　2.2 ADS-B1090ES信號格式與分析

　　2.2.1 ADS-B系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈技術(shù)

　　1090ES是基于SSR的S模式擴(kuò)展電文的功能，就是基于S模式長報(bào)文的一種技術(shù)，1090ES傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括24位ICAO地址、飛機(jī)四維信息等。每0.5 s更新一次要傳送的位置信息，數(shù)據(jù)傳輸率為1 Mbit/s[6]。本文所討論的ADS-B系統(tǒng)均是指采用1090ES數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。

　　2.2.2 ADS-B系統(tǒng)的信號格式

　　ADS-B消息傳輸波形見圖1，消息數(shù)據(jù)塊應(yīng)該在第一個(gè)傳輸脈沖開始后的8 開始，112個(gè)1 間隔被分派給每一個(gè)ADS-B消息。ADS-B消息基本格式如表3所示。

　　其中，DF=17格式為S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息，CA字段表示S模式應(yīng)答機(jī)的能力，AA字段表示24 bit ICAO地址，ME字段包含ADS-B消息，PI字段用于奇偶校驗(yàn)。DF=18格式用于非S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射的ADS-B消息或TIS-B消息，CF字段用來表明ME字段含有ADS-B消息或者是TIS-B消息，此外，CF字段也明確了AA字段所包含的地址類型。對于DF=19格式，如果AF字段等于0，那么后續(xù)字段表明ADS-B消息，該格式被用于軍事應(yīng)用預(yù)留字段，一般情況對此不予處理。

3 同頻信號SSR系統(tǒng)S模式與ADS-B系統(tǒng)應(yīng)答信號的甄別過程

　　結(jié)合以上分析兩種信號的各自特點(diǎn)，提出下述甄別方法，具體步驟如下：

　　（1）提取脈沖序列中的信息脈沖，根據(jù)脈沖序列長度判斷篩選，由于ADS-B消息數(shù)據(jù)采用長消息格式傳輸，故短消息格式（56 bit）數(shù)據(jù)一定不屬于ADS-B數(shù)據(jù)，即可判定為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號（短消息格式），否則進(jìn)行下一步。

　　（2）提取脈沖序列中前導(dǎo)脈沖后5 B，根據(jù)DF位判斷，若DF=17則判定為ADS-B信號，若DF=18則轉(zhuǎn)到步驟（6），否則進(jìn)行下一步。

　　（3）根據(jù)報(bào)文位解碼值確認(rèn)。通常如果CA/FS解碼值處于1~3，則可以判定該估計(jì)信號為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號；若CA/FS解碼值處于4~7，則可判定為ADS-B1090ES信號。若激活SPI特殊脈沖時(shí)，一個(gè)等效SPI的脈沖應(yīng)在S模式應(yīng)答器FS字段中發(fā)射，此時(shí)有可能產(chǎn)生編碼值4或5，這種情況將進(jìn)入下一步繼續(xù)識別。

　　（4）對比ME字段前5 bit包含TYPE子字段，有些情況后緊接著3 bit包含相應(yīng)的SUBTYPE子字段，可以共同決定ME字段剩余部分傳送的ADS-B或TIS-B消息內(nèi)容。TYPE碼元為1、2、3、4 時(shí)可確定飛機(jī)ID與消息類型。

　　（5）監(jiān)視狀況子字段位于ME字段的6 bit和7 bit，當(dāng)S模式應(yīng)答機(jī)系統(tǒng)不能執(zhí)行ADS-B功能時(shí)，監(jiān)視狀況字段為0，表示該消息非ADS-B消息。

　　（6）當(dāng)DF=18，提取CF字段的3 bit數(shù)據(jù)，若CF=0，表示ME字段包含ADS-B消息，且AA字段含ADS-B系統(tǒng)發(fā)射部分24 bit ICAO地址；若CF=1，表示ME字段包含一個(gè)ADS-B消息，且AA字段包含ADS-B系統(tǒng)非標(biāo)準(zhǔn)ICAO 24 bit位地址，若CF為2~5，表示ME字段包含一個(gè)TIS-B消息。

　　（7）當(dāng)每次收到信號后，與現(xiàn)維護(hù)的信號列表進(jìn)行比較，如果該信號按照每秒一次穩(wěn)定出現(xiàn)，則斷定為ADS-B1090ES信號。每個(gè)適應(yīng)性處理周期（如4~6 s內(nèi)）檢查僅收到1~2次的信號，因?yàn)锳DS-B系統(tǒng)的周期為1 s，可以斷定這些信號為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號[7]。

　　具體的識別方法流程如圖2所示。

4 仿真與分析

　　對表4所示的4種仿真信息序列進(jìn)行識別過程如下：

　　（1）對序號1信息脈沖序列的識別過程

　　①檢測脈沖序列長度，由于該脈沖具有112 bit長度，進(jìn)行下一步識別。

　　②提取前5 B的DF字段，判斷該DF=17，可判定為ADS-B信息，或者也可進(jìn)一步識別。

　　③檢測6~8 B，由于該序列無SPI，CA/FS解碼值為5，即可進(jìn)一步斷定是ADS-B信息。

　　（2）對于序號2信息脈沖的識別過程

　　①檢測脈沖序列長度，由于該脈沖具有112 bit長度，進(jìn)行下一步識別。

　　②提取前5 B的DF字段，判斷該DF=18，進(jìn)行步驟③識別。

　　③提取CF字段數(shù)據(jù)，CF=0判斷為ME字段包含的是ADS-B消息。

　　（3）對序號3信息脈沖序列的識別過程

　　①檢測脈沖序列長度，由于該脈沖具有112 bit長度，進(jìn)行下一步識別。

　　②提取前5 B的DF字段，判斷DF=20，可判斷為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答亦或可以進(jìn)一步識別。

　　③提取DF后3 bit為0，故無法識別是哪種消息，執(zhí)行下一步。

　　④假設(shè)為ADS-B消息提取ME數(shù)據(jù)中表示type字段的值為0，故無法識別飛機(jī)。所以為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號。

　　（4）對序號4信息脈沖序列的識別過程

　　①檢測脈沖序列長度，由于該脈沖具有56 bit長度，可斷定非ADS-B信號，故為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號。進(jìn)一步識別消息類型，執(zhí)行步驟②。

　　②提取DF字段信息位，判斷DF=4，為SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號中監(jiān)視高度應(yīng)答信號。

5 結(jié)論

　　本文針對SSR系統(tǒng)S模式應(yīng)答信號與ADS-B信號提出了一種簡單可行的甄別處理方法，該方法可對這兩種同頻率下的信號在噪聲較低的情況下進(jìn)行有效的甄別。通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，證明該方法可望在民航空管目前的多種對空監(jiān)視系統(tǒng)的綜合應(yīng)用中完善信號的處理能力，從而進(jìn)一步提高各種新型監(jiān)視系統(tǒng)的應(yīng)用效率。

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