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基于收发一体的S模式ADS_B系统的关键技术研究

作　者: 郭焘
导　师: 田忠
学　校: 电子科技大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 模式S ADS-B matlab 数字基带算法置信度分析纠错检错
分类号: V355.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 26次
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内容摘要

基于S模式的ADS_B系统是国际民用航空组织在现今航空领域日益发展的重要阶段，所推广的一种最新技术的航空交通管制系统。同时ADS_B技术也成为空中交通管制领域的一项革命性技术。基于1090MHz ES数据链的ADS-B系统是一种新的S模式数据链的ADS-B技术。和传统的二次雷达交通管制技术相对比，基S模式的ADS-B系统具有开发简单、费用低廉、检测性能高、监视范围广阔等巨大优势，因此该系统已经广泛应用到空中交通管制、敌我空中目标识别、飞行器定位导航等诸多方面。本论文主要对收发一体的S模式ADS_B系统的发射机、接收机、数字解码板等模块进行分析，详细论述了数字基带部分的相关算法，数字基带部分主要用以实现帧头检测、位的提取、置信度分析，纠错检错、接口控制、航空总线收发等操作。论文首先在matlab平台上对编解码算法进行仿真验证，结果表明，本论文设计的算法可以正确的解码ADS_B数据。随后在硬件平台上，对S模式ADS_B收发系统进行实现。本人的主要工作如下：1．对S模式ADS_B系统进行架构分析。2．数字解码算法在matlab平台上进行仿真验证。3．在硬件平台上，对S模式ADS_B系统进行实现，在实现过程中，不断对代码进行功能验证，发现错误后优化代码，提高系统的性能。4．实现ADS_B系统的接收解码功能，然后实现ADS_B系统的发送数据能力。5．在楼顶进行外场实验，搭建实验平台，利用所设计的ADS_B系统，对空中目标所发送的ADS_B数据进行接收并解码，然后在显示软件上看到航迹。实验结果表明，通过本论文设计的收发一体的S模式ADS_B系统有较好的性能，可以高效正确的解码ADS_B消息，并能够根据ADS_B数字标准格式，通过编码数据，将自身的信息通过发射机发送出去，达到收发一体的效果。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-17
  1.1 研究背景  12-16
    1.1.1 ADS_B 的发展概况  12
    1.1.2 ADS_B 系统的特征  12-14
    1.1.3 ADS_B 系统的运行模式  14
    1.1.4 模式 S 的历史和发展趋势  14-15
    1.1.5 S 模式与 ADS_B 系统的结合  15-16
  1.2 论文内容及结构安排  16-17
第二章 S 模式 ADS_B 系统  17-31
  2.1 S 模式 ADS_B 系统的基本概况  17-18
  2.2 模式 S 数据链的构成  18-21
  2.3 S 模式 ADS_B 系统结构  21-23
  2.4 S 模式 ADS_B 系统的数据发送过程  23-26
  2.5 S 模式 ADS_B 系统收发一体机制  26-30
    2.5.1 收发一体的基本要求  26
    2.5.2 接收机与发射机的连接方式  26-27
    2.5.3 ADS_B 消息的接收与发送设计  27-28
    2.5.4 ADS_B 消息生成及收发控制  28-29
    2.5.5 ADS_B 收发一体结构  29-30
    2.5.6 接收和发射过程中需要注意的事项  30
  2.6 本设计对相关标准的引用说明  30
  2.7 本章小结  30-31
第三章 S 模式 ADS_B 信号检测算法  31-58
  3.1 ADS_B 系统数字处理部分简介  31
  3.2 帧头检测  31-32
    3.2.1 帧头检测简介  31-32
    3.2.2 帧头检测目的  32
  3.3 帧头检测中的门限值选取  32-37
    3.3.1 噪声的特性  33-34
    3.3.2 门限值的估计  34-37
  3.4 帧头时序检测  37-43
    3.4.1 帧头时序特征  37
    3.4.2 时序检测基本算法  37-38
    3.4.3 时序检测算法的改进  38-39
    3.4.4 自相关滤波算法  39-42
    3.4.5 相关性理论在帧头时序检测算法中的应用研究  42
    3.4.6 改进的互相关算法  42-43
  3.5 帧头功率值分析  43-50
    3.5.1 考虑到外界干扰因素的算法改进  44-45
    3.5.2 对参考功率值计算的再验证  45-50
  3.6 再触发  50
  3.7 信号检测算法的分析与验证  50-57
    3.7.1 simulink 平台搭建  50-54
    3.7.2 算法比较与结果分析  54-56
    3.7.3 算法仿真  56-57
  3.8 本章小结  57-58
第四章 S 模式 ADS_B 信号获取算法  58-67
  4.1 位的提取依据  58
  4.2 对位提取算法的再思考  58-66
    4.2.1 6dB 阀值法  59
    4.2.2 改进型的中点判别法  59-61
    4.2.3 双重基线多点振幅采样  61-62
    4.2.4 一种基于查表思想的位提取算法  62-63
    4.2.5 查找表法的优化  63-65
    4.2.6 查找表法的优缺点  65
    4.2.7 各种算法的实验数据分析  65-66
  4.3 本章小结  66-67
第五章 S 模式 ADS_B 系统纠错算法研究以及点迹补偿  67-83
  5.1 置信度分析与纠检错的必要性  67
  5.2 循环冗余校验  67-69
  5.3 现有 ADS_B 系统中的纠错方法  69-71
  5.4 纠检错的补充算法  71-73
  5.5 纠检错算法的优化  73-75
  5.6 并行联合纠检错算法的仿真验证  75-78
    5.6.1 检错电路设计  75-76
    5.6.2 算法仿真验证  76-78
  5.7 点迹补偿算法研究  78-82
    5.7.1 对于一种现象的分析  78
    5.7.2 点迹补偿  78-82
  5.8 本章小结  82-83
第六章 S 模式 ADS_B 系统硬件实现  83-109
  6.1 器件选型以及硬件平台搭建  83-86
    6.1.1 FPGA 芯片选型  83-84
    6.1.2 AD 芯片选型  84
    6.1.3 ARM 芯片选型  84-86
    6.1.4 S 模式 ADS_B 系统的架构  86
  6.2 S 模式 ADS_B 系统数字解码实现  86-108
    6.2.1 ADS_B 信号检测算法实现  87-96
    6.2.2 位的提取与置信度分析  96-98
    6.2.3 纠检错实现  98-99
    6.2.4 FPGA 与 ARM 间的数据交互  99-103
    6.2.5 解码性能的分析  103-104
    6.2.6 解码系统硬件消耗  104
    6.2.7 S 模式 ADS_B 系统收发的控制  104-106
    6.2.8 收发控制的外场测试  106-108
  6.3 本章小结  108-109
第七章总结及展望  109-111
  7.1 总结  109-110
  7.2 展望  110-111
致谢  111-112
参考文献  112-114
攻硕期间的研究成果  114-115

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