發(fā)布時間：2020-07-23 06:10

【摘要】：廣播式自動相關(guān)監(jiān)視(ADS-B)是航空監(jiān)視的主要新技術(shù)之一,飛機(jī)通過對外廣播包含位置、身份、速度等信息的ADS-B報(bào)文,實(shí)現(xiàn)信息共享和空中交通監(jiān)視。目前ADS-B監(jiān)視系統(tǒng)以地面系統(tǒng)為主,由于地面基站的覆蓋范圍小、部署成本高,陸基ADS-B系統(tǒng)不利于覆蓋大面積的空域以及洋區(qū)和偏遠(yuǎn)地區(qū)。因此,星基ADS-B系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。與陸基ADS-B系統(tǒng)相比,星基系統(tǒng)具有一系列新的特點(diǎn),包括覆蓋范圍更廣,信噪比更低,信號功率差異更小。這些新特點(diǎn)使ADS-B信號在星載ADS-B接收機(jī)處的沖突更加嚴(yán)重。本文主要研究星基ADS-B多重交疊信號的分離算法。獨(dú)立成分分析(ICA)是當(dāng)今盲信號分離的主要技術(shù)手段之一。本文對信號交疊模式進(jìn)行建模分析,通過計(jì)算信號交疊概率和飛機(jī)數(shù)量的關(guān)系,闡明了信號分離的必要性和重要性。共采用了三種不同的盲信號分離算法對星基ADS-B交疊信號進(jìn)行仿真分離,并對基于負(fù)熵的快速ICA(FastICA)算法進(jìn)行了優(yōu)化。首先,研究擴(kuò)展投影算法,并運(yùn)用該算法對星基ADS-B信號進(jìn)行分離,利用矩陣重組、秩分解等手段,最終得到源信號的估計(jì)。然后,研究ICA算法。為了減少計(jì)算量,在進(jìn)行信號分離之前,先對ADS-B交疊信號做零均值化和白化等預(yù)處理。針對FastICA算法存在的局部極大值和收斂依賴于初始權(quán)值的問題,在經(jīng)典的FastI-CA算法中引入了松弛因子,得到松弛改進(jìn)的FastI-CA算法并將其應(yīng)用到星基ADS-B信號處理中。最后,分別采用特征矩陣近似對角化(JADE)算法和松弛改進(jìn)的FastICA算法對多重交疊ADS-B信號進(jìn)行模擬分離實(shí)驗(yàn),將采用松弛改進(jìn)的FastICA算法分離出來的信號與源ADS-B信號作相關(guān)性分析,驗(yàn)證算法的可行性,并比較松弛改進(jìn)的FastICA算法與經(jīng)典FastICA的可靠性和收斂速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,這三種算法都能夠較好地解決星基ADS-B信號交疊問題,與其他盲信號分離算法相比,松弛改進(jìn)的FastICA算法不僅減少了計(jì)算量、更適于硬件執(zhí)行,也改善了算法的魯棒性,使算法能夠?qū)崿F(xiàn)大范圍收斂。
【學(xué)位授予單位】：中國民航大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN911.7
【圖文】：

與目前適用的程序管制間隔的要求相比，在洋區(qū)、極地和偏遠(yuǎn)地區(qū)使用星基 ADS-B系統(tǒng)將帶來以下效益：1)空中交通管理有能力在非常繁忙的偏遠(yuǎn)空域，擴(kuò)大提供 ATS 監(jiān)視服務(wù)以加強(qiáng)安全；2)減少二氧化碳和其他溫室氣體排放，有助實(shí)現(xiàn)國際民航組織的環(huán)境目標(biāo)；3)縮小航空器間的最小間隔，增加容量，提高空域效率；4)提高最佳速度、高度以及首選航路的可實(shí)現(xiàn)性；5)為航空承運(yùn)人帶來總體的巨大運(yùn)行效益并減少燃料成本。

圖 2-2 S 模式 ADS-B 信號見，S 模式 ADS-B 信號包括兩部分，即前導(dǎo)脈沖和數(shù)據(jù)塊。前 8μs ，它的特點(diǎn)是在 0μs、1μs、3.5μs 和 4.5μs 分別存在一個脈沖位，。根據(jù)長短脈沖的不同，數(shù)據(jù)塊中分別存在 56bit 或者 112bit 數(shù)據(jù) 5 個主要的飛行任務(wù)字段組成：DF 位，CA 位，AA 位，ME 位和 P用脈沖位置調(diào)制(Pulse Position Modulation, PPM)方法調(diào)制的二進(jìn)制沖記作 1，后半部發(fā)脈沖記作 0，前后兩部分組成 1 個 Bit 信號，依次Bit n 表示。示的是進(jìn)行編碼的傳輸描述，長度為 5 個比特位，以二進(jìn)制的方、DF=18 和 DF=19 這三種格式，其中 DF=17 表示其為具有 S 模式力的應(yīng)答機(jī)發(fā)射，DF=18 表示其是由非 S 模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射，DF=19 采用的信號是 DF=17 格式的 ADS-B 信號，DF 位字段設(shè)置為固定

于信號參考點(diǎn)的延時 τj(θ，φ)，則陣元 j 所接收到的信( )( ,),jj tjt eω θ θ ττ ( , ) ( ,)TTjj r k θ = k α θ 束矢量，α(θ, φ)表示入射波的方向矢量。有,) ( ) ≈t s 以表示為 )( ,)jjj tt e eω ω θτ表示為( ,)jj ω θ τ

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