劉顯勇

四川九洲空管科技有限責任公司 四川綿陽 621000

1 S模式應(yīng)答信號概述

S模式響應(yīng)信號脈沖位置調(diào)制編碼方法，抗干擾能力強，解碼精度高，越來越依賴定位系統(tǒng)（GPS）和自動監(jiān)測系統(tǒng)（Automatic Dependent Surveillance-廣泛的演員陣容，ads-b）主鏈的數(shù)據(jù)格式。尤其是對弱者和弱S模式響應(yīng)信號在很長一段距離，信號本身有一個小能量和傳輸損耗大，接收信號的信噪比很低，探測和識別是困難的，和系統(tǒng)的攔截和接待能力很差。為了提高接收系統(tǒng)的靈敏度，擴大檢測范圍，增強連續(xù)跟蹤和攔截的能力[1]。

S模式，也被稱為地址模式，S代表的是根據(jù)要求進行選擇性的進行詢問，最終實現(xiàn)地面詢問和飛機應(yīng)答的雙向信息互通。相比較傳統(tǒng)模式，S模式具有更好的選擇性，能夠?qū)崿F(xiàn)地面管制雷達在詢問過程中的選擇權(quán)。具體來講，S模式在應(yīng)用過程中能夠根據(jù)需要覆蓋需要詢問區(qū)域內(nèi)的全部飛機，有效的減少了混迭等現(xiàn)象的出現(xiàn)，降低了干擾。隨著在S模式中數(shù)據(jù)鏈通信技術(shù)的應(yīng)用，在很大程度上提高了交換信息的豐富度，涵蓋了高度、識別碼以及飛機的各種信息，具有更好的選擇性和即時性。

在噪聲和干擾信號中也存在滿足時序關(guān)系的上升邊緣，在低信噪比下會產(chǎn)生大量的誤報。提出了一種改進的檢測方法，在脈沖前沿提取過程中引入了噪聲基的聯(lián)合決策。同時，提出了一種基于單脈沖匹配濾波的脈沖匹配檢測方法。不處理采樣電平，前8mics脈沖直接用于匹配濾波器檢測頭。直接匹配濾波器檢測方法改進，基帶規(guī)范化頭互相關(guān)檢測方法，提出了評估的總體特征匹配的學位頭，但相關(guān)峰值也出現(xiàn)在低信噪比下的non-header部分，導致假警報并增加了計算量。S模式響應(yīng)信號與分類特征參數(shù)的意義，探討了基于高階矩和累積量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，但該方法選擇時，不同的信號分類識別特征參數(shù)可能不一致，主要是面向一個特定的信號分類，和其他識別響應(yīng)信號和S模型響應(yīng)信號頻率（1090MHZ），同一種基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的識別方法比較復雜，推廣能力較差。提出了一種基于累積分類的ads-b信號解交織算法，利用有效的脈沖位置檢測方法估計信號到達時間（TOA），但噪聲對檢測概率和估計精度有很大影響[2]。

從更廣闊的維度上看，對于未知波形時變信號的相干檢測，尤其在極低信噪比（SNR）條件下的相干檢測，迄今仍然是信號處理理論中的一個缺門。非相干的累積檢測方法倒是有一些，而能應(yīng)用于未知波形時變信號的自適應(yīng)相干累積檢測理論和技術(shù)幾乎找不到?，F(xiàn)有的多種最優(yōu)濾波器或估計器，例如匹配濾波器、維納濾波器、卡爾曼濾波器等，都需要一定的先驗信息，它們也都不能夠?qū)崿F(xiàn)未知波形信號的相干累積。所以具有非常奇異特性的自適應(yīng)相干累積，仍然值得繼續(xù)深入地加以研究。

解決的困難年代低信噪比下的響應(yīng)信號識別模式，本文提出了基于包的一個增強識別方法檢測、單脈沖匹配濾波和多脈沖探測頭三次相關(guān)檢測，并提高了S模式響應(yīng)信號的檢測和識別性能在低信噪比下通過三次相關(guān)處理。

2 S模式應(yīng)答信號檢測

2.1 信號預檢測

對于標準s型響應(yīng)信號的包絡(luò)，其脈沖占空比約為1/2，且信號段中存在多個脈沖和集中能量。因此，本文提出通過包相關(guān)對信號進行預檢測，從而確定信號到達的時間范圍。利用包相關(guān)性估計信號到達時間的處理過程如圖1所示。

為了檢測信號的存在，建立假設(shè)檢驗模型H0：x（n）=ohm（n）=1，2…NH1：x（n）=s（n）+ohm（n）令構(gòu)建的標準脈沖采樣值為y1=y2=…=yN=1，則相關(guān)操作為滑動窗口的和。首先得到信號包絡(luò)線x（n），然后計算信號功率x（n）2。包相關(guān)是指信號功率x（n）2與標準脈沖y的卷積運算[3]。

2.2 單脈沖匹配濾波

利用包相關(guān)性得到信號到達時間，進一步確定頭脈沖的位置，估計脈沖幅度。在低信噪比條件下，脈沖邊緣會發(fā)生偏移或引入無效脈沖邊緣。為了提高脈沖邊緣提取的精度，采用單脈沖匹配濾波確定脈沖位置。頭段的四個脈沖寬度均為0。5微米，所以脈沖寬度是0。匹配濾波用5mus單標準脈沖，即y1=y2=…=yM=1，其中M的定義是2。第1節(jié)是一致的。標準脈沖的采樣點為匹配濾波器的系數(shù)。

2.3 多脈沖報頭檢測

當信號頭部與標準四脈沖信號（H1的假設(shè)）完全匹配時，四個脈沖參與相關(guān)運算以產(chǎn)生峰值?？紤]到?jīng)]有三次脈沖匹配，信號標頭和標準四次脈沖信號僅由兩個脈沖對按時產(chǎn)生兩個峰值（H0假言）。因此，與許多脈沖相關(guān)聯(lián)的頭檢測問題可被描述為以下假設(shè)檢驗問題。

2.4 理論檢測概率

為了成功地最終檢測出S模式響應(yīng)信號，需要經(jīng)由分組相關(guān)來檢測信號位置，并且最后需要通過多脈沖相關(guān)來確認頭部位置。因此，最終信號檢測概率是數(shù)據(jù)分組相關(guān)與多脈沖相關(guān)的檢測概率的乘積，虛渺的出現(xiàn)主要有兩種情況：一種是數(shù)據(jù)分組相關(guān)過程產(chǎn)生虛高，其后當多脈沖相關(guān)過程不匹配四脈沖時產(chǎn)生虛高。第二種是當在多脈沖相關(guān)過程中調(diào)齊兩個或一個脈沖時成功檢測到分組相關(guān)過程，即，最終報警概率Pf=Pf1Pf30+Pd1（Pf3+Pf31）（31）。

目前，飛機主要依靠二級代碼進行識別。由于二次代碼數(shù)量有限，二次代碼重用經(jīng)常發(fā)生在繁忙的空域，導致飛行目標與飛行計劃之間的關(guān)聯(lián)不正確。S模式技術(shù)的應(yīng)用可以解決這一問題。S模式數(shù)據(jù)中的24位地址碼可用于唯一識別飛機，航班號也可用于輔助識別。實現(xiàn)了系統(tǒng)航跡和飛行計劃，還需要對飛機24位地址碼以及二次雷達應(yīng)答機代碼等多種因素進行綜合考量，然后根據(jù)優(yōu)先權(quán)的設(shè)置，最終實現(xiàn)自動關(guān)聯(lián)。如果在監(jiān)視數(shù)據(jù)與飛行計劃關(guān)聯(lián)的過程中，出現(xiàn)了航跡的二次雷達應(yīng)答機代碼和飛行計劃出現(xiàn)偏差的情況，以及飛機航班和飛行計劃不符的情況，應(yīng)該及時指出并且標示出，通過檢查等工作最終實現(xiàn)雙方的統(tǒng)一，然后才能繼續(xù)飛行任務(wù)[4-6]。

3 基于多次相關(guān)的S模式應(yīng)答信號檢測公式

將數(shù)據(jù)包相關(guān)、單脈沖相關(guān)和多脈沖相關(guān)的期望虛警概率均設(shè)為10-2，即Pf1=Pf2=Pf3=10-2。假設(shè)躁聲功率σ2=1，信噪比為0dB，信號時長tl=120μs，采樣率fs=10MHz，脈沖寬度Pw為0．5μs。根據(jù)上述分析，由式（14）可得數(shù)據(jù)包相關(guān)的檢測門限γ1=Q-1χ22400（10-2）/2=1282．05，由式（15）可得其檢測概率Pd1=Qχ22400（1160）（2γ1）=99．99%，接近于1；由式（17）可得單脈沖相關(guān)的檢測門限γ2=Q-1χ210（10-2）/2=11．60，由式（18）得其檢測概率Pd2=Qχ210（10）（2γ2）=30．56%。

聲功率σ2=1，信噪比為0dB，信號時長tl=120μs，采樣率fs=10MHz，脈沖寬度Pw為0．5μs。根據(jù)上述分析，由式（14）可得數(shù)據(jù)包相關(guān)的檢測門限γ1=Q-1χ22400（10-2）/2=1282．05，由式（15）可得其檢測概率Pd1=Qχ22400（1160）（2γ1）=99．99%，接近于1；由式（17）可得單脈沖相關(guān)的檢測門限γ2=Q-1χ210（10-2）/2=11．60，由式（18）得其檢測概率 Pd2=Qχ210（10）（2γ2）=30．56%。

4 結(jié)語

綜上所述，首先，經(jīng)過一定的檢查可以得到準確的位置，將頭脈沖的檢測閥值可以確定下來，之后進行降噪工作就依賴于單脈沖匹配的濾波器進行。還有不斷的評估脈沖的幅度以及噪聲的功率等，并且經(jīng)過識別多脈沖的相關(guān)檢測來識別信息源。經(jīng)過這幾種處理的方法，可以得知使S模式響應(yīng)信號提升的最佳方法。經(jīng)過表達式的論證更加準確的推導檢測的數(shù)據(jù)，通過計算機模擬，在預期的虛警概率下，該方法實現(xiàn)的理論檢測概率，并比較該方法與傳統(tǒng)的直接匹配濾波法，脈沖前沿方法，基帶歸一化互相關(guān)方法的識別性能，本文驗證了算法性能的優(yōu)越性。本文基于檢測的方法進行了分析研究，希望可以帶來相關(guān)的參考價值。