龔穎卿，劉東青，姜 磊，孫陳剛

（95510部隊(duì)，貴陽550025）

0 引 言

目前，軍民領(lǐng)域區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)態(tài)勢感知主要是依靠雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)控。但是，由于雷達(dá)技術(shù)體制的影響，必須通過不同功能雷達(dá)進(jìn)行互補(bǔ)，才能實(shí)現(xiàn)全方位、高頻率、無死角、遠(yuǎn)距離、高精度的態(tài)勢感知和目標(biāo)識(shí)別。3“A”信號(hào)包含ACARS、AIS、ADS?B。其中，飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，ACARS）是一種地面站點(diǎn)和飛機(jī)之間進(jìn)行報(bào)文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)鏈，地面站接收飛機(jī)發(fā)送的位置、飛機(jī)狀態(tài)、發(fā)動(dòng)機(jī)性能等信息［1］；船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（Automatic Identification System，AIS）是一種船舶導(dǎo)航通訊系統(tǒng)，能將船只航向、航線等信息進(jìn)行可視化顯示，其MMSI碼全世界范圍內(nèi)進(jìn)行唯一編碼［2］；廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng)（ADS?B）是一種由飛機(jī)和地面站點(diǎn)組成的雙向通信網(wǎng)絡(luò)［3］。

海上艦船與空中飛機(jī)均安裝了與3“A”信號(hào)相關(guān)的通信設(shè)備，而3“A”信號(hào)中又?jǐn)y帶了目標(biāo)位置、身份識(shí)別號(hào)以及目標(biāo)狀態(tài)等較為準(zhǔn)確的信息。本文在對(duì)3“A”信號(hào)進(jìn)行識(shí)別、解析來提取有用信息的基礎(chǔ)上進(jìn)行態(tài)勢信息和目標(biāo)信息分類處理，實(shí)現(xiàn)了信息點(diǎn)跡標(biāo)繪、識(shí)別數(shù)據(jù)對(duì)比和目標(biāo)數(shù)據(jù)融合，以此建立了目標(biāo)航跡，使得態(tài)勢數(shù)據(jù)可視化，并圍繞信息提取周期進(jìn)行驗(yàn)證，給出了實(shí)現(xiàn)3“A”信號(hào)感知識(shí)別的基本流程。

1 目標(biāo)信息的提取

1.1 ACARS信號(hào)識(shí)別解析

飛機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)的技術(shù)特性在國際民航公約附件10第I卷中作了詳細(xì)規(guī)定。其頻率范圍為117.975～137 MHz（實(shí)際指標(biāo)范圍為118～136.975 MHz），信道間隔為25 kHz，總信道為760個(gè)，時(shí)頻瀑布圖如圖1（a）所示，信號(hào)功率譜、包絡(luò)差分譜、頻率差分譜、二次方譜、四次方譜、八次方譜等內(nèi)部統(tǒng)計(jì)特征如圖1（b）所示。半功率帶寬測量為6.5 kHz，在時(shí)域形式上表現(xiàn)突發(fā)。ACARS采用AM＋MSK的二次調(diào)制方式，副載波頻率為1.8 kHz，調(diào)制頻偏1.2 kHz，信號(hào)波形、瞬時(shí)包絡(luò)、瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位和眼圖、矢量圖等內(nèi)部特征如圖2所示。ACARS報(bào)文基本結(jié)構(gòu)與實(shí)偵信號(hào)解析結(jié)果如表1所示。

圖1 ACARS信號(hào)

圖2 ACARS內(nèi)部特征圖

表1 ACARS下行報(bào)文結(jié)構(gòu)

AIS工作在VHF海上移動(dòng)頻段（156.025～162.025 MHz），信道間隔25 kHz，時(shí)頻特征如圖3（a）所示，半功率帶寬測量為12.5 kHz。通過圖3（b）可以明顯看出，信號(hào)幅度隨時(shí)間變化，符合時(shí)分多址特征，每個(gè)時(shí)間周期約為25 ms。該信號(hào)采用GMSK調(diào)制方式，調(diào)制頻偏4.8 kHz，符號(hào)速率9.6 kBd。AIS報(bào)文一共采用了22種，按照發(fā)送方式可分為VDO（向外播發(fā)的廣播信息）與VDM（接收到的其他船舶的信息）；按照字符格式的轉(zhuǎn)換定義可分為明碼和密碼。以6 bit二進(jìn)制串進(jìn)行編碼，如表2所示。AIS信息解析結(jié)果見表3。

圖3 AIS信號(hào)

表2 AIS報(bào)文基本結(jié)構(gòu)

表3 AIS信號(hào)解析結(jié)果

動(dòng)態(tài)信息消息格式包含信息ID（6 bit）＋轉(zhuǎn)發(fā)指示符（2 bit）＋用戶ID（30 bit）＋航行狀態(tài)（4 bit）＋轉(zhuǎn)向速率（8 bit）＋實(shí)際航速（10 bit）＋位置精確度（1 bit）＋經(jīng)度（28 bit）＋緯度（27 bit）＋實(shí)際航向（12 bit）＋船首向（9 bit）＋時(shí)間標(biāo)記（6 bit）＋區(qū)域保留（4 bit）＋備用（1 bit）＋RAM標(biāo)志（1 bit）＋通信狀態(tài)（19 bit），共計(jì)168 bit。

1.2 ADS?B信號(hào)識(shí)別解析

ADS?B數(shù)據(jù)鏈空地、空空通信方式主要分為1 090ES、UAT、模式4。其中，1 090ES應(yīng)用最為廣泛，采用異頻收發(fā)的SSR收發(fā)機(jī)（S模式），頻率工作于1 090 MHz，帶寬4 MHz，其時(shí)域特征和頻譜特征如圖4所示，按照脈沖位置進(jìn)行編碼。ADS?B以前4個(gè)脈沖作為引導(dǎo)脈沖，脈寬為0.5 s，主要用于識(shí)別。該信號(hào)由112個(gè)脈沖組成，主要格式為控制碼＋地址碼＋正文＋校驗(yàn)碼，正文包含類別、方向、速度、CPR、位置等信息。

圖4 ADS?B信號(hào)

另外，UAT格式為同步（36 bit）＋長度（8 bit）＋正文（128或256 bit）＋循環(huán)校驗(yàn)（24 bit）＋前項(xiàng)糾錯(cuò)（48 bit）；而模式4報(bào)文類型較多，包含位置、高度和速度等信息。

2 感知識(shí)別基本流程

在確保偵收穩(wěn)定的前提下，合理規(guī)范的3“A”信息統(tǒng)計(jì)處理是實(shí)現(xiàn)態(tài)勢感知和識(shí)別的關(guān)鍵。因此，對(duì)這些信息進(jìn)行精細(xì)的歸類顯得尤為重要，通過使用不同信號(hào)的信息提取模塊進(jìn)行信息的預(yù)歸類是信息統(tǒng)計(jì)的主要手段。ACARS傳輸信息主要以飛機(jī)位置、航班標(biāo)識(shí)、飛機(jī)注冊(cè)號(hào)為主；AIS傳輸信息主要以船只航行狀態(tài)、轉(zhuǎn)向速率、經(jīng)緯度、位置精確率、航行速度、航向、朝向和MMSI識(shí)別碼為主；ADS?B傳輸信息主要以飛機(jī)速度、方向、經(jīng)緯度、高度和類型、識(shí)別碼為主。

根據(jù)需要進(jìn)行功能歸類，即可分為態(tài)勢感知信息和目標(biāo)識(shí)別信息。需要注意的是，這些信息在完成歸類的前提下還應(yīng)該建立相關(guān)的鏈接，如設(shè)置信息時(shí)間、頻率、樣式等標(biāo)簽，以確保態(tài)勢感知信息和識(shí)別信息的關(guān)聯(lián)，便于后期進(jìn)行信息融合處理。表4為3“A”傳輸信息歸類。

表4 3“A”傳輸信息歸類

態(tài)勢感知信息主要包括目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、高度和位置等信息，通過這些信息即可在態(tài)勢地圖上實(shí)現(xiàn)點(diǎn)跡標(biāo)繪。目標(biāo)識(shí)別信息主要是信號(hào)歸屬的地址信息，需要建立完善的地址對(duì)比數(shù)據(jù)庫，且數(shù)據(jù)庫必須包含飛機(jī)注冊(cè)號(hào)、航班標(biāo)識(shí)、類型、ADS?B地址碼和船只MMSI碼等目標(biāo)識(shí)別數(shù)據(jù)，通過和提取信息對(duì)比，對(duì)信號(hào)源進(jìn)行目標(biāo)屬性、類型等要素建立算法進(jìn)行判定，最終在人工干預(yù)的條件下實(shí)現(xiàn)目標(biāo)識(shí)別。

通過匯總各點(diǎn)跡信息和目標(biāo)判定結(jié)果，完成目標(biāo)的態(tài)勢和識(shí)別信息融合。對(duì)于同一判定結(jié)果的點(diǎn)跡，按照時(shí)間序列連接，形成的目標(biāo)航行軌跡可視化程度較高，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換內(nèi)容更加直觀形象。圖5為感知識(shí)別基本流程。

圖5 感知識(shí)別基本流程

對(duì)某型飛機(jī)ADS?B信號(hào)按照10 min時(shí)間周期進(jìn)行點(diǎn)跡標(biāo)繪，達(dá)到了該機(jī)在區(qū)域內(nèi)的航行軌跡。將信息提取周期縮短至2 min／次，航行軌跡如圖6所示。對(duì)比圖6（a）和圖6（b）可以發(fā)現(xiàn)，提取周期越短，目標(biāo)點(diǎn)跡越多，航行軌跡越準(zhǔn)確。由此可見，信息提取周期直接影響態(tài)勢準(zhǔn)確性，其對(duì)于感知識(shí)別效果有著重要的作用。

圖6 信息提取周期對(duì)比

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的雷達(dá)探測方式雖能實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)區(qū)域或戰(zhàn)場態(tài)勢進(jìn)行感知，卻很難兼顧距離和精度，存在一定的局限性。本文基于3“A”信號(hào)實(shí)現(xiàn)態(tài)勢感知和識(shí)別的可行性，通過深入分析ACARS、AIS、ADS?B信號(hào)在時(shí)域、頻域、調(diào)制域上的內(nèi)部特征和編碼方式，提取3“A”信號(hào)內(nèi)部攜帶的目標(biāo)信息，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)航跡的可視化表達(dá)，可為平時(shí)的態(tài)勢感知識(shí)別、態(tài)勢管理提供參考依據(jù)。