ADS-B信号处理及系统应用

　　本书作者结合多年从事ADS-B信号处理及其工程应用方面的科研实践，介绍了基于1090ES数据链的民航ADS-B信号生成、接收、检测、解码纠错等信号处理技术，并在分析民航ADS-B数据位置信息精度、稳定性等性能的基础之上，开展了ADS-B数据实时性验证及数据质量提升技术研究，系统阐述了ADS-B信息在雷达对空探测性能标校领域的工程应用。

　　张财生，江西赣州人，博士，长期从事ADS-B信号处理与雷达标校应用、无源相干定位技术及应用等方面的科研工作，发表学术论文30余篇，其中SCI/EI检索20篇，撰写学术专著2部，曾获山东省优秀博士学位论文奖和全军优秀硕士学位论文奖，研究成果获军队级科研奖励2项，军队级教学成果奖1项。张涛，四川蓬溪人，博士，长期从事对空对海目标监视技术与应用研究，主导完成的ADS-B、AIS分系统成功应用于型号装备，完成科研课题10余项，发表核心级以上论文20余篇．2020年，研究成果获军队级科研奖励2项。张海，山东烟台人，博士，长期从事雷达相关专业教学与科研工作，发表论文10余篇，获军队科技进步二等奖2项，海军级教学成果奖1项，全军网电作战理论研究优秀成果二等奖1项。陈小龙，山东烟台人，博士，长期从事雷达原理及弱小目标检测等方面的教学与科研工作，主编教材3部，出版国家科技出版基金资助专著1部，获省部级奖励4项，担任《雷达学报》《信号处理》《太赫兹科学与电子信息学报》编委。

●第1章 ADS-B概述 1.1 ADS-B的基本工作原理 1.2 机载ADS-B可用的数据链 1.3机载ADS-B 1090ES报文格式 1.4 本章小结 第2章 基于1090ES数据链的ADS-B信号生成技术 2.1 引言 2.2 报文生成总体方案设计 2.2.1 位置信息的获取及精度分析 2.2.2 信号调制模块设计 2.3 CPR编码生成技术 2.3.1 CPR编码算法的基本原理 2.3.2 CPR编码算法的实现 2.3.3 CPR编码算法精度分析 2.4 ADS-B空中位置报文生成的实现 2.4.1 硬件资源及开发环境介绍 2.4.2 关键问题分析 2.4.3 位置信息的正确接收、判断和提取 2.4.4 实数转换为单精度浮点数 2.4.5 CPR编码的VHDL实现 2.4.6 CRC24编码的高速实现 2.5 调制信号生成测试与信号发射验证 2.5.1测试及验证方法 2.5.2测试与验证结果及分析 2.6本章小结 第3章 ADS-B信号接收解码及纠错技术 3.1 引言 3.2 ADS-B信号接收解码的总体方案设计 3.3 报头检测技术 3.3.1 脉冲匹配检测方法 3.3.2 基带归一化的报头互相关检测技术 3.3.3 报头互相关检测技术性能评估 3.4 数据块信息解码技术 3.4.1 解码结果分析 3.4.2 多通道接收解码的条件分析 3.5 多通道融合纠错的理论基础 3.6 双通道接收解码及纠错方案设计 3.6.1 双通道接收系统方案设计 3.6.2 双通道下的TOA提取 3.6.3 融合纠错方法 3.6.4 改进的选择合并方式 3.6.5 随机多位纠错技术 3.7 双通道融合数据分析 3.8 本章小结 第4章 ADS-B交叠信号分离技术 4.1 引言 4.2 高密度信号环境下的ADS-B信号交叠概率分析 4.3 PA分离算法性能分析 4.3.1 信号模型及PA算法 4.3.2 性能分析 4.4 基于MUSIC算法的ADS-B信号分离技术 4.4.1 数据模型 4.4.2 分离算法 4.5 本章小结 第5章 ADS-B信号高精度TOA测量及广域多站同步技术 5.1 引言 5.2 基于脉冲沿的TOA测量方法 5.2.1 基于脉冲沿和静态门限的TOA测量方法 5.2.2 基于脉冲沿和动态门限的TOA测量方法 5.2.3 基于脉冲沿的测时方法性能评估 5.3 基于脉冲匹配滤波的信号TOA测量方法 5.4 高精度TOA测量测量方法及性能分析 5.4.1 高精度TOA测量测量方法 5.4.2 高精度TOA提取的FPGA实现 5.4.2 TOA提取结果及精度分析 5.5 基于ADS-B信号的广域多站同步技术及精度分析 5.5.1 时间同步技术及精度的理论分析 5.5.2 仿真分析 5.5.3 基于ADS-B的高精度多站时间同步技术 5.5.4 时间同步性能分析 5.6 本章小结 第6章 ADS-B数据质量分析、验证与提高技术 6.1 引言 6.2 研究思路 6.3 ADS-B数据精度的理论依据及验证 6.3.1 ADS-B位置精度分析与验证 6.3.2 ADS-B高度精度分析与验证 6.3.3 ADS-B时间精度及实时性验证 6.3.4 ADS-B数据转换精度分析 6.3.5 ADS-B数据测角精度分析 6.3.6 ADS-B数据率分析 6.3.7 ADS-B数据准确性分析 6.3.8 ADS-B数据稳定性分析 6.3.9 ADS-B目标分辨力评估 6.4 外推技术解决数据丢点问题 6.5本章小结 第7章 机载ADS-B信息在高精度雷达标定中的应用 7.1 引言 7.2 ADS-B位置精度分析 7.2.1 ADS-B位置误差来源 7.2.2 ADS-B实测数据随机误差分析 7.3 ADS-B用于雷达标定的理论分析 7.3.1 ADS-B数据误差在雷达坐标系下的特征分析 7.3.2 目标散射中心变化分析 7.3.3 ADS-B及雷达数据联合修正 7.4 ADS-B固定误差估计 7.5 雷达系统误差标定方法 7.5.1 雷达系统常规的误差标定方法 7.5.2 基于ADS-B固定误差小影响的雷达系统误差标定方法 7.5.3 雷达系统误差标定新方法 7.5.4 雷达系统误差标定方法性能对比分析 7.6 本章小结 第8章 ADS-B雷达动态性能标校系统 8.1 引言 8.2 标校系统方案设计 8.2.1 硬件设计方案 8.2.2 软件设计方案 8.2.3 主要元器件选择 8.2.4 系统结构设计方案 8.2.5 系统供电方案 8.3 系统样机 8.3.1 试验场基站式雷达动态标校及性能测试系统 8.3.2 便携式ADS-B雷达动态标校设备 8.3.3 核心器件及设备环境试验情况 8.4 系统功能 8.4.1 ADS-B雷达动态标校测试系统功能 8.4.2 试验场基站式雷达动态标校及性能测试系统功能 8.4.3 便携式ADS-B雷达标校设备功能 8.4.4 目标态势多模式实时显示 8.4.5 雷达动态误差分析 8.4.6 飞机数据库及三维模型 8.4.7 数据的记录与回放 8.5 系统主要技术指标 8.5.1 试验场基站式ADS-B雷达动态标校测试系统技术指标 8.5.2 便携式ADS-B雷达标校设备技术指标 8.6 可靠性工程分析 8.7 设计验证 8.7.1 雷达标校精度分析 8.7.2 目标识别验证性能 8.8 关键技术及保证措施 8.9 系统的技术优势 8.10 本章小结 第9章 ADS-B与雷达空面平台联合系统误差标定工程应用 9.1 标校工作思路 9.2 技术方案 9.3 空面平台联合系统误差估计的理论 9.3.1 ADS-B数据的性能分析 9.3.2 ADS-B数据的坐标变换 9.3.3 非时间匹配的航迹曲线比对系统误差估计技术 9.3.4 基于ADS-B数据的雷达误差修正值计算 9.4 ADS-B与雷达空面平台联合系统误差估计试验数据分析 9.5 本章小结 第10章 ADS-B与雷达联合系统误差标校工程应用 10.1 标校应用的思路 10.2 技术方案 10.3 空面平台联合系统误差估计的理论 10.4 ADS-B与雷达空面平台联合系统误差估计试验数据分析 10.5 基于ADS-B和雷达航迹数据的性能逆推分析 10.5 本章小结 第11章 总结与展望