一種基于計(jì)算機(jī)仿真的1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng)估系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空監(jiān)視技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 1090MHz是民用和軍用航空監(jiān)視導(dǎo)航的專用頻率，多種電子設(shè)備共享該頻率造成 的頻譜擁塞（Congestion)和同頻干擾引起了廣泛的關(guān)注。二次雷達(dá)或空管雷達(dá)信標(biāo)系 統(tǒng) ATCRBS(Air Traffic Control Radar Beacon System)、用于飛機(jī)防撞的 TCAS(Traffic Collision Avoidance System)系統(tǒng)、自動(dòng)廣播相關(guān)監(jiān)視系統(tǒng) ADS-B(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast)、多點(diǎn)定位系統(tǒng)，交通信息廣播系統(tǒng) TIS-B(Traffic Information Services - Broadcast)，以及軍用飛機(jī)的敵我識(shí)別器 IFF(Identification of Friend or Foe)都工作在1090MHz頻段。按照國際民航組織ICAO的規(guī)定，1090MHz發(fā) 射信號(hào)的頻率誤差在±1ΜΗζ以內(nèi)，因此，多種系統(tǒng)的共享必然帶來信號(hào)的同頻干擾，嚴(yán)重 時(shí)導(dǎo)致頻譜擁塞，系統(tǒng)無法正常工作。另一方面，近年來我國的航空流量呈高速增長(zhǎng)趨勢(shì)， 機(jī)載監(jiān)視設(shè)備和地面監(jiān)視設(shè)備的數(shù)量快速增加，1090MHz頻譜信號(hào)擁塞的問題也日趨嚴(yán)重。 為了保障現(xiàn)有電子系統(tǒng)正常工作，對(duì)推廣的新技術(shù)進(jìn)行前期論證，預(yù)測(cè)1090MHz頻點(diǎn)未來 的使用狀況和安全性，都有必要對(duì)1090MHz頻譜環(huán)境進(jìn)行有效的評(píng)估。
[0003] 國際民航組織（International Civil Aviation Organization, ICA0)、美國聯(lián)邦 航空局（Federal Aviation Administration, FAA)和歐控（EUROCONTROL)等多家權(quán)威機(jī) 構(gòu)在歐美發(fā)達(dá)地區(qū)（如法蘭克福機(jī)場(chǎng)、紐約JKF機(jī)場(chǎng)等）多次開展了對(duì)1090MHz頻點(diǎn)的實(shí) 際測(cè)量工作，結(jié)合實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)分階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，必要時(shí)采取適當(dāng)環(huán)境頻譜擁塞的措施， 以確保監(jiān)視系統(tǒng)安全可靠地運(yùn)行。結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估是最理想的方法，可以準(zhǔn)確掌握 1090MHz信號(hào)環(huán)境的使用情況和安全性，但實(shí)測(cè)成本很高，需軍航和民航的多個(gè)部門配合， 實(shí)施困難，且只適用于評(píng)估當(dāng)前的信號(hào)環(huán)境，而無法用于評(píng)估未來的頻譜環(huán)境。
[0004] 為此，國際民航權(quán)威機(jī)構(gòu)先后提出了幾種不同模型對(duì)1090MHz頻譜環(huán)境進(jìn)行評(píng) 估。歐控提出的一種CIR(Constant Interrogation Rate)仿真評(píng)估模型，該模型基于場(chǎng)景 假設(shè)相同的海拔高度上監(jiān)視設(shè)備接收到的詢問信號(hào)頻率為一個(gè)常數(shù)，而實(shí)際頻譜環(huán)境下詢 問信號(hào)頻率往往波動(dòng)較大難以滿足常數(shù)的條件，該模型假設(shè)存在一定的局限性。美國MITRE 組織提出了一種1090MHz環(huán)境分析模型，該模型通過理論分析的方法對(duì)1090MHz頻譜環(huán)境 進(jìn)行現(xiàn)狀評(píng)估并能夠改變場(chǎng)景參數(shù)預(yù)測(cè)未來的信號(hào)環(huán)境，該模型只考慮飛機(jī)與監(jiān)視設(shè)備距 離因素而忽略了飛機(jī)方位以及飛機(jī)位置變化等特征，并且沒有以實(shí)際的場(chǎng)景環(huán)境和民航現(xiàn) 狀為基礎(chǔ)。另外，SSR/IFF環(huán)境模型、Volpe/APL模型等幾種評(píng)估模型也都可用于1090MHz 頻譜環(huán)境的評(píng)估，這些模型的共同點(diǎn)都是基于對(duì)實(shí)際環(huán)境參數(shù)的假設(shè)以及忽略了飛機(jī)方位 等動(dòng)態(tài)變化的因素。而在國內(nèi)并沒有相關(guān)方面的研究。。
[0005] 1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng)估的關(guān)鍵在于對(duì)實(shí)際場(chǎng)景環(huán)境合理建模，并結(jié)合現(xiàn)有數(shù)據(jù)和 變化趨勢(shì)，模擬真實(shí)的信號(hào)環(huán)境以及預(yù)測(cè)未來的信號(hào)環(huán)境。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種通過調(diào)整參數(shù)適應(yīng)未來空域條件的航空 監(jiān)視頻率1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng)估系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是，一種用于1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng) 估的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，包括評(píng)估區(qū)域場(chǎng)景環(huán)境配置模塊、評(píng)估區(qū)域1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真 模塊、評(píng)估參數(shù)計(jì)算模塊；
[0008] 評(píng)估區(qū)域場(chǎng)景環(huán)境配置模塊包含飛機(jī)節(jié)點(diǎn)飛行動(dòng)態(tài)仿真模型、飛機(jī)節(jié)點(diǎn)參數(shù)配置 模塊和地面節(jié)點(diǎn)參數(shù)配置模塊；
[0009] 所述飛行動(dòng)態(tài)仿真模型，用于接收輸入的飛機(jī)位置坐標(biāo)、速度和飛行航跡，區(qū)域范 圍、機(jī)場(chǎng)坐標(biāo)位置、降落點(diǎn)坐標(biāo)、離場(chǎng)點(diǎn)坐標(biāo)、進(jìn)出場(chǎng)航路、飛行高度、速度、飛機(jī)進(jìn)場(chǎng)率和飛 機(jī)離場(chǎng)率來模擬各個(gè)時(shí)刻區(qū)域內(nèi)所有飛機(jī)的位置、高度和飛行航路并輸出至1090MHz信號(hào) 環(huán)境仿真模塊；
[0010] 所述飛機(jī)節(jié)點(diǎn)參數(shù)配置模塊，用于接收輸入的1030MHz發(fā)射參數(shù)、1030MHz接收參 數(shù)、1090MHz發(fā)射參數(shù)和1090MHz接收參數(shù)并輸出至1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊；
[0011] 所述地面節(jié)點(diǎn)參數(shù)配置模塊，用于接收輸入的地面節(jié)點(diǎn)1090MHz接收參數(shù)、 1030MHz發(fā)射模塊參數(shù)、地面節(jié)點(diǎn)三維位置坐標(biāo)、天線主瓣寬度和天線掃描周期并輸出至 1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊；
[0012] 評(píng)估區(qū)域1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊包含接收信號(hào)功率模型、飛機(jī)節(jié)點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn) 模塊、地面節(jié)點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)模塊和1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊；
[0013] 所述接收信號(hào)功率模型，用于計(jì)算自由空間傳播衰減條件下飛機(jī)節(jié)點(diǎn)和地面節(jié)點(diǎn) 接收機(jī)接收的期望信號(hào)功率、干擾信號(hào)功率以及信號(hào)與干擾加噪聲比來判斷信號(hào)接收解碼 是否成功，并將判斷結(jié)果輸出至評(píng)估參數(shù)計(jì)算模塊；
[0014] 所述飛機(jī)節(jié)點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)模塊，用于通過廣播廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視ADS-B消息、對(duì) 地面二次監(jiān)視雷達(dá)SSR進(jìn)行應(yīng)答和空中交通預(yù)警和防撞系統(tǒng)TCAS進(jìn)行詢問來更新飛機(jī)節(jié) 點(diǎn)狀態(tài)，并輸出當(dāng)前飛機(jī)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)至1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊；
[0015] 所述地面節(jié)點(diǎn)功能實(shí)現(xiàn)模塊，用于通過接收ADS-B廣播消息、接收SSR應(yīng)答和對(duì)飛 機(jī)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行SSR詢問來更新地面節(jié)點(diǎn)狀態(tài)，并輸出當(dāng)前地面節(jié)點(diǎn)狀態(tài)至1090MHz信號(hào)環(huán)境 仿真模塊；
[0016] 所述1090MHz信號(hào)環(huán)境仿真模塊，用于通過輸入的評(píng)估區(qū)域場(chǎng)景環(huán)境配置模塊參 數(shù)、飛機(jī)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)以及地面節(jié)點(diǎn)狀態(tài)來仿真1090MHz信號(hào)環(huán)境中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)與地面節(jié)點(diǎn)之間 的通信過程；
[0017] 評(píng)估參數(shù)計(jì)算模塊，用于通過統(tǒng)計(jì)信號(hào)接收解碼率得到監(jiān)視設(shè)備的性能指標(biāo)，通 過觀測(cè)仿真1090MHZ信號(hào)環(huán)境中飛機(jī)節(jié)點(diǎn)與地面節(jié)點(diǎn)之間的通信過程得到空中交通管理/ 通訊A/C模式信號(hào)FRUIT干擾率、監(jiān)視S模式信號(hào)FRUIT干擾率、A/C模式信號(hào)GARBLE干 擾率、S模式信號(hào)FRUIT干擾率、和信號(hào)連續(xù)丟失最長(zhǎng)時(shí)間。
[0018] 本發(fā)明首先根據(jù)飛機(jī)的數(shù)量、分布、飛行動(dòng)態(tài)、地面和機(jī)載設(shè)備的數(shù)量與分布、信 號(hào)模式等構(gòu)建評(píng)估區(qū)域的場(chǎng)景環(huán)境模型，調(diào)整飛機(jī)的進(jìn)出場(chǎng)率和飛機(jī)進(jìn)出場(chǎng)的航線可適應(yīng) 未來終端去空域條件下的飛行動(dòng)態(tài)仿真，通過調(diào)整場(chǎng)景環(huán)境配置參數(shù)可適應(yīng)未來的空域條 件；然后，結(jié)合目標(biāo)的發(fā)射功率、天線增益與傳播損耗，建立信號(hào)的接收功率模型，用于判斷 信號(hào)是否能夠成功接收并解碼；再通過仿真的方法模擬評(píng)估區(qū)域內(nèi)空-空和空-地通信過 程，即信號(hào)的發(fā)送、傳播和接收過程，結(jié)合評(píng)估區(qū)域場(chǎng)景環(huán)境配置參數(shù)以及飛機(jī)節(jié)點(diǎn)狀態(tài)和 地面節(jié)點(diǎn)狀態(tài)得到評(píng)估區(qū)域內(nèi)的動(dòng)態(tài)1090MHz信號(hào)環(huán)境，最后根據(jù)統(tǒng)計(jì)的接收并解碼的成 功率以及對(duì)仿真的1090MHz信號(hào)環(huán)境的統(tǒng)計(jì)得到1090MHz信號(hào)環(huán)境的評(píng)估參數(shù)。
[0019] 本發(fā)明的有益效果是，能建立更為貼合實(shí)際航空監(jiān)視頻率1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng)估 的仿真環(huán)境進(jìn)行環(huán)境評(píng)估，既適用于評(píng)估當(dāng)前空域背景下的信號(hào)環(huán)境，也可通過調(diào)整參數(shù) 適應(yīng)未來空域條件。
【附圖說明】
[0020] 圖1評(píng)估模型的總體框圖
[0021] 圖2終端區(qū)交通場(chǎng)景示意圖
[0022] 圖3空中交通監(jiān)視系統(tǒng)仿真模型示意圖
【具體實(shí)施方式】
[0023] 如圖1所示，本發(fā)明的1090MHz信號(hào)環(huán)境評(píng)估系統(tǒng)包括：評(píng)估區(qū)域場(chǎng)景環(huán)境配置模 塊、評(píng)估區(qū)域1090MHz信號(hào)環(huán)境仿