1090MHz信号同频干扰与窜扰概率探究_孙清清
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Tn
1090ES 120 μs
1s
图 1 1 s 内 1090ES 信号受窜扰的区间示意
干扰信号与目标信号重叠则发生窜扰，考察干扰 信号脉冲的前沿到达时刻，如果该时刻落在如图 1 的 阴影部分内则与目标信号发生重叠， 因此可以计算 1 s 内单个干扰信号对 1090 ES 信号形成窜扰的概率为： T 120 (1) p n 6 。 10
0 引言
监视（Surveillance）为空中交通管理系统提供
收稿日期：2012-12-10。 ﹡基金项目： 国家自然科学基金项目 （批准号： 61079006） ； 国家自然科学基金重点项目（批准号： 61139003） 。 作者简介：孙清清（1990-） ，男，硕士研究生，主要研究 高速实时信号处理等；王 洪（1974-） ，男， 副教授，主要研究方向为多点定位、数字接收 机和高速实时信号处理等；黄忠涛（1978-） ， 男，硕士，工程师，主要研究方向为雷达测试 技术、嵌入式系统、视频仿真技术、场面监视 系统等；何东林（1976-） ，男，硕士，工程师， 主要研究方向为信号与信息处理、多点定位、 智能控制系统。 8
1 090 MHz，包括：SSR 和 MLAT 的 A/C 模式、S 模式应答信号，ADS-B 的 1090ES 信号[2]。此外，合 约 式 自 动 广 播 相 关 监 视 ADS-C （ Automatic Dependent Surveillance-contract）,交通告警与防撞系 统(TCAS)，车载 ADS 设备，机载测距仪 DME 等电 子系统也在使用 1 090 MHz 频率，各电子系统相互 之间形成很强的同频干扰，影响电子系统的正常工 作[3-5]。尤其是在机场等繁忙空域，随着目标数量的 增加，干扰问题十分严重，容易导致目标漏检，航 迹中断。因此，研究 1 090 MHz 信号的同频干扰抑 制技术，分析干扰出现的概率，对保障飞行安全， 评估和预测监视系统容量具有非常重要的意义。 文中首先对 1 090 MHz 频点信号之间的各种干 扰情况作了分析，以窜扰为例，建立了干扰的数学 模型，推导出了 3 种情况下 1 090 MHz 频点信号的 窜扰概率， 对监视系统可容纳的目标数量作了评估， 并对多监视技术并存的系统作了仿真和分析。
1 1 090 MHz 同频干扰
1 090 MHz广泛应用于民用航空的多种电子设 备中，主要采用A/C模式和S模式的数据链格式，以 询问和应答的方式工作，实现对飞行器的监视、导 航和避撞，以及机场地面设备的引导与控制。近年 来，飞行器和地面设备数量快速增长，大量的电子 设备使用1 090 MHz频率， 将使该频点的容量趋于饱 和。目前使用的二次雷达系统、新开发的多点定位 系统和 ADS-B 系统等均受到了较为严重的同频干 扰。以S模式数据格式为例，其1 090 MHz应答信号 3 dB带宽为2.6 MHz，-20 dB带宽为14 MHz，-40 dB 带宽为46 MHz。国际民航组织早期要求机载设备的 发射信号(A/C模式和S模式)限定在±3 MHz，后来更 改为±1 MHz。即便是航路中高速飞行的民航飞机， 其1 090 MHz信号的多普勒频率也仅在KHz量级。 因 此，大量的机载和地面电子设备使用的1 090 MHz 监视信号能量主要集中在1 090 MHz附近很窄的频 段上，信号间的同频干扰已不容忽视。 在1 090 MHz的同频干扰中， 多种电子系统共有 [6] 的形式主要有以下3种 。 1） 异步干扰 (FRUIT,False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmissions) ： 指应答接收机收到 其他询问机询问引起的应答。 这是主要的干扰形式， 每秒达到几千到几万次，早期的二次雷达承受的 FRUIT规定为5 000 次/秒，最新的二次雷达其主瓣 承受FRUIT的次数已提高到10 000 次/秒以上。 2）同步窜扰（Synchronous Garble） ：一部询问 机引起多部应答机同时应答， 应答脉冲组相互重叠， 且脉冲位置相互占用的应答。这种干扰在时域和频 域均重叠在一起，很难抑制。
信号对 1090ES 信号产生窜扰的概率为：
k p A / C k Cn p1k 1 p1 1 ， 1 n k
9
k k p k Cn p 1 p
nk
，
(2)
式中，n 表示 1 s 内出现干扰信号的次数。以下分 3 种情况讨论 1 s 内目标信号受窜扰的概率。 2.1.1 单独 A/C、S 模式信号干扰 此时 Tn 20.75 μs ，代入式（1）可得 1 s 内单个
A/C 模式信号对 1090ES 信号产生窜扰的概率为： p 0.14075 103 ，代入式（2）可得 1 s 内 k 个 A/C
【摘 要】航空监视系统的抗干扰性能对于保障空中交通安全具有十分重要的意义。近年来，航空工业 的迅猛发展促进了多种监视技术的出现， 并将在相当长一段时间内同时存在， 这些监视技术均使用 1 090 MHz 的下行频率，造成了 1 090 MHz 频率的信号拥挤问题，这对于提高航空监视系统的抗干扰性能又提出了新 的挑战。分析了 1 090 MHz 频率信号的各种同频干扰形式，针对容易导致监视系统漏检的窜扰，推导出 A/C 模式应答信号、S 模式应答信号和 1090ES 信号之间在不同情况下的混叠概率，并在假定的理想环境下对系 统性能进行仿真与评估。 【关键词】航空监视系统；窜扰；1 090 MHz；概率 【中图分类号】TP311 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)02-0008-04
2013 年第 02 期，第 46 卷 总第 254 期
通 信 技 术 Communications TLeabharlann Baiduchnology
Vol.46，No.02,2013 No.254,Totally
1090MHz 信号同频干扰与窜扰概率探究﹡
孙清清①， 王 洪①， 黄忠涛②， 何东林②
（①电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731；②中国民用航空局第二研究所，四川 成都 610041）
2 窜扰的概率分析
研究 1 090 MHz 频率信号窜扰概率， 主要分为 以下 3 种情况：①多种监视技术并存时，考察一类 监视信号受其他类别监视信号窜扰的程度。将这类 问题简化为：1 s 时间内一个目标信号受到其它类型 信号的窜扰概率；②一种监视技术单独使用时，考 察同类型信号之间的窜扰， 以 1090ES 信号为例计算 1090ES 信号之间相互窜扰的概率； ③考察所有的同 频 1 090 MHz 信号之间相互窜扰的概率。 2.1 目标信号受其它类型信号的窜扰概率 以 ADS-B 的 1090ES 信号作为目标信号， 计算 1090ES 受 A/C 模式、 S 模式信号的窜扰概率。 ADS-B 发射信号重复频率 1 Hz，因此，计算 1 s 内目标信 号受干扰的概率。 假设同频的干扰信号 1 s 内任意时 刻到达的概率相同，且各干扰信号对目标信号的窜 扰事件（即发生重叠）相互独立。1 s 内 1090ES 信 号受窜扰的区间示意如图 1 所示， Tn 表示干扰信号 持续的时间长，单位 µs。
3）窜扰（Garble） ：也称为交织应答（Interleave Reply） ，与混扰的机理相似，应答脉冲组相互重叠， 但脉冲位置不相互占用的应答。 除以上3种干扰形式外， 不同电子系统还有各自 特有的干扰形式，如二次雷达的目标锁定、二次环 绕和群俘获等， 这些干扰不是共用1 090 MHz信号导 致的，文中不加讨论。下面讨论的窜扰包含了 Synchronous Garble和Garble两种形式。 FURUIT是干扰的主要形式，发生的频率很高， 接收设备要判断信号是否为所需的信号。 1 090 MHz 多为询问应答的工作方式，由于信号尚未混叠，能 够对信号进行解码，在解码后能对数据作取舍。但 窜扰信号时频域均重叠在一起，很难抑制，容易导 致通信失效。目前采用的窜扰抑制技术，能将2～4 个窜扰信号分离开，提高有效通信的概率。窜扰可 看作FRUIT干扰的特殊形式，文中将对大量FRUIT 信号时，窜扰发生的概率进行研究，同时研究一定 数量的窜扰信号能够分离时有效通信的概率。
目标（包括空中航空器及机场场面动目标）的实时 动态信息，是进行空中交通管理的基础。目前应用 于空中交通管理的监视技术主要有空管一次监视雷 达（PSR）和空管二次监视雷达（SSR） ，而自动相 关监视（ADS）和多点定位（MLAT）已在国际上 和国内部分机场开始试用。这几种监视技术有其各 自的优缺点，未来很长一段时间内将同时存在，协 同工作[1]。 监视技术的发展对于空中交通安全的保障极为 重要。随着航空运输业的迅猛发展，飞机数量持续 增长，多种监视技术的共存也面临着一定的挑战。 这些监视系统中，二次雷达、多点定位和 ADS-B 系 统均使用相同的数据链格式，下行信号频率均为
【 Abstract 】 Anti-jamming performance of the aviation surveillance system is of great significance in ensuring the air traffic safety. In recent years, the rapid development of aviation industry promotes the emergence of various surveillance technologies, and these technologies would simultaneously exist for quite a long time. These surveillance technologies all adopt the same downlink frequency of 1 090 MHz, thus resulting in the signal congestion, and this becomes a new challenge to the improvemeent of anti-jamming performance of the system. This paper first analyzes the co-channel interferences of 1 090 MHz, and then deduces the garble probability of mode A/C, mode S and 1090 ES signals in different situation. Based on the assumed ideal environment, the system performance is simulated and evaluated. 【Key words】aviation surveillance system; garble; 1 090 MHz; probability
Exploration on 1090MHz Co-channel Interference and Probability of Garble
SUN Qing-qing①， WANG Hong①， HUANG Zhong-tao②， HE Dong-lin②
(①School of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan 611731, China; ②The2nd Research Institution of Civil Aviation Administration of China, Chengdu Sichuan 610041, China)
1090ES 120 μs
1s
图 1 1 s 内 1090ES 信号受窜扰的区间示意
干扰信号与目标信号重叠则发生窜扰，考察干扰 信号脉冲的前沿到达时刻，如果该时刻落在如图 1 的 阴影部分内则与目标信号发生重叠， 因此可以计算 1 s 内单个干扰信号对 1090 ES 信号形成窜扰的概率为： T 120 (1) p n 6 。 10
0 引言
监视（Surveillance）为空中交通管理系统提供
收稿日期：2012-12-10。 ﹡基金项目： 国家自然科学基金项目 （批准号： 61079006） ； 国家自然科学基金重点项目（批准号： 61139003） 。 作者简介：孙清清（1990-） ，男，硕士研究生，主要研究 高速实时信号处理等；王 洪（1974-） ，男， 副教授，主要研究方向为多点定位、数字接收 机和高速实时信号处理等；黄忠涛（1978-） ， 男，硕士，工程师，主要研究方向为雷达测试 技术、嵌入式系统、视频仿真技术、场面监视 系统等；何东林（1976-） ，男，硕士，工程师， 主要研究方向为信号与信息处理、多点定位、 智能控制系统。 8
1 090 MHz，包括：SSR 和 MLAT 的 A/C 模式、S 模式应答信号，ADS-B 的 1090ES 信号[2]。此外，合 约 式 自 动 广 播 相 关 监 视 ADS-C （ Automatic Dependent Surveillance-contract）,交通告警与防撞系 统(TCAS)，车载 ADS 设备，机载测距仪 DME 等电 子系统也在使用 1 090 MHz 频率，各电子系统相互 之间形成很强的同频干扰，影响电子系统的正常工 作[3-5]。尤其是在机场等繁忙空域，随着目标数量的 增加，干扰问题十分严重，容易导致目标漏检，航 迹中断。因此，研究 1 090 MHz 信号的同频干扰抑 制技术，分析干扰出现的概率，对保障飞行安全， 评估和预测监视系统容量具有非常重要的意义。 文中首先对 1 090 MHz 频点信号之间的各种干 扰情况作了分析，以窜扰为例，建立了干扰的数学 模型，推导出了 3 种情况下 1 090 MHz 频点信号的 窜扰概率， 对监视系统可容纳的目标数量作了评估， 并对多监视技术并存的系统作了仿真和分析。
1 1 090 MHz 同频干扰
1 090 MHz广泛应用于民用航空的多种电子设 备中，主要采用A/C模式和S模式的数据链格式，以 询问和应答的方式工作，实现对飞行器的监视、导 航和避撞，以及机场地面设备的引导与控制。近年 来，飞行器和地面设备数量快速增长，大量的电子 设备使用1 090 MHz频率， 将使该频点的容量趋于饱 和。目前使用的二次雷达系统、新开发的多点定位 系统和 ADS-B 系统等均受到了较为严重的同频干 扰。以S模式数据格式为例，其1 090 MHz应答信号 3 dB带宽为2.6 MHz，-20 dB带宽为14 MHz，-40 dB 带宽为46 MHz。国际民航组织早期要求机载设备的 发射信号(A/C模式和S模式)限定在±3 MHz，后来更 改为±1 MHz。即便是航路中高速飞行的民航飞机， 其1 090 MHz信号的多普勒频率也仅在KHz量级。 因 此，大量的机载和地面电子设备使用的1 090 MHz 监视信号能量主要集中在1 090 MHz附近很窄的频 段上，信号间的同频干扰已不容忽视。 在1 090 MHz的同频干扰中， 多种电子系统共有 [6] 的形式主要有以下3种 。 1） 异步干扰 (FRUIT,False Replies Unsynchronized with Interrogator Transmissions) ： 指应答接收机收到 其他询问机询问引起的应答。 这是主要的干扰形式， 每秒达到几千到几万次，早期的二次雷达承受的 FRUIT规定为5 000 次/秒，最新的二次雷达其主瓣 承受FRUIT的次数已提高到10 000 次/秒以上。 2）同步窜扰（Synchronous Garble） ：一部询问 机引起多部应答机同时应答， 应答脉冲组相互重叠， 且脉冲位置相互占用的应答。这种干扰在时域和频 域均重叠在一起，很难抑制。
信号对 1090ES 信号产生窜扰的概率为：
k p A / C k Cn p1k 1 p1 1 ， 1 n k
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k k p k Cn p 1 p
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(2)
式中，n 表示 1 s 内出现干扰信号的次数。以下分 3 种情况讨论 1 s 内目标信号受窜扰的概率。 2.1.1 单独 A/C、S 模式信号干扰 此时 Tn 20.75 μs ，代入式（1）可得 1 s 内单个
A/C 模式信号对 1090ES 信号产生窜扰的概率为： p 0.14075 103 ，代入式（2）可得 1 s 内 k 个 A/C
【摘 要】航空监视系统的抗干扰性能对于保障空中交通安全具有十分重要的意义。近年来，航空工业 的迅猛发展促进了多种监视技术的出现， 并将在相当长一段时间内同时存在， 这些监视技术均使用 1 090 MHz 的下行频率，造成了 1 090 MHz 频率的信号拥挤问题，这对于提高航空监视系统的抗干扰性能又提出了新 的挑战。分析了 1 090 MHz 频率信号的各种同频干扰形式，针对容易导致监视系统漏检的窜扰，推导出 A/C 模式应答信号、S 模式应答信号和 1090ES 信号之间在不同情况下的混叠概率，并在假定的理想环境下对系 统性能进行仿真与评估。 【关键词】航空监视系统；窜扰；1 090 MHz；概率 【中图分类号】TP311 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2013)02-0008-04
2013 年第 02 期，第 46 卷 总第 254 期
通 信 技 术 Communications TLeabharlann Baiduchnology
Vol.46，No.02,2013 No.254,Totally
1090MHz 信号同频干扰与窜扰概率探究﹡
孙清清①， 王 洪①， 黄忠涛②， 何东林②
（①电子科技大学 电子工程学院，四川 成都 611731；②中国民用航空局第二研究所，四川 成都 610041）
2 窜扰的概率分析
研究 1 090 MHz 频率信号窜扰概率， 主要分为 以下 3 种情况：①多种监视技术并存时，考察一类 监视信号受其他类别监视信号窜扰的程度。将这类 问题简化为：1 s 时间内一个目标信号受到其它类型 信号的窜扰概率；②一种监视技术单独使用时，考 察同类型信号之间的窜扰， 以 1090ES 信号为例计算 1090ES 信号之间相互窜扰的概率； ③考察所有的同 频 1 090 MHz 信号之间相互窜扰的概率。 2.1 目标信号受其它类型信号的窜扰概率 以 ADS-B 的 1090ES 信号作为目标信号， 计算 1090ES 受 A/C 模式、 S 模式信号的窜扰概率。 ADS-B 发射信号重复频率 1 Hz，因此，计算 1 s 内目标信 号受干扰的概率。 假设同频的干扰信号 1 s 内任意时 刻到达的概率相同，且各干扰信号对目标信号的窜 扰事件（即发生重叠）相互独立。1 s 内 1090ES 信 号受窜扰的区间示意如图 1 所示， Tn 表示干扰信号 持续的时间长，单位 µs。
3）窜扰（Garble） ：也称为交织应答（Interleave Reply） ，与混扰的机理相似，应答脉冲组相互重叠， 但脉冲位置不相互占用的应答。 除以上3种干扰形式外， 不同电子系统还有各自 特有的干扰形式，如二次雷达的目标锁定、二次环 绕和群俘获等， 这些干扰不是共用1 090 MHz信号导 致的，文中不加讨论。下面讨论的窜扰包含了 Synchronous Garble和Garble两种形式。 FURUIT是干扰的主要形式，发生的频率很高， 接收设备要判断信号是否为所需的信号。 1 090 MHz 多为询问应答的工作方式，由于信号尚未混叠，能 够对信号进行解码，在解码后能对数据作取舍。但 窜扰信号时频域均重叠在一起，很难抑制，容易导 致通信失效。目前采用的窜扰抑制技术，能将2～4 个窜扰信号分离开，提高有效通信的概率。窜扰可 看作FRUIT干扰的特殊形式，文中将对大量FRUIT 信号时，窜扰发生的概率进行研究，同时研究一定 数量的窜扰信号能够分离时有效通信的概率。
目标（包括空中航空器及机场场面动目标）的实时 动态信息，是进行空中交通管理的基础。目前应用 于空中交通管理的监视技术主要有空管一次监视雷 达（PSR）和空管二次监视雷达（SSR） ，而自动相 关监视（ADS）和多点定位（MLAT）已在国际上 和国内部分机场开始试用。这几种监视技术有其各 自的优缺点，未来很长一段时间内将同时存在，协 同工作[1]。 监视技术的发展对于空中交通安全的保障极为 重要。随着航空运输业的迅猛发展，飞机数量持续 增长，多种监视技术的共存也面临着一定的挑战。 这些监视系统中，二次雷达、多点定位和 ADS-B 系 统均使用相同的数据链格式，下行信号频率均为
【 Abstract 】 Anti-jamming performance of the aviation surveillance system is of great significance in ensuring the air traffic safety. In recent years, the rapid development of aviation industry promotes the emergence of various surveillance technologies, and these technologies would simultaneously exist for quite a long time. These surveillance technologies all adopt the same downlink frequency of 1 090 MHz, thus resulting in the signal congestion, and this becomes a new challenge to the improvemeent of anti-jamming performance of the system. This paper first analyzes the co-channel interferences of 1 090 MHz, and then deduces the garble probability of mode A/C, mode S and 1090 ES signals in different situation. Based on the assumed ideal environment, the system performance is simulated and evaluated. 【Key words】aviation surveillance system; garble; 1 090 MHz; probability
Exploration on 1090MHz Co-channel Interference and Probability of Garble
SUN Qing-qing①， WANG Hong①， HUANG Zhong-tao②， HE Dong-lin②
(①School of Electronic Engineering, University of Electronic Science and Technology of China, Chengdu Sichuan 611731, China; ②The2nd Research Institution of Civil Aviation Administration of China, Chengdu Sichuan 610041, China)