计算机论文范文3000字

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1引言

2S模式二次监视雷达系统简述

S模式二次监视雷达系统是在传统的A/C基础上发展起来的,也是采用询问应答协同的工作方式,因而S模式二次监视雷达系统包括具有S模式能力的地面二次雷达询问机和机载应答机两部分。国际民航组织为每架飞机分配了一个唯一地址(24位地址)[1],地面站可以对飞机进行选址询问,询问发射频率为1030MHz,接收频率为1090MHz,询问上行信号如图1所示,前2个脉冲为同步脉冲,P5为询问旁瓣抑制脉冲,P6为信息脉冲,采用DPSK调制,信息位长56bit或112bit,56bit称为短信号格式,主要用于监视,112bit称为长信号格式,除用于监视外还需要传输数据信息,也就是数据链功能都采用长信号格式,其码速率为4MHz。应答下行信号如图2所示,前4个脉冲是同步脉冲,后面56个脉冲或112个脉冲也分为长格式和短格式,采用脉位调制,码速率为1MHz。国际民航组织(ICAO)附件10中分别对上行和下行定义了S模式的24种格式,其中上行格式4、5、11、20、21、24用于二次监视雷达监视系统,0和16号格式用于ACAS系统,为以后扩展保留了17种格式;下行格式中,4、5、11、20、21、24用于二次雷达监视系统,0和16号格式用于ACAS系统,17、18、19号格式用于ADS-B,其中19号格式为军用。在二次监视雷达使用的几种格式中,11号格式是全呼询问和应答,主要用于对空中目标的捕获,以获取空中目标的S模式地址,4号和5号格式主要用于监视,以替代传统的A/C模式,4号格式传输高度信息,5号格式传输编号信息,20、21号格式主要用于数据传输,同时具有监视功能,24号格式主要用于扩展通信功能。在S模式数据链的功能上主要分为通信A、通信B、通信C和通信D4种,上行20、21号格式主要用于通信A,下行20、21主要用于通信B,上行24号格式用于通信C,下行24号格式用于通信D。通信A又分为广播通信A和一般通信A,广播通信A用于地面站向覆盖范围内的空中目标发送广播信息,一般通信A用于地面站对特定的飞机发送信息;通信B又分为地面发起的通信B(GICB)、空中发起的通信B(AICB)和广播通信B等[1-2]。

3S模式二次监视雷达组成及工作原理

4S模式二次监视雷达关键技术

4.1S模式与A/C模式的兼容性

虽然S模式采用了点名询问,但在跟踪前是不知道空中目标的S模式地址,当S模式二次监视雷达工作在多站情况下,可以通过相邻地面站的引导实现对目标的跟踪,但大多情况下需要自身对目标进行捕获,只有捕获锁定后的目标才能进行点对点的数据传输。S模式目标的捕获是采用全呼询问,跟踪和数据传输采用选址询问,锁定后的目标不再对S模式全呼询问进行应答,为了方便管理和减少干扰,实际实施时,采用全呼和选址询问分时进行,其时序如图4所示,包括一个全呼询问周期跟一个轮询周期,在轮询周期内实现选址询问。考虑到从传统的A/C模式升级到S模式需要一定的时间过渡,因而国际民航组织在制定S模式标准时,充分考虑了A/C模式与S模式的兼容问题,使得A/C模式二次雷达监视系统与S模式二次雷达监视系统可以共存。在全呼询问时,对传统的A/C模式信号进行了改进,增加了P4脉冲,如图5的信号格式称为组合询问信号格式,对于传统的A/C模式应答机只识别P1~P3脉冲,并按识别的P1与P3的时间间隔确定询问模式,对于S模式应答机需要识别P4脉冲,P4为宽脉冲(1.6μs)时表示对所有应答机进行全呼询问,P4为窄脉冲(0.8μs)时表示仅对A/C模式应答机进行询问,S模式应答机接收到该信号不应答。但在实际使用中,人们更喜欢采用UF11号仅S模式全呼和短的组合询问格式(仅A/C模式回答)组成的时序对空中目标进行全呼询问,如图6所示,这样在同样覆盖范围内的S模式应答机和A/C模式应答机具有相同的接收时间窗,A/C模式应答机也有足够的时间从抑制A/C模式(仅S模式全呼)中恢复。

4.2S模式信道管理

4.3S模式链路管理

4.4S模式目标的捕获

4.5单脉冲技术

5S模式二次监视雷达接口要求

S模式二次监视雷达接口主要分为内部接口和外部接口,内部接口主要包括地面站询问机与询问天线的接口、询问机与本地控制盘的接口、询问机与维护显示器的接口,与天线的接口包括∑、Δ、Ω三通道射频接口和天线指向数据,天线指向信号采用增量编码方式,一路方位脉冲,一路正北脉冲;与本地控制盘的接口主要完成本地控制盘对询问机的工作参数进行设置,并实时监视询问机的状态,采用RS422接口;与本地维护监视器的接口主要对目标的航迹进行监视,采用RS422接口或网络接口。与外部设备的接口包括与空中交通管制中心的接口、与GDLP的接口、与本地用户的接口、与其他邻近地面站系统工作接口,实现S模式数据链功能与空管中心的监视接口和GDLP接口是必需的,与邻近地面二次监视雷达接口在多站协同工作时需要,对外接口都采用双冗余网络接口,如图12所示。与空中交通管制中心接口,主要向交通管制中心传输目标点迹/航迹报文,通常采用网络接口。由于我国还没有相应标准,我们参照欧洲航空组织监视数据交换报文CAT48《单站雷达目标发送报文》[4]执行。与地面数据链处理器GDLP的接口主要与GDLP进行双向数据交换,将从飞机上提取的数据发送给GDLP,把GDLP传来的数据通过二次监视雷达发送给飞机,同样采用网络接口,参照欧洲航空组织监视数据交换报文CAT18《S模式数据交换信息》[5]执行。

6S模式二次监视雷达链路计算

S模式二次监视雷达链路计算同样遵从二次雷达的计算公式[6]:式中,Prcc为接收机输入口的接收功率,单位W;Ptrd为发射机在输出口的发射功率,单位W;GA为地面二次监视雷达天线增益;GT为应答机天线增益;LI为二次监视雷达到天线之间电缆损耗和;Lt为应答机到天线之间电缆损耗和;Lat为大气衰减;λ为波长,单位m;R为地面站和应答机天线之间的距离,单位m。在下行链路计算时,考虑到S模式必须采用单脉冲技术进行测角,系统应该留有足够的余量。

7结束语

S模式二次监视雷达具有监视、数据链功能,相比传统的A/C模式具有很多优势,是国际民航空中交通监视技术的发展方向,既可以采用单站工作方式也可以采用多站地面协同工作方式,其控制流程相当复杂。国内这方面的文献很少,国际民航组织也仅仅给出了一些规范性的要求,对其实施方式并没有作详细的规定。随着我国民用航空事业的发展,空中交通密度的增加,在从传统A/C模式监视系统过渡到S模式监视系统的过程中,建议针对S模式二次监视雷达的具体特点,制定和完善一系列S模式二次监视雷达的实施标准及规范,才能逐步推行,这样才能最大发挥S模式的效能。

计算机论文范文二：认知无线电对无线电监察的影响研讨

常用的单节点频谱感知技术有匹配滤波、能量检测和周期性检测3种[4]。(DSA)DSA是基于频谱检测的结果，在授权用户中进行可用频段的分配，以达到系统的最优化。由于CR网络中的用户对带宽、信道和所处的位置都是随机的，传统的分配算法不能完全适应，所以要有一种新的动态频谱分配算法。目前基于CR的DSA主要是基于频谱共享池(Spectrumpooling)这一策略，也就是将分配给不同业务的频谱合并成一个公共的频谱池，并将其划分为若干个子信道，而子信道是频谱分配的最小单元[5]。频谱共享池的DSA实质是一个信道受限的最优化问题。在保证相对公平和最小化干扰的情况下，最大化信道的利用率。CR系统中每个CR用户的发射功率是对其他用户造成干扰的主要原因[6]，所以要对CR系统内的用户进行功率控制。功率控制的目标是在不对授权用户造成有害干扰的前提下，增加认知用户的发射功率或者是接入更多的认知用户，提高信道利用率和CR网络的通信容量。

认知无线电带给无线电监测的挑战

认知无线电环境下，无线电站台的技术参数如发射功率、调制方式、编码方式和传输速率等都将随着环境的变化而不断变化，从而提高了无线电监测对信号的跟踪要求，如灵敏度、动态性[7]等;主用户、次用户以及非法用户等多重使用者身份的出现也使得频谱的合法性使用分析变得更加复杂。

无线电监测系统对信号的监测包括合法用户信号的识别和干扰、非法用户信号的监测识别。对于现有的监测系统，被监测频段的唯一使用者即授权用户，其信号为唯一合法的信号。通常该频段授权信号的发射功率、能量、出现的时间以及背景噪音等都有详细的记录，并写入了监测数据库，对授权信号的识别甚至可以简单地通过判别监测频段是否存在信号即可。使用认知无线电技术，某一频段上的合法信号不止是授权用户的信号，正常接入的认知用户信号也是合法信号，认知信号的参数和出现的时间都是可变的，对监测信号不能简单地通过判定频段上信号的有无来确定该信号是否为授权用户信号。在认知无线电环境下，干扰信号的来源更加多样化，由于大量认知用户的接入，即使所有认知用户都是按照自身不对授权用户造成干扰的情况进行通信，但是从系统的整体来看，还是有可能对授权用户造成干扰。无线电监测系统必须采用新的机制对特定频段的干扰水平进行划分和测定。认知信号在认知用户漏检以及认知用户异常的情况下有可能造成干扰，对于认知用户造成的干扰必须通过无线电监测发现和纠正。此外，现有系统不能对非法信号和认知信号进行有效的区分，会把授权信号以外的其他信号作为非法信号处理，所以，必须采用新的监测技术对违法的信号和认知信号进行区分。

基于认知无线电的新型监测系统

现有的无线电监测系统已经不能胜任新环境下的监测要求，必须对现有的无线电监测系统进行改进，形成一个针对认知无线电环境下的新型无线电监测系统以便应对上文所述的种种挑战。新的监测系统需要从两个方面对现有无线电系监测统进行升级改进：一是完善现有无线电监测的不足之处;二是采用认知无线电技术之后，针对原有监测系统不能适应的地方或做改进，或采用新的方法，使其能够合理地解决新环境下无线电监测的问题。新型监测系统模型如图2所示，该系统是一个联网联合监测的网络拓扑系统，它由多个监测子系统构成，每个监测子系统由天线系统、接收机系统、监测数据库系统和测向定位系统组成。

在认知用户与授权用户共存的网络中，授权用户受到潜在的干扰情况可能为：淤认知用户漏检，错判当前频段可用，接入当前频段会与授权信号发生“碰撞”，从而干扰授权用户的通信;于认知用户异常，如，认知设备受到攻击或者设备故障变成异常认知设备，不遵守认知无线电接入的规则，自身不进行功率控制，很可能对授权用户造成干扰;盂非法信号占用频段。新型的无线电监测系统应该能够检测出以上几种情况。新型监测系统首先对监测信号进行干扰评估，由此建立授权用户可承受认知用户的干扰图，通过对在监测过程中出现的认知信号和干扰评估结果的对比，可以粗略地判别出认知信号是否已经造成了干扰。在干扰识别过程中，通过频谱分析、信号分类、信号估计提取等步骤，逐步将信号归类，最终识别信号归属。具体的识别过程见图3。

监测数据库的建设和管理的好坏直接影响到整个监测系统性能的优劣。所以合理的设计监测数据库，对无线电监测起着重要的作用。新型监测系统数据库维护的重点之一在于建立各种信号的样本数据库和统计分析数据库，如图4所示。信号特征数据库用于对信号特征的描述，便于与监测信号对比，识别合法信号和发现不明信号。而数据统计分析数据库主要是管理频段的使用情况，如占用度的统计、电磁环境的分析等，对于认知无线电下的信号数据进行统计和分析，需要更进一步细化步骤。

新型的无线电监测系统则采用联网控制，通过融合相邻监测站的监测信号，完成联网信号的采集。各个监测站通过与具有强大数据处理能力的监测处理中心相连，完成对信号的联合监测，采用一定的模型对不同监测站接收到的数据进行综合分析，得出与原始信号最接近的分析结果。此外，通过联网控制，可以对干扰实施联网排查。监测中心可以通过网络连接控制的监测设备终端，并且终端监测设备不需要具有强大的数据处理功能，只负责简单的信号采集，降低了终端设备和人工成本。监测数据可以实时传输至监测的数据处理中心，并快速得到反馈，对干扰信号的判断更为精准。不同的监测数据中心可以实现网络共享，还可以通过更高一层的监测中心进行联合调度，实现更大范围的联合监测任务。

监测系统测向仿真结果

测向算法是查找信号源的关键，为后续处理提供支撑。本节对目前两种基于空间谱的高性能测向算法(MUSIC算法[8]和ESPRIT算法[9])进行了仿真。仿真参数为：信号1、信号2和信号3为信号序列长度为500的随机信号，入射角分别为10毅、30毅和60毅，迭代次数为360次，输入信噪比为10dB。MUSIC算法和ESPRIT算法仿真结果分别如图5和表1所示。一般来说，信噪比越高，快拍数越多，精度也就越高。对于MUSIC算法，其中信号1的测向结果为10.23毅，信号2的测向结果为30.17毅，信号3的测向结果为60.23毅。相比之下，ESPRIT算法精度更高。两种算法也各有其局限性：如果到达的信号中有相干信号，那么理论上其空间相关矩阵的秩就会比实际到达的信号数小，这样，观察到的谱峰数与到达的信号数不相等。因此，对于相干信号，MUSIC方法就不再适合。而ESPRIT算法是直接以输入信号的参数进行估值，在实际情况中会受到噪声的影响，结果可能会受到影响。应根据实际情况予以选择。

结语

本文完成了对认知无线电环境下新型监测系统模型的雏形的设计。新型系统能够在信号识别、干扰检测、数据库维护、联网监测等各方面适应认知无线电环境，解决了现有无线电技术不能适应认知无线电环境的难题。尽管只是系统的初步雏形，但对于未来监测系统的设计具有较好的参考价值。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/d8b0cabd7175a417866fb84ae45c3b3566ecdd47.html