基于恒模算法的ADS-B 1090ES干扰抑制研究

基于恒模算法的ADS-B 1090ES干扰抑制研究

张磊、刘哲

（中国民用航空东北地区空中交通管理局  110000）

摘要：ADS-B 技术是独立于传统监视技术外的全新的科学技术，2007年我国民航局出台了相关政策，明确在商业航空采用 1090ES 数据链路。在民用航空领域内，大部分的电子设备使用的都是 1090 MHz 频率。随着民用航空领域的持续发展，航天器与地面设施的数目迅速增加，进而产生了大量使用 1090 MHz 频率的电子设备，各个电子系统之间产生强烈的同频干扰，直接影响电子系统的日常工作。本文以ADS-B 1090 ES为例，研究如何抑制同频干扰，保障飞行安全。由于信号具有恒模特征，因此基于该特征的自适应算法有助于恢复不能正常检测或者无法检测的信号。本文介绍恒模算法的基本原理，并采用恒模算法去解决调频信号作为1090ES中的干扰信号时的干扰问题，基于Matlab实现算法验证，从而确保算法适用性。

关键词：ADS-B, 1090ES，恒模，干扰。

1、引言

随着民用航空领域的持续发展，航天器与地面设施的数目迅速增加，进而产生了大量使用 1090 MHz 频率的电子设备，各个电子系统之间产生强烈的同频干扰，直接影响电子系统的日常工作。这种干扰问题也存在于二次雷达系统、多点定位系统以及 ADS-B 系统。所以，同频干扰已经成为目前我国民用航空领域的一大难题，研究如何抑制同频干扰的技术已经刻不容缓，这对于保障飞行安全以及以后 ADS-B 系统的应用实施具有重大意义。

2、恒模算法简介

基于恒模性质的最小均方算法称为恒模算法，是Bussgang类盲均衡算法中最常用的一种，就是当参数P=2时的Godard算法。CMA算法具有计算复杂度低，易于实时实现，收敛性能好等优点，代价函数只与接收序列的幅值有关，而与相位无关，故对载波相位不敏感。在所有的盲算法中, 恒模算法是最早被提出并用来解决自均衡问题的算法。它的计算复杂度与L M S 算法相近, 因而在实际中得到了广泛的应用。

3、恒模算法基本原理

以信号具有恒定模值为前提来进行算法研究，其代价函数可表示为：

                            (3.1)

式中，是阵列输出期望的信号幅值。使用的恒模代价函数的自适应阵列将试图使阵列输出的信号具有恒定包络，该包络有指定的幅值。指数和可以等于1或者2, 利用不同的和的值，即可发展多种不同的恒模算法，它们具有不同的收敛特性和复杂度。

如果产,那么可称之为1-2算法。若令，则 1-2型恒模算法如下：

基于权向量对输入向量进行处理，从而得到形成器输出:

                                    (3.2)

其中，表示自适应权向量，基于恒模算法又将其表示为：

                            (3.3)

式中为恒模控制更新量的误差项，即:

                                (3.4)

步长参数控制更新公式的收敛速度。需要对期望信号幅值进行估算， 大小由数据向量和原权向量共同决定。

4、恒模阵列

基于恒模算法的自适应阵列称为恒模阵列，这是由Gooch和Lundell于1986年提出。恒模阵列是一种盲自适应波束形成器：通过与自适应信号对消器联合使用，恒模阵列可以分离和估计同信道的信源，却不需要训练或引导信号。假设存在Q个源信号，这些信号进入到M阵元的均匀直天线阵列上，阵列的输出信号向量构成了恒模阵列的输入信号向量。信号对消器基于来得到输出，并通过 数据向量与作差来得到误差向量：

                              (4.1)

然后基于LMS算法对权向量进行优化，即:

                       (4.2)

因为权系数是不断优化 而得到的，所以输出的方差动态变化较大。基于LMS算法进行分析，为了确保式 收敛于某一数值，给出约束条件。所以恒模阵列对消器之间收敛性关联较大， 而权系数却不受对消器影响。

5、仿真实验及结果分析

由于调频信号稳定常见的特性，取调频信号作为1090ES数据链路中的干扰信号，在Matlab中对恒模算法进行仿真实验，具体实验步骤如下：

取采样频率为100MHz，由于1090MHz的载波频率太高，因此，下变频至载波频率为25MHz进行实验。

调频信号为正弦波形，其载波、采样频率分别为 25MHz、100MHz，从而得该信号包络。

利用式 、、可以解出 ，即为从混合信号中提取出的调频信号，得到新的包络。

由结果可以看到恒模算法提取出的调频信号包络在前 2000个采样点波形效果不佳，但在 2000 个采样点以后与原调频信号包络一致。

利用式 、 ，可以解出， 即为从混合信号中提取出的1090ES 数据链路。

与初始信号对比，可以看到恒模算法提取出的 1090ES 数据链路波形效果良好，与原 1090ES 数据链路波形几乎一致。

6、小结

通过本文的研究我们发现：由于通信信号具有恒模的特性所以采用恒模算法，当发射信号具有恒定包络，即恒模值时，通过恒模矩阵与自适应对消器的联合使用，可对混合信号进行相应处理，从而得出1090ES，分离效果较为显著，这也表明恒模算法可用于提取1090ES，从而解决信号干扰问题。

参考文献

[1]陈亚青.中美ADS-B发展应用对比分析[J].交通企业管理，2010:33-35.

[2]张青竹，张军，刘伟，朱衍波.民航空管应用ADS一的关键问题分析[J]电子技术应用，2007 (09) : 40-43.