(中國(guó)民航大學(xué) 智能信號(hào)與圖像處理天津市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 300300)

1 引 言

廣播式自動(dòng)相關(guān)監(jiān)視(Automatic Dependent Surveillance-Broadcast，ADS-B)是基于飛機(jī)導(dǎo)航信息的應(yīng)用系統(tǒng)，被國(guó)際民航組織(International Civil Aviation Organization,ICAO)確定為正在推廣的新航行系統(tǒng)的主要監(jiān)視手段[1]。來(lái)自飛機(jī)的ADS-B信息以ADS-B報(bào)文形式，通過(guò)數(shù)據(jù)鏈自動(dòng)向地面或其他飛機(jī)廣播飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括呼號(hào)、經(jīng)緯度、高度、速度矢量、飛行意圖等)，可在無(wú)雷達(dá)區(qū)獨(dú)立提供監(jiān)視服務(wù)，也可在雷達(dá)覆蓋區(qū)補(bǔ)盲或進(jìn)行雙重/多重覆蓋，以達(dá)到提高監(jiān)視精度的目的[2]。對(duì)于數(shù)據(jù)鏈形式，ICAO推薦ADS-B報(bào)文采用1 090 MHz S模式擴(kuò)展電文數(shù)據(jù)鏈(1090ES)傳輸。在此基礎(chǔ)上，美國(guó)航空無(wú)線(xiàn)電委員會(huì)(Radio Technical Commission for Aeronautics,RTCA)制定了DO-260B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基于1090ES的ADS-B系統(tǒng)性能進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定[3]，中國(guó)民航局對(duì)ADS-B接收機(jī)也有相應(yīng)的技術(shù)要求[4]。

眾所周知，監(jiān)視精度提高的必要條件與前提是穩(wěn)定可靠的ADS-B接收機(jī)接收性能，而對(duì)接收機(jī)性能的高效可靠測(cè)試是保障接收機(jī)具有穩(wěn)定可靠接收性能的重要環(huán)節(jié)。目前大多數(shù)研究主要針對(duì)ADS-B接收機(jī)的實(shí)現(xiàn)[5-7]和對(duì)ADS-B接收的信息處理[8-9]，而對(duì)ADS-B接收機(jī)性能的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)缺乏討論。為滿(mǎn)足DO-260B標(biāo)準(zhǔn)對(duì)ADS-B系統(tǒng)技術(shù)要求和民航局對(duì)ADS-B接收機(jī)測(cè)試要求，本文針對(duì)ADS-B自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)研制，詳細(xì)論述其設(shè)計(jì)架構(gòu)、實(shí)現(xiàn)方法和實(shí)驗(yàn)測(cè)試情況，對(duì)該測(cè)試系統(tǒng)的性能進(jìn)行分析。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

參照DO-260B標(biāo)準(zhǔn)和民航局標(biāo)準(zhǔn)要求，需要設(shè)計(jì)一款便攜式1090ES ADS-B接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)具備1090ES ADS-B信號(hào)輸出和接收機(jī)重要指標(biāo)自動(dòng)測(cè)量功能。主要體現(xiàn)在：第一，系統(tǒng)可以生成含600批次目標(biāo)的中頻和射頻兩種形式的1090ES ADS-B信號(hào)，其中射頻信號(hào)頻率和功率可調(diào)整(頻率范圍1 065～1 115 MHz，調(diào)整間隔0.5 MHz；功率范圍-60～10 dBm，步進(jìn)1 dBm)；第二，系統(tǒng)可以接收被測(cè)接收機(jī)解算出的DF17報(bào)文數(shù)據(jù)，自動(dòng)測(cè)試分析被測(cè)接收機(jī)的相關(guān)性能參數(shù)；第三，系統(tǒng)提供人機(jī)接口來(lái)設(shè)置相關(guān)參數(shù)。

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示，主要分為兩個(gè)部分：一是上位機(jī)部分，主要完成自動(dòng)測(cè)試設(shè)置和結(jié)果輸出；二是ADS-B射頻信號(hào)生成部分，由ADS-B報(bào)文生成器、射頻電路和單片機(jī)等部分組成，主要生成測(cè)試用1090ES ADS-B中頻和射頻信號(hào)。

圖1 接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖Fig.1 Block diagram of automatic test system for ADS-B receiver

各個(gè)部分功能總結(jié)如下：

(1)上位機(jī)

通過(guò)串口和ADS-B報(bào)文生成器進(jìn)行雙向通信，給ADS-B報(bào)文生成器發(fā)送原始飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制信息，并接收ADS-B報(bào)文生成器和射頻電路的狀態(tài)信息；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)從被測(cè)ADS-B接收機(jī)接收解算報(bào)文數(shù)據(jù)，比較接收數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)，給出測(cè)試結(jié)果。

(2)ADS-B報(bào)文生成器

提供與上位機(jī)和單片機(jī)通信的串口，接收原始飛行狀態(tài)數(shù)據(jù)和控制信息，在控制信息控制下生成ADS-B報(bào)文，并進(jìn)行中頻調(diào)制生成數(shù)字中頻信號(hào)。

(3)射頻電路

電路的增益、工作方式受單片機(jī)的控制，將ADS-B報(bào)文生成器輸出的數(shù)字中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬中頻信號(hào)，并上變頻至射頻信號(hào)，在單片機(jī)的控制下對(duì)射頻信號(hào)的輸出頻率和功率進(jìn)行控制。

(4)單片機(jī)控制系統(tǒng)：接收測(cè)試設(shè)置命令，生成ADS-B報(bào)文生成器和射頻電路的控制信號(hào)，并接收它們的狀態(tài)反饋信息，以可視化的形式反饋系統(tǒng)狀態(tài)信息。

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 工作原理及電路組成

為了生成符合系統(tǒng)測(cè)試要求的射頻信號(hào)，應(yīng)答機(jī)的1090ES ADS-B信號(hào)格式與S模式應(yīng)答機(jī)發(fā)射信號(hào)格式類(lèi)似[6]，采用下行鏈路DF17格式。依此原則，本文所設(shè)計(jì)的ADS-B報(bào)文生成器對(duì)來(lái)自上位機(jī)的飛行數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、壓縮編碼等，形成112位報(bào)文數(shù)據(jù)脈沖，插入前導(dǎo)脈沖形成ADS-B信號(hào)幀，之后進(jìn)行10 MHz數(shù)字中頻調(diào)制，由數(shù)模轉(zhuǎn)換后經(jīng)射頻調(diào)制、濾波、放大，最終生成指定頻率、功率的ADS-B射頻信號(hào)。

所設(shè)計(jì)的ADS-B射頻信號(hào)生成器如圖2所示，主要包含ADS-B報(bào)文生成器、射頻電路、單片機(jī)控制系統(tǒng)、供電電路、自檢電路。為方便說(shuō)明，下面對(duì)系統(tǒng)所涉模塊的原理及功能進(jìn)行簡(jiǎn)要敘述。

圖2 ADS-B射頻信號(hào)生成器硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of ADS-B RF signal generator

3.2 ADS-B報(bào)文生成器

ADS-B報(bào)文生成器以XILINX公司生產(chǎn)的XC7A200T FPGA(Field Programmable Gate Array)為核心，一方面將ADS-B報(bào)文數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，生成ADS-B數(shù)字中頻信號(hào)，輸出給與射頻電路接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)；另一方面，通過(guò)自檢測(cè)試，接收自檢電路的中頻信號(hào)輸出，并在FPGA進(jìn)行比較，形成對(duì)整個(gè)信號(hào)生成電路的閉環(huán)測(cè)試。

FPGA中總共提供兩個(gè)串口與其他模塊通信：串口1可用于與上位機(jī)和單片機(jī)通信，用來(lái)傳輸上位機(jī)控制命令；串口2用于接收上位機(jī)發(fā)送的飛行數(shù)據(jù)。考慮到通信過(guò)程中的飛行數(shù)據(jù)量大，為滿(mǎn)足測(cè)試需要，必須對(duì)串口2指標(biāo)進(jìn)行估算。

按照技術(shù)指標(biāo)要求，ADS-B接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)最大模擬飛機(jī)數(shù)為600架，每架飛機(jī)每秒最大發(fā)送6.2條消息[10]，每條消息14 Byte(11 Byte+3 Byte循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC位)，每字節(jié)為8 bit，考慮到奇偶校驗(yàn)等需要，假設(shè)每字節(jié)需要傳10 bit，因此最大速率要求為

600×6.2×14×10 =520.8 kbit/s 。

(1)

由式(1)可知，上位機(jī)的數(shù)據(jù)串口傳輸速率大于520.8 kbit/s，而PFGA的系統(tǒng)時(shí)鐘是80 MHz，為避免上位機(jī)USB轉(zhuǎn)串口速率高于1.25 Mbit/s時(shí)給系統(tǒng)帶來(lái)不穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)的串口2傳輸速率設(shè)為1 Mbit/s。

3.3 射頻電路

射頻電路的設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于生成頻率和功率可調(diào)整的ADS-B射頻信號(hào)。如圖2所示，射頻電路對(duì)模擬中頻信號(hào)進(jìn)行處理以滿(mǎn)足對(duì)頻率和功率的要求。射頻電路的主要模塊及參數(shù)如表1所示。

表1 射頻電路主要模塊參數(shù)Tab.1 The parameters of main RF circuit blocks

為了使射頻信號(hào)的頻率和功率可以調(diào)整，采用兩種方法。

頻率調(diào)整主要通過(guò)單片機(jī)設(shè)置ADF4351的控制寄存器來(lái)完成，ADF4351的控制寄存器值與射頻頻率之間關(guān)系為

RFout=[INT+(FRAC/MOD)]×fPFD/RFdivider,

(2)

fPFD=REFin×[(1+D)/(R×(1+T))]。

(3)

式中：RFout為ADF4351的輸出射頻頻率；fPFD為輸入到鑒相器環(huán)路的頻率；RFin為ADF4351的外接晶振頻率，此處使用50 MHz晶振；D、R、T、INT、FRAC、MOD和RFdivider為ADF4351內(nèi)部控制寄存器的值，取值范圍受寄存器位寬限制。

由式(2)與式(3)可知，可通過(guò)改變INT和FRAC控制寄存器的值，得到所有要求的射頻頻率值，從而滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)射頻頻率范圍和調(diào)整間隔的要求。

功率調(diào)整主要通過(guò)單片機(jī)設(shè)置程控衰減PE43702器件的增益來(lái)完成。對(duì)系統(tǒng)要求的-60～10 dBm功率分兩檔進(jìn)行處理，即-10～10 dBm和-60～-10 dBm。如圖2所示，當(dāng)要求輸出功率處于-10～10 dBm時(shí)，信號(hào)通過(guò)射頻放大器、切換開(kāi)關(guān)、PE43702；當(dāng)要求輸出功率處于-60～-10 dBm時(shí)，信號(hào)通過(guò)PE43702、切換開(kāi)關(guān)、PE43702，兩條功率通道均通過(guò)修改PE43702的增益來(lái)達(dá)到功率調(diào)整間隔1 dB的要求。

為了測(cè)試在不同頻率和功率設(shè)置下的輸出，實(shí)驗(yàn)中采用了純載波輸出的方法對(duì)射頻電路進(jìn)行了檢測(cè)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得到的測(cè)試結(jié)果為：頻率調(diào)整范圍為1 065～1 115 MHz，步進(jìn)0.5 MHz，頻率偏差±0.02 MHz以?xún)?nèi)；功率調(diào)整范圍-60～10 dBm，步進(jìn)1 dBm，功率偏差±0.5 dBm以?xún)?nèi)。所有的這些指標(biāo)達(dá)到了測(cè)試系統(tǒng)對(duì)射頻頻率和功率所提出的指標(biāo)要求。

3.4 單片機(jī)控制系統(tǒng)

單片機(jī)控制系統(tǒng)以MSP430為主控芯片，是射頻頻率和功率調(diào)整的控制核心。如圖3所示，單片機(jī)接收經(jīng)FPGA傳輸?shù)纳衔粰C(jī)命令和觸摸屏的命令，并將系統(tǒng)狀態(tài)輸出到觸摸屏上，同時(shí)進(jìn)行如下工作：第一，對(duì)頻率合成器ADF4351進(jìn)行頻率設(shè)定，確定輸出射頻信號(hào)的頻率；第二，對(duì)功率衰減器PE43702進(jìn)行增益設(shè)定，確定輸出射頻信號(hào)的功率；第三，對(duì)射頻切換開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，按照功率檔位不同選擇不同的信號(hào)通道；第四，接收自檢電路的狀態(tài)指示。

圖3 單片機(jī)硬件連接關(guān)系圖Fig.3 Connection relationship between MCU and hardware

設(shè)計(jì)完成各個(gè)部分硬件電路后，最終的ADS-B射頻生成部分硬件電路如圖4所示。

圖4 ADS-B射頻生成部分電路圖Fig.4 Circuit photo of ADS-B RF signal generator

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 控制協(xié)議

為保證ADS-B報(bào)文生成器、上位機(jī)以及單片機(jī)控制系統(tǒng)之間的正常通信，對(duì)它們之間通信的數(shù)據(jù)制定了相應(yīng)的協(xié)議，通信數(shù)據(jù)均固定20 Byte長(zhǎng)度，協(xié)議格式如表2所示。通信數(shù)據(jù)可用于控制命令和ADS-B報(bào)文數(shù)據(jù)的傳輸，不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)分配不同編碼的命令字予以區(qū)分。

表2 協(xié)議格式Tab.2 Protocol format

4.2 FPGA設(shè)計(jì)

ADS-B報(bào)文生成器需要通過(guò)串口和上位機(jī)、單片機(jī)進(jìn)行通信。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)綜合Verilog語(yǔ)言描述的時(shí)序電路和組合邏輯電路來(lái)搭建這些模塊，并盡可能采用IP核[10]。IP核可以視為黑盒子，定義好模塊的輸入輸出信號(hào)后，即可方便使用。設(shè)計(jì)中用到串口、雙口RAM、移位寄存器等IP核。

按照1090ES ADS-B信號(hào)格式要求[6]，本節(jié)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是生成由前同步脈沖和數(shù)據(jù)脈沖組成的ADS-B脈位調(diào)制信號(hào)。圖5所示為在ISE環(huán)境中調(diào)試時(shí)的ADS-B幀信號(hào)生成時(shí)序圖。信號(hào)Count80對(duì)80 MHz的系統(tǒng)時(shí)鐘分頻，得到1 μs分頻時(shí)鐘。在信號(hào)ADS_B_Sending高電平有效時(shí)，前同步脈沖發(fā)送計(jì)數(shù)器(Head_cnt)復(fù)位，并對(duì)80 MHz計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)到640，即8 μs時(shí)便生成ADS_B脈沖信號(hào)(ads_b_out_bit)的前同步脈沖；接著啟動(dòng)由1 μs時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的數(shù)據(jù)位讀指針(Bit_Read_ptr)，讀取串口雙口RAM寄存器中來(lái)自上位機(jī)的88位數(shù)據(jù)，輸出到發(fā)送數(shù)據(jù)位(tx_bit)；同時(shí)，CRC生成器(crc_reg_s)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)，生成的CRC校驗(yàn)位輸出到CRC數(shù)據(jù)位(crc_bit)，在數(shù)據(jù)位讀指針計(jì)到88時(shí)，此時(shí)形成的24位CRC校驗(yàn)位便依次輸出到發(fā)送數(shù)據(jù)位。系統(tǒng)對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)采用脈沖位置編碼(Pulse Position Modulation，PPM)，輸出至ADS_B脈沖信號(hào)上，當(dāng)數(shù)據(jù)位讀指針計(jì)到112時(shí)，脈位編碼終止，生成112 μs的數(shù)據(jù)脈沖，與8 μs的前同步脈沖形成完整的120 μs ADS-B脈位調(diào)制信號(hào)。將生成的ADS_B脈位調(diào)制信號(hào)控制一10 MHz頻率源輸出，從而產(chǎn)生了10 MHz的ADS-B數(shù)字中頻信號(hào)。

圖5 ADS-B幀信號(hào)生成時(shí)序圖Fig.5 Timing diagram of an ADS-B frame signal

圖5中，在標(biāo)尺T和X之間可以看到ads_b_out_bit的8 μs前同步脈沖和前8位數(shù)據(jù)10001101，其中10001表示DF17格式數(shù)據(jù)，101為設(shè)備能力。出于控制方便考慮，前同步脈沖發(fā)送計(jì)數(shù)器和數(shù)據(jù)位讀指針計(jì)數(shù)終值不是640和112，而選擇了642和113。

4.3 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)軟件的核心任務(wù)是將頻率和功率命令轉(zhuǎn)換成相關(guān)射頻元件的控制字，主程序流程圖如圖6所示：完成系統(tǒng)初始化，并接收來(lái)自觸摸屏(HMI)和通過(guò)FPGA送來(lái)的上位機(jī)命令，將命令轉(zhuǎn)換成射頻電路芯片對(duì)應(yīng)的控制字，更新HMI顯示。

圖6 單片機(jī)主程序流程圖Fig.6 Flow chart of main MCU program

在3.3節(jié)中已討論了頻率和功率的設(shè)置原理，程序中按照此原理將頻率和功率命令轉(zhuǎn)換成相關(guān)射頻元件的控制字：頻率設(shè)定時(shí)，預(yù)先存儲(chǔ)ADF4351控制寄存器值和頻率之間的關(guān)系表，以設(shè)定頻率值為索引，得到控制寄存器的設(shè)定值，并通過(guò)串口對(duì)寄存器值進(jìn)行設(shè)定；功率設(shè)定時(shí)，同樣預(yù)先存儲(chǔ)切換開(kāi)關(guān)狀態(tài)、放大器狀態(tài)、兩PE43702控制字和功率之間的關(guān)系表，以功率值為索引即可得到相關(guān)射頻元件的控制狀態(tài)。

4.4 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)試功能的核心，具體功能可分為：提供自動(dòng)測(cè)試設(shè)置與結(jié)果顯示的人機(jī)接口；控制ADS-B射頻信號(hào)發(fā)生部分的工作狀態(tài)；接收待測(cè)接收機(jī)解算報(bào)文。

上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)是基于Visual Studio 2012環(huán)境，采用C#語(yǔ)言[11]編寫(xiě)，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定時(shí)改變測(cè)試參數(shù)，并記錄發(fā)送報(bào)文數(shù)量，同時(shí)也自動(dòng)統(tǒng)計(jì)從后臺(tái)線(xiàn)程中收到解算報(bào)文的數(shù)量，繪制出測(cè)試圖表。

為了方便顯示，上位機(jī)主要圖形界面包括兩個(gè)窗體和一個(gè)圖表控件，其中兩個(gè)窗體分別對(duì)應(yīng)控制臺(tái)界面和接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試界面，并實(shí)現(xiàn)測(cè)試結(jié)果圖表輸出。在控制臺(tái)界面中實(shí)現(xiàn)對(duì)ADS-B射頻信號(hào)發(fā)生器相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，如圖7所示，界面分為左右兩部分，左邊界面主要包含發(fā)送、自檢電路接收到的ADS-B報(bào)文信息顯示；右邊界面則包含對(duì)系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定。其次是接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試界面的設(shè)計(jì)，在控制臺(tái)界面中有“接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試”界面的按鈕。

圖7 ADS-B接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)信號(hào)控制臺(tái)界面Fig.7 Setting interface of test system for ADS-B receiver

在接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試界面中實(shí)現(xiàn)對(duì)TCP端口和測(cè)試參數(shù)的設(shè)置。如圖8所示，接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試界面同樣分為左右兩部分，左邊界面顯示發(fā)送原始報(bào)文數(shù)據(jù)和被測(cè)ADS-B接收機(jī)發(fā)送過(guò)來(lái)的報(bào)文數(shù)據(jù)；右邊界面主要是對(duì)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試時(shí)的設(shè)置，包含丟包率、靈敏度、接收機(jī)帶寬測(cè)試。上位機(jī)可按照設(shè)定參數(shù)自動(dòng)修改頻率、功率命令值，在各點(diǎn)發(fā)送指定條數(shù)報(bào)文，并統(tǒng)計(jì)由網(wǎng)口接收到的被測(cè)接收機(jī)解算報(bào)文條數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各點(diǎn)丟包率的統(tǒng)計(jì)，此時(shí)上位機(jī)自動(dòng)將測(cè)試條件和丟包率數(shù)據(jù)綁定到圖表中，生成關(guān)鍵指標(biāo)測(cè)試圖表。

圖8 ADS-B接收機(jī)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)測(cè)試界面Fig.8 Testing interface of key parameters for ADS-B receiver

5 系統(tǒng)測(cè)試

5.1 測(cè)試系統(tǒng)搭建

依標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇了一款市面常見(jiàn)的、可從網(wǎng)口輸出ADS-B原始報(bào)文信息的接收機(jī)。在和本文設(shè)計(jì)的ADS-B測(cè)試系統(tǒng)連接時(shí)，ADS-B射頻信號(hào)發(fā)出器的射頻輸出口經(jīng)外部固定衰減器與被測(cè)ADS-B接收機(jī)的射頻輸入口有線(xiàn)連接，上位機(jī)通過(guò)USB-串口轉(zhuǎn)換器與ADS-B射頻信號(hào)生成器的兩串口相連，上位機(jī)與被測(cè)ADS-B接收機(jī)網(wǎng)線(xiàn)連接。搭建ADS-B接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)如圖9所示，測(cè)試系統(tǒng)中還包含信號(hào)發(fā)生器、示波器和頻譜儀等測(cè)試設(shè)備，目的是對(duì)ADS-B射頻信號(hào)生成器進(jìn)行測(cè)試。

圖9 ADS-B接收機(jī)測(cè)試系統(tǒng)Fig.9 Test system for ADS-B receiver

5.2 接收機(jī)測(cè)試結(jié)果

丟包率參數(shù)對(duì)ADS-B接收機(jī)的可靠監(jiān)控很重要，丟包率過(guò)高會(huì)導(dǎo)致受監(jiān)控對(duì)象航跡缺失，甚至?xí)G失一些監(jiān)控對(duì)象，這樣會(huì)嚴(yán)重影響到航空安全，因此丟包率是接收機(jī)重要的性能參數(shù)。實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，首先進(jìn)行丟包率手動(dòng)測(cè)試。設(shè)置系統(tǒng)輸出1 090 MHz、功率-81 dBm的ADS-B信號(hào)，每次發(fā)送一定數(shù)量的ADS-B報(bào)文，測(cè)試正確接收到的報(bào)文條數(shù)，計(jì)算丟包率。測(cè)試結(jié)果如表3所示，可以看到丟包率數(shù)值基本穩(wěn)定，由于測(cè)試條數(shù)有限而且環(huán)境隨機(jī)變化，在數(shù)值上稍有變化，證明整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)可以對(duì)丟包率有效測(cè)試。

表3 多次測(cè)試丟包率結(jié)果Tab.3 Test results of packet loss rate

對(duì)靈敏度進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)輸出頻率1 090 MHz、功率范圍-89～-79 dBm、步進(jìn)1 dBm的ADS-B信號(hào)，自動(dòng)測(cè)試在不同功率點(diǎn)下的丟包率，按照標(biāo)準(zhǔn)[4]，將丟包率低于10%的最小功率作為靈敏度，測(cè)試結(jié)果如圖10所示，可見(jiàn)測(cè)得的丟包率變化曲線(xiàn)符合ADS-B接收機(jī)接收性能特點(diǎn)，且成功測(cè)出被測(cè)接收機(jī)的靈敏度為-84 dBm。

圖10 靈敏度自動(dòng)測(cè)試結(jié)果Fig.10 Automatic test results of sensitivity

對(duì)接收機(jī)帶寬自動(dòng)測(cè)試時(shí)，設(shè)置系統(tǒng)輸出頻率1 080～1 100 MHz、步進(jìn)1 MHz、功率固定的ADS-B信號(hào)，自動(dòng)測(cè)試在不同頻率點(diǎn)下的丟包率，測(cè)試結(jié)果如圖11和圖12所示。在-83 dBm時(shí)，接收機(jī)帶寬為10 MHz；在-73 dBm時(shí)，接收機(jī)帶寬為16 MHz。可以看到在不同功率時(shí)，按丟包率低于10%的最大帶寬來(lái)看，接收機(jī)接收帶寬是不同的，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖11 -83 dBm接收機(jī)帶寬自動(dòng)測(cè)試結(jié)果Fig.11 Automatic test results of receiver bandwidth at -83 dBm

圖12 -73 dBm接收機(jī)帶寬自動(dòng)測(cè)試結(jié)果Fig.12 Automatic test results of receiver bandwidth at -73 dBm

6 結(jié)束語(yǔ)

1090ES ADS-B是ICAO確認(rèn)的新航行系統(tǒng)重要監(jiān)視手段，實(shí)現(xiàn)ADS-B接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試有著明顯的現(xiàn)實(shí)意義。本文提出并搭建了ADS-B接收機(jī)自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，系統(tǒng)由參數(shù)可調(diào)的ADS-B射頻信號(hào)生成部分和進(jìn)行測(cè)試設(shè)置與測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)顯示的上位機(jī)部分組成。具體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)時(shí)，一方面，基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA和單片機(jī)MSP430實(shí)現(xiàn)頻率和功率可設(shè)置的ADS-B射頻信號(hào)生成；另一方面，采用C#語(yǔ)言編寫(xiě)上位機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)接收機(jī)靈敏度和接收機(jī)帶寬等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試。

系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的具有自檢功能的ADS-B射頻信號(hào)生成部分對(duì)ADS-B收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)有一定的借鑒意義。下一步工作是完善對(duì)ADS-B接收機(jī)其他性能指標(biāo)的自動(dòng)測(cè)試。