基于3“A”信號實現目標態勢感知與識別

龔穎卿，劉東青，姜 磊，孫陳剛

（95510部隊，貴陽550025）

0 引 言

目前，軍民領域區域內實現態勢感知主要是依靠雷達進行監控。但是，由于雷達技術體制的影響，必須通過不同功能雷達進行互補，才能實現全方位、高頻率、無死角、遠距離、高精度的態勢感知和目標識別。3“A”信號包含ACARS、AIS、ADS?B。其中，飛機通信尋址與報告系統（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，ACARS）是一種地面站點和飛機之間進行報文傳輸的數據鏈，地面站接收飛機發送的位置、飛機狀態、發動機性能等信息［1］；船舶自動識別系統（Automatic Identification System，AIS）是一種船舶導航通訊系統，能將船只航向、航線等信息進行可視化顯示，其MMSI碼全世界范圍內進行唯一編碼［2］；廣播式自動相關監視系統（ADS?B）是一種由飛機和地面站點組成的雙向通信網絡［3］。

海上艦船與空中飛機均安裝了與3“A”信號相關的通信設備，而3“A”信號中又攜帶了目標位置、身份識別號以及目標狀態等較為準確的信息。本文在對3“A”信號進行識別、解析來提取有用信息的基礎上進行態勢信息和目標信息分類處理，實現了信息點跡標繪、識別數據對比和目標數據融合，以此建立了目標航跡，使得態勢數據可視化，并圍繞信息提取周期進行驗證，給出了實現3“A”信號感知識別的基本流程。

1 目標信息的提取

1.1 ACARS信號識別解析

飛機通信尋址與報告系統的技術特性在國際民航公約附件10第I卷中作了詳細規定。其頻率范圍為117.975～137 MHz（實際指標范圍為118～136.975 MHz），信道間隔為25 kHz，總信道為760個，時頻瀑布圖如圖1（a）所示，信號功率譜、包絡差分譜、頻率差分譜、二次方譜、四次方譜、八次方譜等內部統計特征如圖1（b）所示。半功率帶寬測量為6.5 kHz，在時域形式上表現突發。ACARS采用AM＋MSK的二次調制方式，副載波頻率為1.8 kHz，調制頻偏1.2 kHz，信號波形、瞬時包絡、瞬時頻率、瞬時相位和眼圖、矢量圖等內部特征如圖2所示。ACARS報文基本結構與實偵信號解析結果如表1所示。

圖1 ACARS信號

圖2 ACARS內部特征圖

表1 ACARS下行報文結構

AIS工作在VHF海上移動頻段（156.025～162.025 MHz），信道間隔25 kHz，時頻特征如圖3（a）所示，半功率帶寬測量為12.5 kHz。通過圖3（b）可以明顯看出，信號幅度隨時間變化，符合時分多址特征，每個時間周期約為25 ms。該信號采用GMSK調制方式，調制頻偏4.8 kHz，符號速率9.6 kBd。AIS報文一共采用了22種，按照發送方式可分為VDO（向外播發的廣播信息）與VDM（接收到的其他船舶的信息）；按照字符格式的轉換定義可分為明碼和密碼。以6 bit二進制串進行編碼，如表2所示。AIS信息解析結果見表3。

圖3 AIS信號

表2 AIS報文基本結構

表3 AIS信號解析結果

動態信息消息格式包含信息ID（6 bit）＋轉發指示符（2 bit）＋用戶ID（30 bit）＋航行狀態（4 bit）＋轉向速率（8 bit）＋實際航速（10 bit）＋位置精確度（1 bit）＋經度（28 bit）＋緯度（27 bit）＋實際航向（12 bit）＋船首向（9 bit）＋時間標記（6 bit）＋區域保留（4 bit）＋備用（1 bit）＋RAM標志（1 bit）＋通信狀態（19 bit），共計168 bit。

1.2 ADS?B信號識別解析

ADS?B數據鏈空地、空空通信方式主要分為1 090ES、UAT、模式4。其中，1 090ES應用最為廣泛，采用異頻收發的SSR收發機（S模式），頻率工作于1 090 MHz，帶寬4 MHz，其時域特征和頻譜特征如圖4所示，按照脈沖位置進行編碼。ADS?B以前4個脈沖作為引導脈沖，脈寬為0.5 s，主要用于識別。該信號由112個脈沖組成，主要格式為控制碼＋地址碼＋正文＋校驗碼，正文包含類別、方向、速度、CPR、位置等信息。

圖4 ADS?B信號

另外，UAT格式為同步（36 bit）＋長度（8 bit）＋正文（128或256 bit）＋循環校驗（24 bit）＋前項糾錯（48 bit）；而模式4報文類型較多，包含位置、高度和速度等信息。

2 感知識別基本流程

在確保偵收穩定的前提下，合理規范的3“A”信息統計處理是實現態勢感知和識別的關鍵。因此，對這些信息進行精細的歸類顯得尤為重要，通過使用不同信號的信息提取模塊進行信息的預歸類是信息統計的主要手段。ACARS傳輸信息主要以飛機位置、航班標識、飛機注冊號為主；AIS傳輸信息主要以船只航行狀態、轉向速率、經緯度、位置精確率、航行速度、航向、朝向和MMSI識別碼為主；ADS?B傳輸信息主要以飛機速度、方向、經緯度、高度和類型、識別碼為主。

根據需要進行功能歸類，即可分為態勢感知信息和目標識別信息。需要注意的是，這些信息在完成歸類的前提下還應該建立相關的鏈接，如設置信息時間、頻率、樣式等標簽，以確保態勢感知信息和識別信息的關聯，便于后期進行信息融合處理。表4為3“A”傳輸信息歸類。

表4 3“A”傳輸信息歸類

態勢感知信息主要包括目標運動狀態、高度和位置等信息，通過這些信息即可在態勢地圖上實現點跡標繪。目標識別信息主要是信號歸屬的地址信息，需要建立完善的地址對比數據庫，且數據庫必須包含飛機注冊號、航班標識、類型、ADS?B地址碼和船只MMSI碼等目標識別數據，通過和提取信息對比，對信號源進行目標屬性、類型等要素建立算法進行判定，最終在人工干預的條件下實現目標識別。

通過匯總各點跡信息和目標判定結果，完成目標的態勢和識別信息融合。對于同一判定結果的點跡，按照時間序列連接，形成的目標航行軌跡可視化程度較高，數據轉換內容更加直觀形象。圖5為感知識別基本流程。

圖5 感知識別基本流程

對某型飛機ADS?B信號按照10 min時間周期進行點跡標繪，達到了該機在區域內的航行軌跡。將信息提取周期縮短至2 min／次，航行軌跡如圖6所示。對比圖6（a）和圖6（b）可以發現，提取周期越短，目標點跡越多，航行軌跡越準確。由此可見，信息提取周期直接影響態勢準確性，其對于感知識別效果有著重要的作用。

圖6 信息提取周期對比

3 結束語

傳統的雷達探測方式雖能實現對整個區域或戰場態勢進行感知，卻很難兼顧距離和精度，存在一定的局限性。本文基于3“A”信號實現態勢感知和識別的可行性，通過深入分析ACARS、AIS、ADS?B信號在時域、頻域、調制域上的內部特征和編碼方式，提取3“A”信號內部攜帶的目標信息，實現了目標航跡的可視化表達，可為平時的態勢感知識別、態勢管理提供參考依據。