Необходимое оборудование и программное обеспечение

Для выполнения этого примера с использованием захваченных сигналов необходимо следующее программное обеспечение:

Для приема сигналов в режиме реального времени необходимо также одно из следующих устройств SDR и соответствующий пакет поддержки Add-On:

Полный список платформ SDR, поддерживаемых Communications Toolbox, см. в разделе Поддерживаемые аппаратные средства на странице обнаружения программно определяемого радио (SDR).

Введение

Описание схемы сигнализации Mode-S и технологии ADS-B для слежения за самолетами см. в примере Отслеживание самолетов с использованием сигналов ADS-B MATLAB ®.

Структура приемника

Следующая блок-схема суммирует структуру кода приемника. Обработка состоит из четырех основных частей: источник сигнала, физический уровень, анализатор сообщений и средство просмотра данных.

Источник сигнала

В этом примере можно использовать источники сигналов от:

Здесь расширенное сообщение сквиттера имеет длину 120 микро секунд, поэтому источник сигнала конфигурируется для обработки достаточного количества выборок, чтобы содержать 180 расширенных сообщений сквиттера одновременно, и устанавливается SamplesPerFrame соответствующего свойства сигнала. Остальная часть алгоритма ищет пакеты Mode-S в этом кадре данных и выводит все правильно идентифицированные пакеты. Этот вид обработки определяется как пакетная обработка. Альтернативный подход заключается в обработке одного расширенного сообщения сквиттера за один раз. Этот подход обработки одного пакета требует в 180 раз больше служебных данных, чем пакетная обработка, в то время как задержка в 180 раз меньше. Поскольку приемник ADS-B допускает задержку, использовалась пакетная обработка.

Физический уровень

Выборки основной полосы частот, принятые от источника сигнала, обрабатываются физическим (PHY) уровнем для получения пакетов, которые содержат информацию заголовка уровня PHY и биты необработанного сообщения. На следующей схеме показана структура физического уровня.

Радиоблок RTL-SDR способен использовать частоту дискретизации в диапазоне [200e3, 2,8e6] Гц. Когда источником является радио RTL-SDR, в примере используется частота дискретизации 2,4e6 Гц и интерполяция с коэффициентом 5 до практической частоты дискретизации 12e6 Гц.

Радиостанция ADALM-PLUTO способна использовать частоту дискретизации в диапазоне [520e3, 61.44e6] Гц. Если источником является радиоблок ADALM-PLUTO, в примере производится выборка входного сигнала непосредственно на частоте 12 МГц.

При скорости передачи данных 1 Мбит/с и практической частоте дискретизации 12 МГц на символ приходится 12 выборок. Цепочка обработки приема использует величину комплексных символов.

Синхронизатор пакетов работает на подкадрах данных, которые эквивалентны двум расширенным пакетам сквиттера, т.е. 1440 выборок на частоте 12 МГц или 120 микро секунд. Эта длина подкадра гарантирует, что в подкадре может быть найден весь расширенный пакет сквиттера. Синхронизатор пакетов сначала коррелирует принятый сигнал с 8 микросекундной преамбулой и находит пиковое значение. Затем он проверяет найденную точку синхронизации, проверяя, подтверждает ли она последовательность преамбулы [1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0], где «1» представляет высокое значение, а «0» представляет низкое значение.

Схема модуляции PPM Mode-S определяет два символа. Каждый символ имеет две микросхемы, где одна имеет высокое значение, а другая имеет низкое значение. Если первая микросхема является высокой, за ней следует низкая микросхема, то это соответствует символу, являющемуся 1. Альтернативно, если первая микросхема является низкой, за ней следует высокая микросхема, то символ равен 0. Битовый синтаксический анализатор демодулирует принятые элементарные сигналы и создает двоичное сообщение. Двоичное сообщение проверяется с помощью средства проверки CRC. Выходной сигнал битового синтаксического анализатора представляет собой вектор пакетов заголовка физического уровня Mode-S, который содержит следующие поля:

Анализатор сообщений

Анализатор сообщений обрабатывает необработанные биты на основе типа пакета, как описано в [2]. В этом примере можно анализировать короткие пакеты сквиттеров и расширенные пакеты сквиттеров, которые содержат данные о скорости, идентификации и положении в воздухе.

Средство просмотра данных

Средство просмотра данных показывает полученные сообщения в графическом интерфейсе пользователя (GUI). Для каждого типа пакета показано количество обнаруженных пакетов, количество правильно декодированных пакетов и частота ошибок пакета (PER). При захвате данных приложение перечисляет информацию, декодированную из этих сообщений в табличной форме.

Запуск карты и данных журнала

Можно также запустить карту и журнал текстовых файлов с помощью двух переключателей-ползунков («Запуск карты» и «Данные журнала»).

На следующих рисунках показано, как приложение отслеживает и перечисляет детали рейса и отображает их на карте.

Избранная библиография