基于3“A”信号实现目标态势感知与识别

龚颖卿，刘东青，姜 磊，孙陈刚

（95510部队，贵阳550025）

0 引 言

目前，军民领域区域内实现态势感知主要是依靠雷达进行监控。但是，由于雷达技术体制的影响，必须通过不同功能雷达进行互补，才能实现全方位、高频率、无死角、远距离、高精度的态势感知和目标识别。3“A”信号包含ACARS、AIS、ADS⁃B。其中，飞机通信寻址与报告系统（Aircraft Communications Addressing and Reporting System，ACARS）是一种地面站点和飞机之间进行报文传输的数据链，地面站接收飞机发送的位置、飞机状态、发动机性能等信息［1］；船舶自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）是一种船舶导航通讯系统，能将船只航向、航线等信息进行可视化显示，其MMSI码全世界范围内进行唯一编码［2］；广播式自动相关监视系统（ADS⁃B）是一种由飞机和地面站点组成的双向通信网络［3］。

海上舰船与空中飞机均安装了与3“A”信号相关的通信设备，而3“A”信号中又携带了目标位置、身份识别号以及目标状态等较为准确的信息。本文在对3“A”信号进行识别、解析来提取有用信息的基础上进行态势信息和目标信息分类处理，实现了信息点迹标绘、识别数据对比和目标数据融合，以此建立了目标航迹，使得态势数据可视化，并围绕信息提取周期进行验证，给出了实现3“A”信号感知识别的基本流程。

1 目标信息的提取

1.1 ACARS信号识别解析

飞机通信寻址与报告系统的技术特性在国际民航公约附件10第I卷中作了详细规定。其频率范围为117.975～137 MHz（实际指标范围为118～136.975 MHz），信道间隔为25 kHz，总信道为760个，时频瀑布图如图1（a）所示，信号功率谱、包络差分谱、频率差分谱、二次方谱、四次方谱、八次方谱等内部统计特征如图1（b）所示。半功率带宽测量为6.5 kHz，在时域形式上表现突发。ACARS采用AM＋MSK的二次调制方式，副载波频率为1.8 kHz，调制频偏1.2 kHz，信号波形、瞬时包络、瞬时频率、瞬时相位和眼图、矢量图等内部特征如图2所示。ACARS报文基本结构与实侦信号解析结果如表1所示。

图1 ACARS信号

图2 ACARS内部特征图

表1 ACARS下行报文结构

AIS工作在VHF海上移动频段（156.025～162.025 MHz），信道间隔25 kHz，时频特征如图3（a）所示，半功率带宽测量为12.5 kHz。通过图3（b）可以明显看出，信号幅度随时间变化，符合时分多址特征，每个时间周期约为25 ms。该信号采用GMSK调制方式，调制频偏4.8 kHz，符号速率9.6 kBd。AIS报文一共采用了22种，按照发送方式可分为VDO（向外播发的广播信息）与VDM（接收到的其他船舶的信息）；按照字符格式的转换定义可分为明码和密码。以6 bit二进制串进行编码，如表2所示。AIS信息解析结果见表3。

图3 AIS信号

表2 AIS报文基本结构

表3 AIS信号解析结果

动态信息消息格式包含信息ID（6 bit）＋转发指示符（2 bit）＋用户ID（30 bit）＋航行状态（4 bit）＋转向速率（8 bit）＋实际航速（10 bit）＋位置精确度（1 bit）＋经度（28 bit）＋纬度（27 bit）＋实际航向（12 bit）＋船首向（9 bit）＋时间标记（6 bit）＋区域保留（4 bit）＋备用（1 bit）＋RAM标志（1 bit）＋通信状态（19 bit），共计168 bit。

1.2 ADS⁃B信号识别解析

ADS⁃B数据链空地、空空通信方式主要分为1 090ES、UAT、模式4。其中，1 090ES应用最为广泛，采用异频收发的SSR收发机（S模式），频率工作于1 090 MHz，带宽4 MHz，其时域特征和频谱特征如图4所示，按照脉冲位置进行编码。ADS⁃B以前4个脉冲作为引导脉冲，脉宽为0.5 s，主要用于识别。该信号由112个脉冲组成，主要格式为控制码＋地址码＋正文＋校验码，正文包含类别、方向、速度、CPR、位置等信息。

图4 ADS⁃B信号

另外，UAT格式为同步（36 bit）＋长度（8 bit）＋正文（128或256 bit）＋循环校验（24 bit）＋前项纠错（48 bit）；而模式4报文类型较多，包含位置、高度和速度等信息。

2 感知识别基本流程

在确保侦收稳定的前提下，合理规范的3“A”信息统计处理是实现态势感知和识别的关键。因此，对这些信息进行精细的归类显得尤为重要，通过使用不同信号的信息提取模块进行信息的预归类是信息统计的主要手段。ACARS传输信息主要以飞机位置、航班标识、飞机注册号为主；AIS传输信息主要以船只航行状态、转向速率、经纬度、位置精确率、航行速度、航向、朝向和MMSI识别码为主；ADS⁃B传输信息主要以飞机速度、方向、经纬度、高度和类型、识别码为主。

根据需要进行功能归类，即可分为态势感知信息和目标识别信息。需要注意的是，这些信息在完成归类的前提下还应该建立相关的链接，如设置信息时间、频率、样式等标签，以确保态势感知信息和识别信息的关联，便于后期进行信息融合处理。表4为3“A”传输信息归类。

表4 3“A”传输信息归类

态势感知信息主要包括目标运动状态、高度和位置等信息，通过这些信息即可在态势地图上实现点迹标绘。目标识别信息主要是信号归属的地址信息，需要建立完善的地址对比数据库，且数据库必须包含飞机注册号、航班标识、类型、ADS⁃B地址码和船只MMSI码等目标识别数据，通过和提取信息对比，对信号源进行目标属性、类型等要素建立算法进行判定，最终在人工干预的条件下实现目标识别。

通过汇总各点迹信息和目标判定结果，完成目标的态势和识别信息融合。对于同一判定结果的点迹，按照时间序列连接，形成的目标航行轨迹可视化程度较高，数据转换内容更加直观形象。图5为感知识别基本流程。

图5 感知识别基本流程

对某型飞机ADS⁃B信号按照10 min时间周期进行点迹标绘，达到了该机在区域内的航行轨迹。将信息提取周期缩短至2 min／次，航行轨迹如图6所示。对比图6（a）和图6（b）可以发现，提取周期越短，目标点迹越多，航行轨迹越准确。由此可见，信息提取周期直接影响态势准确性，其对于感知识别效果有着重要的作用。

图6 信息提取周期对比

3 结束语

传统的雷达探测方式虽能实现对整个区域或战场态势进行感知，却很难兼顾距离和精度，存在一定的局限性。本文基于3“A”信号实现态势感知和识别的可行性，通过深入分析ACARS、AIS、ADS⁃B信号在时域、频域、调制域上的内部特征和编码方式，提取3“A”信号内部携带的目标信息，实现了目标航迹的可视化表达，可为平时的态势感知识别、态势管理提供参考依据。