[发明专利]具有多径抑制的ADS-B接收机系统

说明书

背景技术

当飞机在机场地面运行时，已经观察到广播式自动相关监视(ADS-B)接收机视线内的来自飞机的ADS-B断续振荡器(squitter)的接收经常不可靠。对机场附近的结构的周密检查已经显示来自这些结构的多径反射是ADS-B断续振荡器接收失败的可能的解释。当飞机在空中或以起飞或着陆速度运动时，多径反射的影响是无关紧要的并且可导致单个断续振荡器的损失。然而，当飞机处于静止或缓慢运动时，多径反射可隐藏真实的ADS-B断续振荡器。 

在诸如机场跑道的平坦开阔区域中最常见的多径源是地面反射。然而，在机场地面运行的飞机之间的距离对地面反射来说太短而不会引起强衰减。相反，来自建筑物、其它飞机等的反射更可能是引起强衰减的根源。 

为了了解多径在机场地面产生强衰减的条件，我们需要利用直接路径和反射多径之间的以下物理关系。 

由于直接和反射信号而产生的的总接收信号功率P_r由以下给出： 

P_R＝P_T[λ/4πd]²|1+R(θ_r)e^jΔ|²

其中，R(θr)是反射结构的反射系数。该反射系数具有0至1之间的幅度和0至180度之间的相位。当反射系数R(θr)具有单位幅度且反射系数的相位加上由直接路径和反射路径行进距离的差异引起的相对相移Δ总计为180度的奇数倍时，产生直接路径和反射之间的完全抵消。 

直接和反射信号之间的相位差Δ以及到达时间差(延迟)τ取决于行进距离的差异，即： 

Δ＝2π(s₁+s₂-d)/λ＝2πfτ 

其中，d、s₁和s₂为距离，λ＝c/f是波长，c是光速，f＝1090MHz是ADS-B载波频率。 

通常，反射系数的幅度和相位取决于反射角、θ_r、信号的极化、地面的电介质与传导特性、以及频率，即 

R(θ_r)＝[sinθ_r-χ(θ_r)]/[sinθ_r+χ(θ_r)] 

其中 

χ(θ_r)＝[(ε_r-cos²θ_r)-j60σλ]^1/2/[ε_r-j60σλ]，，极化垂直于反射表面 

χ(θ_r)＝[(ε_r-cos²θ_r)-j60σλ]^1/2，极化平行于反射表面 

其中ε_r是相对于自由空间中的单位的反射表面的介电常数，σ是以mhos/m为单位的反射表面的传导率，θ_r是反射角。 

图1中示出了当一架在机场地面的位置A1处的飞机正在广播ADS-B消息并且另一架在位置A2处的飞机正在试图接收该消息时，由于来自机场地面的结构的反射产生的多径传播的示意性说明。 

飞机之间的间距为d。当位置R处的反射结构相对于两架飞机定位，使得将由位置A1处的飞机发送的信号反射到位置A2处的飞机方向时，产生多径干扰。反射表面可以是另一架飞机或在机场地面上的车辆、或建筑物或任何其它固定的结构。反射信号行进的距离s₁+s₂大于两架飞机之间直接视线路径所行进的距离d。 

直接和反射路径之间的时间延迟或到达时间差τ由以下给出 

τ＝(s₁+s₂-d)/c          (1) 

其中c＝3×10⁸m/s是光速。 

具有长轴(-a，a)和短轴(-b，b)以及A1和A2处的焦点的椭圆绘出了所有可能位置的轨迹，其中，反射表面R能够产生具有相对于沿椭圆长轴的直接路径的时间延迟τ的多径反射。相对于直接路径的到达角的多径到达角或 能够是在0度(当反射点沿椭圆的长轴在接收天线前方时)到90度(当它离开到侧面时)以及直到180度(当它沿椭圆的长轴在接收系统的后方时)之间的任意值。