地空數(shù)據(jù)鏈通信信號處理方法研究

摘? 要：地空數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)堑孛媾c飛機間的重要通信信道，在低空數(shù)據(jù)鏈的ARINC618協(xié)議的附件中，定義了與MSK信號不同的碼元，影響低空數(shù)據(jù)鏈信號的處理與分析。在本文的研究中，首先對地空數(shù)據(jù)鏈信號與MSK信號碼元的一一對應(yīng)關(guān)系進行了理論研究，并在此基礎(chǔ)上，使用MATLAB仿真技術(shù)對地空數(shù)據(jù)鏈信號與MSK信號碼元的轉(zhuǎn)換進行研究，并采用成熟的MSK信號處理方法進行調(diào)制解調(diào)處理，最后將處理結(jié)果逆映射為ACARS信號后，完成ACARS的調(diào)制解調(diào)處理。

關(guān)鍵詞：地空數(shù)據(jù)鏈;ARINC618通信協(xié)議;MSK信號編碼;碼元轉(zhuǎn)換

中圖分類號：TN911.7? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2019）24-0052-03

Abstract：Air-ground datalink is an important communication channel between ground and aircraft. In the annex of ARINC618 protocol of low-altitude data link，different symbols from MSK signal are defined，which affects the processing and analysis of low-altitude data link signal. In the research of this paper，firstly，，the one-to-one correspondence between the ground-air data link signal and MSK signal symbols is studied theoretically，and on this basis，MATLAB simulation technology is used to study the conversion between the ground-air data link signal and MSK signal symbols，and the mature MSK signal processing method is used for modulation and demodulation processing. Finally，after the processing result is mapped to ACARS signal inversely，it is finished modulation and demodulation processing of ACARS.

Keywords：air-ground data link;ARINC618 communication protocol;MSK signal coding;symbol conversion

0? 引? 言

地空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)主要實現(xiàn)地面與飛機間的雙向通信，上世紀(jì)七十年代，美國ARINC公司研發(fā)了VHF空地數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，標(biāo)志著地空數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的誕生。當(dāng)前，民航的低空數(shù)據(jù)鏈通信系統(tǒng)主要有ARINC、Rockwell Collins、ADS等公司的產(chǎn)品，國內(nèi)民航地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)主要采用基于ARINC618協(xié)議的ARINC公司產(chǎn)品。

ACARS（飛機通信尋址與報告系統(tǒng)，Aircraft Communi- cations Addressing and Reporting System）通過甚高頻網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)飛機與地面的實時通信。隨著近年來我國航空領(lǐng)域的快速發(fā)展，飛機數(shù)量和飛行量不斷增加，地空數(shù)據(jù)流量已經(jīng)接近飽和，為此急需對基于ARINC618協(xié)議的ACARS信號體系進行研究。但是，由于ARINC618協(xié)議中定義了與MSK（最小頻移鍵控，Minimum Shift Keying）信號不同的地空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的報文編碼形式，導(dǎo)致低空數(shù)據(jù)鏈信號的調(diào)制解調(diào)無法直接應(yīng)用成熟的MSK信號處理分析方法，影響了低空數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的研發(fā)。為此，本文主要對ARINC618信號與MSK信號編碼方式進行對比分析，證明兩種信號編碼方式間有唯一的編碼格式轉(zhuǎn)換方式，為應(yīng)用MSK信號處理技術(shù)，處理地空數(shù)據(jù)鏈通信數(shù)據(jù)打好理論基礎(chǔ)，有利于提高ACARS研發(fā)效率。

1? 地空數(shù)據(jù)鏈信號特點分析

地空數(shù)據(jù)鏈的通信協(xié)議為美國ARINC公司制定的ARINC618協(xié)議。在ARINC618協(xié)議中，規(guī)定VDL模式的報文信號的頻率分為1200Hz和2400Hz兩種，傳輸速率為2400Hz。地空數(shù)據(jù)鏈采用ARINC618協(xié)議，采用MSK方式進行調(diào)制解調(diào)。但是，在ARINC618協(xié)議的附件中，明確ACARS信號與MSK信號的碼元有不同的定義。在ARINC618協(xié)議中，指出了ACARS信號中對不同碼元的定義，如圖1所示。

如圖1所示，ACARS碼元用sin函數(shù)表示，在2400Hz高頻率下，一個完整的周期表示一個碼元;在1200Hz低頻率下，半個周期表示一個碼元。且在一個碼元中，若起始相位為0，表示該碼元為1;若起始相位為π，表示該碼元為0。而在MSK信號中，一個碼元周期內(nèi)的低頻信號表示碼元0，高頻信號表示碼元1。因此ACARS信號與MSK信號的最大差別在于：MSK信號僅采用頻率編碼，而ACARS使用頻率與相位結(jié)合進行編碼。

如圖2所示，對于相同的波形圖而言，在ACARS和MSK信號中的編碼存在差異。具體而言，MSK信號僅通過頻率編碼，而ACARS信號通過頻率與相位的組合進行編碼。為此，使用技術(shù)成熟可靠的MSK對地空數(shù)據(jù)鏈信號進行調(diào)制解調(diào)時，就必須要分析ACARS信號與MSK信號間的差異，建立兩種編碼間的關(guān)系，并無歧義地將ACARS信號轉(zhuǎn)換為MSK信號。

2? ACARS信號和MSK信號碼元的轉(zhuǎn)換研究

在進行ACARS信號與MSK信號碼元的轉(zhuǎn)換研究前，先要對ACARS信號與MSK信號碼元是否一一對應(yīng)進行理論證明。

根據(jù)定理1可知，ACARS信號與MSK信號碼元間存在1-1映射關(guān)系，在已知初始編碼值的情況下，可實現(xiàn)ACARS信號與MSK信號碼元間的相互轉(zhuǎn)換，進而可將低空數(shù)據(jù)鏈通信信號轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的MSK信號碼元，并依據(jù)MSK信號碼元的處理方法，對MSK信號碼元進行處理后，再轉(zhuǎn)換為處理后的ACARS信號，實現(xiàn)低空數(shù)據(jù)鏈通信信號的分析與處理。

3? 基于信號碼元轉(zhuǎn)換的ACARS信號處理與仿真

使用MATLAB工具，對ACARS信號與MSK信號的碼元轉(zhuǎn)換，通過MSK信號的分析處理，實現(xiàn)ACARS信號的調(diào)制解調(diào)，其仿真過程如下所述。

4? 結(jié)? 論

由于ACARS信號與MSK信號的碼元有不同的定義，因此在使用MSK信號處理方式對ACARS信號進行調(diào)制解調(diào)處理時，需驗證ACARS信號與MSK信號碼元的1-1映射關(guān)系，并基于此關(guān)系將ACARS信號轉(zhuǎn)換為MSK信號碼元后，采用成熟的MSK信號處理方法進行調(diào)制解調(diào)處理，并將處理結(jié)果再逆映射為ACARS信號后，完成ACARS的調(diào)制解調(diào)處理。

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作者簡介：吳光耀（1993-），男，漢族，貴州貴陽人，機務(wù)員，初級工程師，本科，研究方向：地空數(shù)據(jù)鏈路。