一種基于貪心算法的S模式詢問排序算法

四川九洲空管科技有限責任公司 趙浩然 馮 軍 王 麗 陳 妹

1.引言

二次雷達系統地面站設備以1030MHz的頻率向飛機發射詢問脈沖，機載應答機探測到詢問信號后調節自身發射裝置發射頻率為1090MHz的應答信號，地面站設備探測到這個信號以后交給圖表提取器提取飛機的距離和方向并對信號進行解碼確定飛機的身份和高度。目前，完成上述二次雷達監視過程的主要方式還是A/C模式[1-2]。近年來，隨著經濟的飛速發展，空中飛機目標陡增，這造成空中交通日益繁忙、交通密度急劇增加、航站區工作量過重，各種干擾問題接踵而至[3-4]。首先，由于空中目標過多本次詢問后收到的應答信息有可能為飛機對其它地面站的應答，即異步干擾；其次，當兩架飛機距離較近時，它們的應答信號到達地面站的時間相近，這樣就會造成應答信號交織從而難以譯碼和檢測目標，即同步竄擾。圖1為我國某地實采一段時間內信號的各種模式的信號個數占比，圖2為一天內某地實采空中經過正確校驗的ADS-B信號的個數及變化趨勢。

圖1 某一段時間內各類信號的占比（百分比四舍五入）

從圖2中數據可以看出模式A/C的占比可以達到85%以上，而除凌晨外，ADS-B信號的數量也非常巨大。在信號密度如此大的情況下，形成異步干擾和同步竄擾的概率非常大，傳統A/C模式已經逐漸暴漏出問題。在這種情況下，S模式應運而生，它為每架飛機分配一個特定的地址代碼因而可以點名詢問并且可以通過奇偶校驗檢驗其信息準確性。由于采用了點名詢問，因此異步干擾的概率大大減小，本文將給出S模式的一種詢問排序算法，可以很好的抑制同步竄擾從而提高空管效率。

圖2 某一天內ADS-B信號個數及變化趨勢（小時計）

2.S模式排序詢問算法

圖3為大多數S模式的詢問信號格式， 它是由一定寬度的一些脈沖構成，在這里不詳細介紹每個脈沖的寬度和代表的信息。同樣，應答信號也有其固定的格式。

圖3 模式S詢問信號格式

在對空中目標詢問時，地面設備會首先對空中目標進行全呼詢問，之后獲得每個目標的地址信息以及測量到每個目標的距離后，對每個目標進行點名詢問。在點名詢問過程中，需要避免詢問后應答信號同步竄擾的情況。在目標較少時，這種情況很容易避免；但是，當目標較多時，這種情況難以處理，需要根據目標的遠近設計專門的詢問排序算法來避免竄擾。下面本文給出一種基于貪心算法的排序算法，在目標較多時有較好的性能并且算法簡單易于實現，該算法過程如下：

第一步，設置本次詢問時間閾值，設置計算次數閾值；

第二步，隨機排列目標；

第三步，在時間軸上從0開始依第一步的順序放置詢問信號（由于目標距離已知，詢問信號的位置決定應答信號的位置），若放到第n個目標詢問信號時，其詢問信號或應答信號與前面已放置的n-1個目標的應答信號或者詢問信號交織，則滑窗移動該詢問信號直到不與前面的任何詢問和應答信號交織；

第四步，若計算次數已達到閾值，則轉至第五步；若計算次數還未達到閾值，但詢問時間在閾值以內，則轉至第六步；若計算次數還未達到閾值，詢問時間也未達到閾值，則返回第二步；

第五步，選擇上述多次時間軸上排放詢問信號方法中詢問最大時間最小的排列，算法完成，發射詢問信號；

第六步，算法完成，以當前時間軸上的詢問信號排列發射詢問信號。

圖4 實驗一詢問應答結果

3.實驗驗證

實驗一：以15個目標為例，它們的距離如下：

上述單位為us，實際上是詢問信號發射到應答信號到達所用的時間，因而可以推斷其距離。利用第二章算法，得到其詢問應答結果如圖4所示。其中，綠色為詢問信號，紅色為應答信號。

實驗二：以16個目標為例，它們的距離如下：

詢問應答結果如圖5所示。

圖5 實驗二詢問應答結果

從結果可以看出，已經避免了同步竄擾的情況，并且在較少的時間內完成詢問。

[1]Michael C.Stevens.Secondary Surveillance Radar[M].Artech House,March,1988.

[2]張尉.二次雷達原理[M].北京:國防工業出版社,2007.

[3]黎廷璋.空中交通管制機載應答機[M].北京:國防工業出版社,1992.

[4]張軍.現代空中交通管理[M].北京:北京航空航天大學出版社,2005.