基于S-SMG-I型信號模擬發生器的ADS-B地面站測試研究

但 強，李 帥

（民航寧夏空管分局 寧夏 銀川 750000）

0 引言

廣播式自動相關監視（ADS-B）是一種基于全球導航衛星系統和航空數據鏈的航空器協同監視系統，與雷達監視相比，ADS-B具有監視信息更實時、數據精度高、建設成本低、維護方便等優勢[1]。作為其中的重要一環，1090ES ADS-B地面站系統為地面管制中心提供空域內的飛機、車輛的位置和自身狀態信息，以便于地面管制中心實時監視周邊空域交通狀況，從而有效保障飛機飛行安全。它和基于1090ES數據鏈的機載設備一起構成1090ES數據鏈ADS-B系統[2]。

在國內，四川九洲、萊斯公司、民航二所等5家單位已經取得了民航局頒發的使用許可證，并且批產了各自型號的ADS-B地面站[3]。截至2020年5月底，民航空管體系現役ADS-B地面站332套[4]。在地面站測試技術標準方面，ED-129為ADS-B地面站最低性能標準，用于參考地面站的功能性能標準及部分測試方法；MH/T 4036-2012為中國民航制定的ADS-B地面站性能標準，用于確定地面站功能性能指標定義及測試項目[5]。在維護操作過程中，因地面站分布廣泛，各地區單位配備的測試工具和儀表等也有所差異，如因信號模擬發生器及設備自身構造設計的差異而在設備的測試方法上不盡相同。本文使用S-SMG-I型信號模擬發生器，模擬產生DF17位置報信息，對JZDAK01RM型地面站進行測試，提供該型地面站設備測試操作中的方法參考。

1 地面站參數配置要點

JZDAK01RM型ADS-B地面站在進行維護測試前，需要對關鍵參數進行準確設置才能對模擬目標進行正確顯示，并判斷設備的運行狀態?？偨Y下來，可簡單概括為“四個IP”配置、“三個經緯度”配置、“三個版本號”配置。

1.1 “四個IP”配置

①配置地面站主機IP。根據給定的地面站主機IP，對其IP進行配置。配置路徑為：地面站監控軟件CMS-設置-站點設置。

②配置監控電腦終端IP。根據步驟①設置的地面站主機IP，把監控電腦IP配置為其同一網段。

③配置客戶欄的IP。配置路徑為：CMS-地面站設置-客戶欄。此處給監控電腦終端配置IP要與步驟②的一致，同時配置一個端口號。

④配置數據源IP。配置路徑為：CMS-設置-基本設置-數據源配置，注意IP和端口號都要與步驟③填寫的一致。

1.2 “三個經緯度”配置

①配置“位置設置”經緯度。配置路徑為：CMS-地面站設置-基本設置-位置設置。此處經緯度配置可以根據站點狀態中的GNSS定位信息進行填寫，是地面站的實際位置。此處配置錯誤會影響目標顯示，因此很重要。

②配置“站點名稱”的經緯度。配置路徑為：CMS-設置-站點設置-緯度、經度。這個影響的是監控軟件上站點名稱的顯示位置。

③配置監控軟件顯示的中心點的經緯度。配置路徑為：設置-基本設置-緯度、經度。此處設置影響監控軟件顯示距離環的中心點位置。

1.3 “三個版本號”配置

版本號即CAT021報文的版本號，主要包括V0.26、V1.4、V2.1，在以下三處版本號配置時保持一致。包括：①設置-地面站設置-CAT021版本號；②設置-基本設置-CAT021版本；③地面站設置-客戶欄-CAT021版本。

除此之外，還需要注意在附加參數欄等，勾選DF4/DF5/DF17/DF18/DF20/DF21等參數，以及診斷輸出CAT21使能，從而讓地面站在測試時有部分故障仍可正常輸出目標，以測試其性能。

2 S-SMG-I型信號模擬發生器的使用配置

在地面站測試中，選擇S-SMG-I型S模式信號模擬發生器產生模擬DF17目標位置報信息，可按以下操作對其軟件參數進行配置。

通信端口：根據電腦與模擬發生器連接情況選擇通信端口，如COM9。

選擇輸出通道：模擬信號發生器共有CH1—CH4四個輸出通道可選，如選擇CH1。

編輯幀：設置DF17位置報信息及數量等，每一行112比特數據包含一個目標的位置報信息，測試要求目標分布均勻。

發送倍數：即發送編輯幀的數量的多少倍的目標，可根據需要設置目標數量，在地面站接收機不過載的前提下，數量越多結果越精確。本文以200批5倍即1 000批進行測試舉例。

發送時長：選擇連續發送時的發送時間，也可選擇單次發送。

配置好S-SMG-I型S模式信號模擬發生器參數后，連接測試平臺，即可進行地面站參數測試。

3 地面站測試流程及結果分析

JZDAK01RM型ADS-B地面站接收機的測試項目通常包括接收頻率、最低觸發電平（MTL）、動態范圍、解碼能力、帶外抑制、設備處理延時等。

3.1 接收頻率

搭建好測試平臺（如圖1）。射頻信號產生器設置輸出電平-85 dBm，計算頻率分別為1 089/1 090/1 091 MHz時的正確探測解碼率。以單次注入1 000批DF17位置報信息為例，通過計算經接收機正確解碼處理后的CAT021報文數與注入目標位置報數1 000之比，即可算正確探測解碼率。其中，查看地面站接收機正確解碼目標數有兩種方法。一是可以通過wireshark軟件網絡抓包，抓取地面站主機IP數據，過濾篩選CAT021格式報文數據，查看已顯示數量。二是通過地面站監控軟件界面底部，查看計數統計的CAT021數量。

測試結果可按表1進行記錄，實測JZDAK01RM型地面站在三處頻率符合設備技術要求關于正確探測解碼率≥99.9%的要求。

需要注意的是，如果測試中要計算線纜的插入損耗，則接收機輸入信號電平等于射頻產生器的輸出電平值加上線纜插損；如果選擇忽略線纜插損，則測試中可粗略認為接收機輸入信號電平等于射頻產生器的輸出電平，測試者可根據實際情況進行選擇，本文不再贅述。另外，為詳解測試過程，本文以筆者測試時的某次測試結果作為舉例說明及分析，實際中測試結果會略有差異，但不影響測試結論的判斷。

3.2 最低觸發電平（MTL）

最低觸發電平MTL的測試比較重要，在測量動態范圍、解碼能力、帶外抑制等設置都需要用到MTL值，其測量過程如下：

①設置待測試的地面站接收機為主用。在臺站地面站配置中，工作時一般有主備兩臺地面站，地面站在主用狀態時才會輸出目標，備用狀態不會輸出目標。

②搭建測試平臺（如圖1），將S-SMG-I型信號模擬發生器CH1接入射頻信號產生器，產生1 000批目標的DF17位置報信息，射頻輸出接地面站射頻輸入口。

③設置射頻信號產生器輸出電平為-85 dBm，載波頻率設置為1 090 MHz，讀取原始報文數量的統計信息，調整射頻信號產生器輸出電平，記錄正確探測解碼率剛好超過90%的電平值。同樣步驟對載波頻率1 089 MHz、1 091 MHz進行測試，記錄三個頻點測得的接收機輸入信號電平最大值為MTL1。

④驗證接收機輸入信號電平為MTL1+3 dB時，是否正確探測解碼率≥99.9%，若是，則最低觸發電平MTL=MTL1；若不是，則以MTL1+3 dB為起點，增大射頻信號產生器輸出電平，直至其正確探測解碼率≥99.9%，此時接收機輸入信號電平記為MTL2，則最低觸發電平MTL=MTL2。

測試結果如表1，經實測MTL1=-91.03 dBm。驗證MTL1+3 dB,測的正確探測解碼率為100%，符合≥99.9%要求。故MTL=MTL1=-91.03 dBm。

3.3 動態范圍

搭建測試平臺（如圖1），設置射頻信號產生器頻率為1 090 MHz，輸入電平為MTL+3 dB，讀取地面站監控維護軟件中原始報文數量的統計信息。按照5 dB的步進增大輸入電平，直至正確探測解碼率小于99.9%時，記錄此時功率值為M，則動態范圍上限為M，下限為MTL+3 dB,可算出系統動態范圍為M-（MTL+3 dB）。為防止持續輸入信號電平過大損壞ADS-B地面站接收機，動態范圍測試時，輸入信號電平上限一般到0 dBm即可。

測試結果如表1，經實測JZDAK01RM型地面站以MTL+3 dB為起點，即-88.03 dBm為起點，步進5 dB，直至0 dBm，正確探測解碼率均為100%，故動態范圍大于0-（M T L+3）=88.03 dB,符合設備技術要求大于75 dB的要求。

圖1 測試連接示意圖

表1 接收頻率、MTL、動態范圍、解碼能力測試記錄

表1（續）

3.4 解碼能力

搭建測試平臺（如圖1），根據設備技術要求，地面站接收機解碼能力要求輸入信號電平為MTL+3dB，正確探測解碼率≥99.9%；輸入信號電平為-88 dBm,正確探測解碼率≥90%；輸入信號電平為-91 dBm，正確探測解碼率≥15%。

經實測JZDAK01RM型地面站，輸入功率MTL+3 dB，正確探測解碼率=99.9%；-88 dBm時正確探測解碼率=100%；-91 dBm時正確探測解碼率=96.8%。均符合設備技術要求。

3.5 帶外抑制

搭建測試平臺（如圖1），按表2依次設置射頻信號產生器頻率、觸發電平，讀取監控維護軟件中原始報文數量的統計信息，技術接收機正確探測解碼率，根據設備技術要求，此正確探測解碼率不大于90%。

表2 ADS-B接收機帶外抑制測試記錄

3.6 設備處理延時

測試地面站接收機設備處理延時，需要用到示波器及協議轉換器，測試過程如下：

①設置待測地面站接收機為主用，設置射頻信號產生器頻率為1 090 MHz，輸出電平為-70 dBm。設置信號模擬器產生1 000批目標的DF17位置報。

②在S-SMG-I型信號模擬器輸出口CH1后將模擬信號一分為二。其中一路直接接入示波器CH1；另一路接射頻信號產生器，送入地面站接收機進行處理，再經協轉處理后，接入示波器CH2。交換機接入協轉ETH1,協轉串口S1，用網口轉接至示波器的話，只需要接1地、2發數據TxD。

③通過示波器比較信號發送時間和協議轉換器HDLC輸出報頭之間的延遲。

圖2 示波器設備處理延時測量

如圖2所示，經實測JZDAK01RM型地面站設備處理延時為6.74 ms，滿足規范關于設備處理延時不大于50 ms的要求。

4 結語

本文從ADS-B地面站系統維護人員角度出發，首先對JZDAK01RM型ADS-B地面站測試前設備配置的要點進行了探討和梳理，在此基礎上，利用S-SMG-I型S模式信號模擬發生器等儀表，針對設備技術要求中的主要測試項目，設計了一套符合運行維護需求的測試流程和方法，并以筆者自身測試的結果進行了相應的分析說明。根據本文所提供流程和方法，將有效提高JZDAK01RM型地面站的維護效率。同時，對同類型ADS-B地面站設備的巡檢測試工作也具有一定的參考意義。