基于S-SMG-I型信号模拟发生器的ADS-B地面站测试研究

但 强，李 帅

（民航宁夏空管分局 宁夏 银川 750000）

0 引言

广播式自动相关监视（ADS-B）是一种基于全球导航卫星系统和航空数据链的航空器协同监视系统，与雷达监视相比，ADS-B具有监视信息更实时、数据精度高、建设成本低、维护方便等优势[1]。作为其中的重要一环，1090ES ADS-B地面站系统为地面管制中心提供空域内的飞机、车辆的位置和自身状态信息，以便于地面管制中心实时监视周边空域交通状况，从而有效保障飞机飞行安全。它和基于1090ES数据链的机载设备一起构成1090ES数据链ADS-B系统[2]。

在国内，四川九洲、莱斯公司、民航二所等5家单位已经取得了民航局颁发的使用许可证，并且批产了各自型号的ADS-B地面站[3]。截至2020年5月底，民航空管体系现役ADS-B地面站332套[4]。在地面站测试技术标准方面，ED-129为ADS-B地面站最低性能标准，用于参考地面站的功能性能标准及部分测试方法；MH/T 4036-2012为中国民航制定的ADS-B地面站性能标准，用于确定地面站功能性能指标定义及测试项目[5]。在维护操作过程中，因地面站分布广泛，各地区单位配备的测试工具和仪表等也有所差异，如因信号模拟发生器及设备自身构造设计的差异而在设备的测试方法上不尽相同。本文使用S-SMG-I型信号模拟发生器，模拟产生DF17位置报信息，对JZDAK01RM型地面站进行测试，提供该型地面站设备测试操作中的方法参考。

1 地面站参数配置要点

JZDAK01RM型ADS-B地面站在进行维护测试前，需要对关键参数进行准确设置才能对模拟目标进行正确显示，并判断设备的运行状态。总结下来，可简单概括为“四个IP”配置、“三个经纬度”配置、“三个版本号”配置。

1.1 “四个IP”配置

①配置地面站主机IP。根据给定的地面站主机IP，对其IP进行配置。配置路径为：地面站监控软件CMS-设置-站点设置。

②配置监控电脑终端IP。根据步骤①设置的地面站主机IP，把监控电脑IP配置为其同一网段。

③配置客户栏的IP。配置路径为：CMS-地面站设置-客户栏。此处给监控电脑终端配置IP要与步骤②的一致，同时配置一个端口号。

④配置数据源IP。配置路径为：CMS-设置-基本设置-数据源配置，注意IP和端口号都要与步骤③填写的一致。

1.2 “三个经纬度”配置

①配置“位置设置”经纬度。配置路径为：CMS-地面站设置-基本设置-位置设置。此处经纬度配置可以根据站点状态中的GNSS定位信息进行填写，是地面站的实际位置。此处配置错误会影响目标显示，因此很重要。

②配置“站点名称”的经纬度。配置路径为：CMS-设置-站点设置-纬度、经度。这个影响的是监控软件上站点名称的显示位置。

③配置监控软件显示的中心点的经纬度。配置路径为：设置-基本设置-纬度、经度。此处设置影响监控软件显示距离环的中心点位置。

1.3 “三个版本号”配置

版本号即CAT021报文的版本号，主要包括V0.26、V1.4、V2.1，在以下三处版本号配置时保持一致。包括：①设置-地面站设置-CAT021版本号；②设置-基本设置-CAT021版本；③地面站设置-客户栏-CAT021版本。

除此之外，还需要注意在附加参数栏等，勾选DF4/DF5/DF17/DF18/DF20/DF21等参数，以及诊断输出CAT21使能，从而让地面站在测试时有部分故障仍可正常输出目标，以测试其性能。

2 S-SMG-I型信号模拟发生器的使用配置

在地面站测试中，选择S-SMG-I型S模式信号模拟发生器产生模拟DF17目标位置报信息，可按以下操作对其软件参数进行配置。

通信端口：根据电脑与模拟发生器连接情况选择通信端口，如COM9。

选择输出通道：模拟信号发生器共有CH1—CH4四个输出通道可选，如选择CH1。

编辑帧：设置DF17位置报信息及数量等，每一行112比特数据包含一个目标的位置报信息，测试要求目标分布均匀。

发送倍数：即发送编辑帧的数量的多少倍的目标，可根据需要设置目标数量，在地面站接收机不过载的前提下，数量越多结果越精确。本文以200批5倍即1 000批进行测试举例。

发送时长：选择连续发送时的发送时间，也可选择单次发送。

配置好S-SMG-I型S模式信号模拟发生器参数后，连接测试平台，即可进行地面站参数测试。

3 地面站测试流程及结果分析

JZDAK01RM型ADS-B地面站接收机的测试项目通常包括接收频率、最低触发电平（MTL）、动态范围、解码能力、带外抑制、设备处理延时等。

3.1 接收频率

搭建好测试平台（如图1）。射频信号产生器设置输出电平-85 dBm，计算频率分别为1 089/1 090/1 091 MHz时的正确探测解码率。以单次注入1 000批DF17位置报信息为例，通过计算经接收机正确解码处理后的CAT021报文数与注入目标位置报数1 000之比，即可算正确探测解码率。其中，查看地面站接收机正确解码目标数有两种方法。一是可以通过wireshark软件网络抓包，抓取地面站主机IP数据，过滤筛选CAT021格式报文数据，查看已显示数量。二是通过地面站监控软件界面底部，查看计数统计的CAT021数量。

测试结果可按表1进行记录，实测JZDAK01RM型地面站在三处频率符合设备技术要求关于正确探测解码率≥99.9%的要求。

需要注意的是，如果测试中要计算线缆的插入损耗，则接收机输入信号电平等于射频产生器的输出电平值加上线缆插损；如果选择忽略线缆插损，则测试中可粗略认为接收机输入信号电平等于射频产生器的输出电平，测试者可根据实际情况进行选择，本文不再赘述。另外，为详解测试过程，本文以笔者测试时的某次测试结果作为举例说明及分析，实际中测试结果会略有差异，但不影响测试结论的判断。

3.2 最低触发电平（MTL）

最低触发电平MTL的测试比较重要，在测量动态范围、解码能力、带外抑制等设置都需要用到MTL值，其测量过程如下：

①设置待测试的地面站接收机为主用。在台站地面站配置中，工作时一般有主备两台地面站，地面站在主用状态时才会输出目标，备用状态不会输出目标。

②搭建测试平台（如图1），将S-SMG-I型信号模拟发生器CH1接入射频信号产生器，产生1 000批目标的DF17位置报信息，射频输出接地面站射频输入口。

③设置射频信号产生器输出电平为-85 dBm，载波频率设置为1 090 MHz，读取原始报文数量的统计信息，调整射频信号产生器输出电平，记录正确探测解码率刚好超过90%的电平值。同样步骤对载波频率1 089 MHz、1 091 MHz进行测试，记录三个频点测得的接收机输入信号电平最大值为MTL1。

④验证接收机输入信号电平为MTL1+3 dB时，是否正确探测解码率≥99.9%，若是，则最低触发电平MTL=MTL1；若不是，则以MTL1+3 dB为起点，增大射频信号产生器输出电平，直至其正确探测解码率≥99.9%，此时接收机输入信号电平记为MTL2，则最低触发电平MTL=MTL2。

测试结果如表1，经实测MTL1=-91.03 dBm。验证MTL1+3 dB,测的正确探测解码率为100%，符合≥99.9%要求。故MTL=MTL1=-91.03 dBm。

3.3 动态范围

搭建测试平台（如图1），设置射频信号产生器频率为1 090 MHz，输入电平为MTL+3 dB，读取地面站监控维护软件中原始报文数量的统计信息。按照5 dB的步进增大输入电平，直至正确探测解码率小于99.9%时，记录此时功率值为M，则动态范围上限为M，下限为MTL+3 dB,可算出系统动态范围为M-（MTL+3 dB）。为防止持续输入信号电平过大损坏ADS-B地面站接收机，动态范围测试时，输入信号电平上限一般到0 dBm即可。

测试结果如表1，经实测JZDAK01RM型地面站以MTL+3 dB为起点，即-88.03 dBm为起点，步进5 dB，直至0 dBm，正确探测解码率均为100%，故动态范围大于0-（M T L+3）=88.03 dB,符合设备技术要求大于75 dB的要求。

图1 测试连接示意图

表1 接收频率、MTL、动态范围、解码能力测试记录

表1（续）

3.4 解码能力

搭建测试平台（如图1），根据设备技术要求，地面站接收机解码能力要求输入信号电平为MTL+3dB，正确探测解码率≥99.9%；输入信号电平为-88 dBm,正确探测解码率≥90%；输入信号电平为-91 dBm，正确探测解码率≥15%。

经实测JZDAK01RM型地面站，输入功率MTL+3 dB，正确探测解码率=99.9%；-88 dBm时正确探测解码率=100%；-91 dBm时正确探测解码率=96.8%。均符合设备技术要求。

3.5 带外抑制

搭建测试平台（如图1），按表2依次设置射频信号产生器频率、触发电平，读取监控维护软件中原始报文数量的统计信息，技术接收机正确探测解码率，根据设备技术要求，此正确探测解码率不大于90%。

表2 ADS-B接收机带外抑制测试记录

3.6 设备处理延时

测试地面站接收机设备处理延时，需要用到示波器及协议转换器，测试过程如下：

①设置待测地面站接收机为主用，设置射频信号产生器频率为1 090 MHz，输出电平为-70 dBm。设置信号模拟器产生1 000批目标的DF17位置报。

②在S-SMG-I型信号模拟器输出口CH1后将模拟信号一分为二。其中一路直接接入示波器CH1；另一路接射频信号产生器，送入地面站接收机进行处理，再经协转处理后，接入示波器CH2。交换机接入协转ETH1,协转串口S1，用网口转接至示波器的话，只需要接1地、2发数据TxD。

③通过示波器比较信号发送时间和协议转换器HDLC输出报头之间的延迟。

图2 示波器设备处理延时测量

如图2所示，经实测JZDAK01RM型地面站设备处理延时为6.74 ms，满足规范关于设备处理延时不大于50 ms的要求。

4 结语

本文从ADS-B地面站系统维护人员角度出发，首先对JZDAK01RM型ADS-B地面站测试前设备配置的要点进行了探讨和梳理，在此基础上，利用S-SMG-I型S模式信号模拟发生器等仪表，针对设备技术要求中的主要测试项目，设计了一套符合运行维护需求的测试流程和方法，并以笔者自身测试的结果进行了相应的分析说明。根据本文所提供流程和方法，将有效提高JZDAK01RM型地面站的维护效率。同时，对同类型ADS-B地面站设备的巡检测试工作也具有一定的参考意义。