Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

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    Acquisizione ed analisi di segnali multidimensionali per ilmonitoraggio del Traffico Aereo

    G. Galati, M. Leonardi, E. G. Piracci

    1DISP/CVV Tor Vergata University, Rome Italy

    Forum Aerospazio e Difesa 2011Roma 16 Giugno

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    Summary

    Introduction/Our goals

    Approach and methods

    NI instruments Lab View software developing

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    Introduction

    ADS-B (Automatic Dependent Surveillance)MLAT (multilateration)

    Provides air traffic surveillance with identification andlocalization of aircraft

    ADS-B and MLAT are based on Mode S 1090 MHz signalsemitted by airborne transponders

    Typical ADS-B/MLAT stations use omni-directional antennae

    Object of our study:

    - interference signals for the ADS-B/MLAT stations

    -1090 MHz channel capacity

    - proposal of enhanced receivers to improve the channel capacity

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    Introduction

    FRUIT environment

    ADS-B Rx

    SSRmode A/C

    SSRmode S

    1090 MHz channel traffic:-mode A/C replies-mode S replies-squitter-other: T-CAS, TIS-B

    Omni-directional antenna + high density traffic =>- interferences for ADS-B/MLAT Rx stations- garbling

    => Information data loss affects the surveillance capabilities

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    Introduction

    Overlapping signals at omni-directional antenna

    receiver

    Rx

    2 or more aircraft transmitting their 1090 MHzsignals with small time difference

    Proposed solutions are based on:

    - Enhanced signals decoding technique patent [6]

    - High capacity location and identification system patent [13]- Signals discrimination capability in new receivers

    [6] E.G. Piracci, S. Gelli, G. Galati, F. Fiori, PCT/IT 2008/000568 Reply detection in a secondary surveillance radar, International patentapplication, 9 September 2008.

    [13] USA Patent n. US7570195B2 High capacity location and identification system, 14 Oct. 2004: RM2004A0503.

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    pproacThe need of a 1090 MHz signals receiver to test processing algorithm

    Standard ADS-B/MLAT ground receiver

    preambledetection

    decoding

    Analog-digital

    front-end

    Decoder

    antenna

    - preamble detection

    - decoding

    - information bit sequence

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    7/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 7/19

    Approach

    Mono-channel receiver with de-garbling capability

    garblingdetection

    de-garbling

    Analog-digitalfront-end

    1 channel

    Processing unit Decoder

    antenna

    - garbling detection

    -signals un-mixing

    PASA algorithm

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    Approach

    Multi-channel receiver with de-garbling capability

    garblingdetection

    de-garbling

    Analog-digital

    front-end

    4 channels

    Processing unit Decoder

    Array antenna 4 elements

    - garbling detection

    -signals un-mixing

    EPA algorithm

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    9/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 9/19

    Methods

    Development of the Analog-Digital front-end

    LOG receiver

    5 channels

    ADC

    Array

    antenna

    Linear chain

    Linear chain

    Linear chain

    Linear chain

    PC

    PLL

    VCO

    Attenuation

    control

    Energy

    supply

    ch1

    ch2

    ch3

    ch4

    ch5

    Clock out

    Analog section /Down-coverter

    Digital section

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    10/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 10/19

    Antenna and analog chain (linear & LOG)

    Local oscillator

    RF-IF

    SAW LNA Attenuatore Variabile

    LNA SAW

    Attenuation control

    RF signal

    Mixer LPfilter

    IF signal

    LOGLP

    filter

    IF signal

    SAW LNA SAW

    RF signal

    Patch antenna

    Linear channel

    LOG channel

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    11/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 11/19

    TDR analog receiver monochannel prototype

    FRONT-PANEL

    INTERNAL VIEW

    LNA LNA

    SAW

    SAW

    mixerLOG

    power supply

    PLL

    splitter

    OUT 1&2IN

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    12/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 12/19

    TDR digital section by N.I.

    The digital section of the TDR (sampling, acquisition andprocessing/recording) is developed using N.I. solutions

    Controller:NI PXIe 8130

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    13/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 13/19

    TDR digital section by N.I.

    N.3 acquisition card: NI PXIe 5122 64 MB

    Max Voltage Range: -10..10 VMin Voltage Range Sensitivity: 12.2 VSample Rate: 1-2-5-10-50-100 MS/sBandwidth: 100 MHzResolution: 14 bitsAnalog Input Channels: 2Phase Noise: -130 dBc/HzSpurious Free Dynamic Range: 75 dBc

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    14/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 14/19

    TDR digital section by N.I.

    Acquisition, processing, recording with NI Lab View

    Multi-channel recordingVI screenshot

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    15/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 15/19

    TDR digital section by N.I.

    Multi-channel recordingControl panel screenshot

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    16/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 16/19

    Developing Lab View software

    Signals acquisition

    Mode S detection and recording

    Two super-imposed Mode S signals

    acquired by TDR reciver

  • 8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo

    17/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 17/19

    Developing Lab View software

    Advanced Mode S signals processing Garble detection

    Blind source separation PA-PASA

    s2

    s1

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    18/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 18/19

    Developing Lab View software

    Advanced Mode S signals processing EPA (multi-signals degarbling)

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