Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo
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8/6/2019 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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8/19Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 8/19
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
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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
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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
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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
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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
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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
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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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8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo
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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8/6/2019 Acquisizione e analisi di segnali multidimensionali per il monitoraggio del Traffico Aereo
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Forum Aerospazio e Difesa 2011 Roma 16 giugno 19/19
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