用于检测同一信道中同时发射的航空无线电信号的方法和设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于检测至少两个调幅的传输信号的方法，各个传输信号在同一频道中具有不同的频移，所述传输信号被包含在接收信号中。通过以非线性方式处理所述接收信号，自接收信号确定（S10）修正的接收信号。随后，通过傅里叶变换，确定（S20）所述修正的接收信号的频谱，以及如果与相应的载波信号关联的至少两个第一谱线与在所确定的频谱内的与噪声信号和有用信号关联的频谱分量是明显可以区分的，则检测（S30-S100）在所述接收信号中含有的至少两个发射信号。
【专利说明】用于检测同一信道中同时发射的航空无线电信号的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于尤其检测在同一频率通道中同时发射的调幅航空无线电信号的方法和设备。
【背景技术】
[0002]在位于飞行器中的飞行员和位于地面站中的空中交通控制人员之间或者分别在位于不同飞行器中的飞行员之间的航空无线电通信的情况下，利用调幅发射信号在标准的标称频率上进行语音传输。在少有的情况下，多个无线电传输可以以相同的标称频率同时实施。由于这表示临界情况(在某些环境下，该临界情况可导致一个或多个飞行员的航行错误)，因此出于安全原因，该临界情况必须被检测到并且通知给相应的飞行员以及空中交通控制人员。
[0003]从US2010/0067570A1 了解到一种用于检测在航空无线电通信中同时发射调幅发射信号的方法和系统。在该文献中，利用了差拍的效应，该效应发生在具有近似相同的幅度和略微不同的频率的两个振荡的相加叠加的情况下。通过叠加所产生的累加信号的幅度随着拍频而变化，拍频对应于在两个略微不同的频率之间的差值。累加信号的幅度是对应于拍频的时间变量，通过傅里叶变换，其被识别成在累加信号的谱图中的谱线。不利地，在该上下文中描述的方法和系统不适合于不同幅度的叠加的发射信号，诸如，通常发生在两个发射器和一个接收器之间的不同距离的情况下的那些信号。
[0004]基于识别具有通过多普勒效应或振荡器失真所导致的无线电信号的不同频移的同时发射的无线电信号分别关联的载波的谱线，而识别在飞行器无线电的同一频率通道中的多个传输仅可以在具有载波的高接收幅度的无线电信号的情况下令人满意地起作用，其中，载波的谱线突出高于在下边带和上边带中的语音信号的非周期性频谱分量的谱线和叠加噪声的频谱(见图1A的幅度频谱中的载波的谱线的幅度B1和幅度a2)。通过比较，如果语音信号和噪声信号的频谱分量中的剩余无线电信号的载波的谱线在相关的上边带和下边带中消失，则仅可以困难地检测在接收信号中的另外的无线电信号(见第二无线电信号的载波的谱线的较小幅度a2，其在图1B的幅度频谱中的上边带和下边带中几乎消失)。
【发明内容】
[0005]因此，本发明的目的是提供用于检测在同一频道中同时发射发射信号的方法和系统，其尤其可以用于两个发射信号的不同接收幅度的情况下。
[0006]通过具有权利要求1的特征的用于检测在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的根据本发明的方法和通过具有权利要求16的特征的用于检测在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的根据本发明的设备，实现该目的。在相应的从属权利要求中指明了有利的技术进展。
[0007]根据本发明，至少两个发射信号所组成的接收信号被应用到非线性信号处理函数。从产生的修正的接收信号，通过傅里叶变换确定相关的频谱。由于非线性信号处理，修正的接收信号的频谱不仅包含在载波频率处、在两个发射信号的相关上边带和下边带中的谱线，而且包含在多倍载波频率处、在所分配的上边带和下边带中、以及在各个互调频率处、在分配的上边带和下边带中的谱线。
[0008]尽管提供低接收幅度的发射信号的载波的谱线不使用非线性信号处理通常不从相关的上边带和下边带中的谱线突出并且因此不能被识别，然而使用非线性信号处理，在互调频率处添加至少一个附加的谱线，其因为非线性信号处理而提供了这样的幅度:该幅度取决于在接收信号中含有的所有发射信号的最大幅度并且因此突出高于相关上边带和下边带的所有谱线并且可以清楚地识别。因此，根据本发明，通过识别至少两个谱线(具有最大幅度的载波的谱线和互调产物的谱线)来检测至少两个、尤其调幅的发射信号的同时接收，所述至少两个谱线明显突出高于在各个上边带和下边带的所有谱线。
[0009]为了确保具有较低接收幅度的发射信号的载波频率的谱线(在一些情况下，这些谱线不突出高于在相关上边带和下边带中的谱线)仍然可以清楚地识别，相对于分别在载波频率处的谱线和在各个互调频率处的谱线对称布置的上边带和下边带中的谱线优选被识别且从频谱去除。
[0010]为了该目的，在第一步骤中，整个接收频谱优选被限制到用于检测在一个接收信号中的多个发射频率所需的频率范围。例如，通过使用作为非线性信号处理的二次信号处理，频谱范围优选被限制到这样的频率范围:在接收信号中含有的发射信号的第二谐波被放置在该频率范围中。例如，通过使用作为非线性信号处理的模函数，频谱范围的限制优选被应用到包围直接信号分量的频率范围。
[0011]目前，在该限制的频谱范围内，从具有最大幅度的谱线(其代表具有最大幅度的载波的谱线)开始，关于与具有下一个较小幅度的谱线镜像对称的具有最大幅度的谱线定位的谱线被寻找。如果一谱线的相对于具有最大幅度的谱线频率间隔与在具有最大幅度的谱线和具有下一个较小幅度的谱线之间的频率间隔的区别是预定阈值的最大值，则一对谱线(在下文被称为第二谱线)存在于相应的上边带和下边带中，以相对于具有最大幅度的谱线的频率对称的方式被放置。该对第二谱线从受限制的频谱范围被去除。
[0012]修正的、受限制的频率范围优选被研究用于相对于具有最大幅度的谱线以频率对称的方式所定位的其它谱线对并且以相同的方式被修正。当在受限制的频谱范围中存在的所有谱线关于相对于具有最大幅度的谱线频率对称而以该方式研究时，具有最大幅度的谱线被标记成不对称的谱线，也就是说，与载波或互调产物相关联的谱线。以该方式被标记的不对称的谱线在下文被称为第一谱线。
[0013]随后，从具有下一个较小幅度的谱线开始，优选关于以频率对称方式放置的谱线对的存在而研究在受限制的频率范围中仍然存在的所有其他谱线。如果以频率对称方式放置的任何这样的谱线对存在，则这些谱线对从受限制的频谱范围去除，被放置在频率对称的中心处的相关谱线被标记成不对称的谱线。
[0014]分别在接收信号中含有的语音分量和噪声分量内的载波频率和/或互调频率处的第一谱线的清楚识别优选应该基于以下另外的统计检验来确定:
[0015]在显著性检验中，每个所识别的第一谱线的幅度优选与高于在接收信号中仍然含有的语音信号分量和噪声信号分量的取样值的平均值的所选择的显著性水平比较。如果相应的、所识别的第一谱线的幅度高于所选择的显著性水平，则，与发射信号相关联的载波的谱线存在于载波频率处、多倍载波频率处和/或一个互调频率处。显著性检验仅适用于具有明显信噪间隔的接收信号，其中，载波和相关互调产物的谱线被清楚地设置并且因此明显地高于本底噪声。
[0016]周期平稳特性检测有利地适用于识别与载波信号关联或者相应地与具有低信噪间隔的互调产物关联的第一谱线。参照US2010/0054352A1，该公开在此作为本专利申请的一部分，如果信号的自动校正函数在时间上是周期性的，则信号提供周期平稳性能。当噪声信号由于其随机性而提供非时变的自动校正函数时，纯语音信号由于其谐波频谱分量而提供具有与随时间的周期的数量对应的数量个谐波频谱分量的自动校正函数。在自动校正函数中的至少一个周期的存在通过傅里叶变换来识别。
[0017]优选地，通过雅克-贝拉检验实现用于识别与具有低信噪间隔的本底噪声中的载波信号或载波信号的互调产物关联的谱线的另外的或者替选统计学测试。这利用了这样的事实:在接收信号中的噪声-信号分量经过高斯分布，而在接收信号中的载波和互调产物的谱线不提供高斯特征。如果雅克-贝拉检验被应用到去除第二谱线的修正的接收信号的取样值，则雅克-贝拉检验提供雅克-贝拉值，该雅克-贝拉值是用于修正的接收信号的高斯特征的量度。如果该雅克-贝拉值被高于所选择的的阈值，则修正的接收信号不提供纯高斯特征，因此，除了纯高斯分布的噪声之外，还包含载波和互调产物的非高斯谱线。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]参考附图下文将更详细地解释根据本发明的方法和根据本发明的设备。附图如下:
[0019]图1A和图1B是含有两个振幅调制的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；
[0020]图2A和图2B是在二次信号处理的根据本发明的使用中的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；
[0021]图3A和图3B是使用线性信号处理和二次信号处理时的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有小幅度；
[0022]图4是使用根据本发明的模函数时的含有两个调幅的发射信号的接收信号的幅度频谱的谱图，其中第二发射信号具有大幅度和小幅度；
[0023]图5是用于检测在一个接收信号中含有的具有不同频移的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的方法的示例性实施方式的流程图；和
[0024]图6是用于检测在一个接收信号中含有的具有不同频移的至少两个调幅的发射信号的根据本发明的设备的示例性实施方式的电路框图。
【具体实施方式】
[0025]在参考图5和图6具体说明根据本发明的方法和根据本发明的设备之前，以下部分推导理解本发明所需的数学基础:
[0026]待发射的采样信号s(k)以调幅度m进行振幅调制并且其载波被另外地发射，在传输信道中，由于相应的飞行器的振荡器和地面站之间缺少相位同步，该采样信号经受幅度失真a和相位失真# 5且因为飞行器以不同的速度和不同的方向移动的多普勒效应和因为在相应的飞行器的振荡器和地面站之间缺少频率同步，该采样信号经受频移f。假定幅度失真a、相位失真#?和频移f在检测期间是近似恒定的。待发射的采样信号s(k)和叠加的噪声信号n (k)被设置成未知的。因此，根据等式(I)得到在基带中对应的采样接收信号r (k)。在该上下文中，Ts是采样间隔。
[0027]
【权利要求】
1.一种用于检测在同一频率通道内的接收信号中含有的具有相应不同的频移的至少两个发射信号的方法，所述方法包括下列方法步骤: -通过所述接收信号的非线性信号处理，确定(SlO)修正的接收信号， -通过傅里叶变换，确定(S20)所述修正的接收信号的频谱，以及 -如果分别与载波信号关联的至少两个第一谱线在所确定的频谱内能够和与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量区分开，则检测(S30-S100)在所述接收信号中含有的至少两个发射信号。
2.根据权利要求1所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在所述修正的接收信号中含有的载波信号的至少两个第一谱线在所确定的频谱内被识别，则检测在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，所述至少两个第一谱线的幅度分别是在所述修正的接收信号中含有的所述噪声信号和所述有效负荷信号的频谱分量的幅度的平均值的多倍。
3.根据权利要求2所述的用于检测的方法，其特征在于， 所述载波信号的所识别的第一谱线是直接信号分量、谐波和/或互调产物。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 在所述修正的接收信号中含有的所述有效负荷信号的周期性信号分量的相对于所述第一谱线对称放置的第 二谱线被识别且从所述修正的接收信号的所确定的频谱中去除。
5.根据权利要求4所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在每个情况下，对于每个所识别的第一谱线存在两个距相应的所述第一谱线的频移间隔最大相差第一阈值(SW1)的谱线，则识别相对于第一谱线对称放置的两个第二谱线。
6.根据权利要求4或5所述的用于检测的方法，其特征在于， 为了识别第二谱线，在所述修正的接收信号的频谱中的具有最大幅度的谱线相应地被用作第一谱线。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 为了增大在确定频移中的间隔中的频率分辨率，增大傅里叶变换的FFT长度。
8.根据权利要求2、3或5至7中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在去除所述第二谱线之后，至少三个第一谱线在所述修正的接收信号的频谱中被识别，则检测在所述接收信号中含有的至少两个发射信号，所述至少三个第一谱线的幅度分别是在所述修正的接收信号中含有的非周期性信号分量的频谱分量的幅度的平均值的多倍。
9.根据权利要求8所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线位于所述修正的接收信号的频谱中，且所述至少三个谱线的幅度比通过高于在所述修正的接收信号中含有的非周期性信号分量的频谱分量的幅度的平均值的第二阈值(SW2)表征的显著性水平高，则在所述修正的接收信号中检测(S40)至少两个发射信号。
10.根据权利要求8或9所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线被设置在所述修正的接收信号的频谱中，则在所述修正的接收信号中检测(S50)至少两个发射信号，所述至少三个谱线是通过在所述修正的接收信号中的非周期性信号分量的周期平稳特性检测选择的。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 如果在去除第二谱线之后，至少三个谱线被设置在所述修正的接收信号的频谱中，则在所述修正的接收信号中检测(S60)至少两个另外的发射信号，所述至少三个谱线是通过在所述修正的接收信号中的非周期性信号分量的雅克-贝拉检验所选择的。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 所述非线性信号处理是二次信号处理。
13.根据权利要求12所述的用于检测的方法，其特征在于， 对于第一谱线和第二谱线的识别，在所述修正的接收信号中含有的所述发射信号的二次谐波的频率范围中分析所述修正的接收信号的频谱。
14.根据权利要求1至11中任一项所述的用于检测的方法，其特征在于， 所述非线性信号处理是模函数。
15.根据权利要求14所述的用于检测的方法，其特征在于， 对于第一谱线和第二谱线的识别，在包围所述修正的接收信号的直接信号分量的频率范围中分析所述修正的接收信号的频谱。
16.一种用于检测 在接收信号中含有的具有不同频移的至少两个发射信号的设备，所述设备包括: 非线性信号处理单元(1)，所述非线性信号处理单元用于通过所述接收信号的非线性信号处理确定修正的接收信号， 傅里叶变换器(2)，所述傅里叶变换器用于确定所述修正的接收信号的频谱，和检测器(8)，所述检测器用于识别分别与载波信号关联的多个第一谱线，从与噪声信号和有效负荷信号关联的频谱分量能够区分所述第一谱线。
17.根据权利要求16所述的用于检测的设备，其特征在于， 另外地，单元(4)被提供用于从所述修正的接收信号的频谱去除相对于所述第一谱线对称放置的第二谱线。
18.根据权利要求16或17所述的用于检测的设备，其特征在于， 另外地，单元(5)被提供用于实施显著性检验。
19.根据权利要求16至18中任一项所述的用于检测的设备，其特征在于， 另外地，单元(6)被提供用于实施周期平稳特性检测。
20.根据权利要求16至19中任一项所述的用于检测的设备，其特征在于， 另外地，单元(7)被提供用于实施雅克-贝拉检验。
【文档编号】H04L27/06GK103733512SQ201280040156
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年7月17日 优先权日:2011年8月16日
【发明者】托本·德特尔特 申请人:罗德施瓦兹两合股份有限公司