Tecniche innovative per la rivelazione e la separazione di segnali sovrapposti nel canale del radar secondario di sorveglianza

This work addresses the reception problem of 1090 MHz signals in high traffic density environment. The 1090 MHz signals are used in air traffic control systems: The secondary surveillance radar (SSR), the ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), the multilateration systems (MLAT and WAM ), the TIS-B (Traffic Information System - Broadcast) system and the T-CAS (Traffic Collisions Avoidance System). The signals sources are: the avionic transponder, the vehicular transponder and the TIS-B ground stations. The transponders transmit conventional and Mode S signals after receiving an interrogation by the secondary radar surveillance systems, by active MLAT / WAM and by T-CAS systems. Mode S transponders also transmit squitters, i.e. spontaneously emitted signals. The TIS-B ground-stations transmit Mode S signals in order to update the non-ADS-B traffic to the aircraft equipped with ADS-B (it is an ADS-B gap filler). A 1090 MHz receiver placed in a high traffic environment has a significant probability of receiving signals overlapping in time, particularly while using omnidirectional receiving antenna. Inevitably, this situation prevents the proper reception and decoding of all signals, compromising the integrity of surveillance. The thesis propose several methods to address the problem of overlapping received signal exploiting the antenna diversity, via an antenna array, for signals detection, separation, and decoding. These methods necessitate the use of an antenna array and a multichannel receiver, but also a mono-channel algorithm is proposed, which is useful for older systems that have only a single omnidirectional antenna. The presented algorithms have been assessed using real recorded signals. Finally the 1090 MHz channel capacity enhancement using the proposed methods is demonstrated.

In questo lavoro è stato affrontato il problema della corretta ricezione di segnali a 1090 MHz in ambienti ad alta densità di traffico. I segnali oggetto degli studi sono quelli utilizzati dai sistemi per la sorveglianza del traffico aereo (ATC): il radar secondario di sorveglianza (SSR), il sistema ADS-B (Automatic Dependent Surveillance-Broadcast), i sistemi di multilaterazione (MLAT e WAM), il sistema TIS-B ed il sistema T-CAS (Traffic Collisions Avoidance System). Le sorgenti dei segnali sono: i transponder avionici, i transponder veicolari e le stazioni trasmittenti del sistema TIS-B (Traffic Information System – Broadcast). I transponder trasmettono segnali di modo convenzionale e di modo S a seguito di interrogazioni da parte del radar secondario di sorveglianza, da parte di sistemi MLAT/WAM attivi e da parte dei sistemi T-CAS. I transponder di modo S inoltre trasmettono anche dei segnali spontanei detti squitter. Le stazioni TIS-B trasmettono segnali di modo S con la funzione di aggiornare gli aeromobili dotati di ADS-B sul traffico di aeromobili non dotati di ADS-B. Un ricevitore a 1090 MHz collocato in un ambiente ad alta densità di traffico possiede una probabilità non trascurabile di ricevere segnali sovrapposti nel tempo, soprattutto se dotato di antenna ricevente omnidirezionale. Inevitabilmente una tale situazione impedisce la corretta ricezione e decodifica di tutti i segnali, pregiudicando l’integrità della sorveglianza. Le tecniche proposte per affrontare il problema della ricezione di segnali sovrapposti sfruttano la diversità di antenna per rivelare la presenza di segnali sovrapposti e separarli. Tali metodi prevedono l’uso di una antenna ad array ed un ricevitore multicanale. Viene proposta anche una soluzione basata sull’uso di un ricevitore mono canale ed antenna omnidirezionale. Gli algoritmi presentati sono stati valutati tramite dei test utilizzando segnali reali registrati. Infine viene mostrato come aumenta la capacità del canale a 1090 MHz grazie all’utilizzo delle tecniche proposte.