隨著中國社會改革開放和現代化建設的不斷推進，民航作為現代化交通運輸行業的重要抓手和基礎手段之一，也實現了跨越式快速發展，在航空運輸、通用航空、機隊規模、航線布局、法規建設、基礎設施建設和運行保障等方面均取得了舉世矚目的偉大成就。目前，中國共有定期航班航線3326條，航線裡程超過780萬公裡，未來航空業將會在2015年客運量3.9億人次、貨運量500萬噸的基礎上，實現較快增長。中國已經成為名副其實的航空大國，民航業也已經成為推動國民經濟發展的重要引擎。
然而，隨著馬航MH370空難等一系列事故的發生，民航飛機的安全性問題日益引起廣泛關注。國際民航組織多次呼籲提升民航飛行安全，國際電信聯盟在當年即通過決議研究全球飛行器導航跟蹤問題。歸根結底，民航飛行的安全性需要民航無線電通信和導航的保障，因為無線電已經無可爭議地成為現代航空飛行的「眼」和「耳」。具體而言，無線電通信在航路和航線導航、地空數據鏈通信、緊急遇險通信、空對空通信、機場管制通信、塔臺管制通信、進近管制通信、區域管制通信、航務管理通信、航站自動情報服務以及氣象預報服務等方面，均發揮著不可替代的作用。
近年來，隨著民航業的快速發展，各地也不斷報導民航通信受到幹擾的事件，這些幹擾嚴重威脅到飛機的飛行安全。無線電管理和監測部門作為無線電頻率的管理和安全保障機構，負責維護電波秩序，保障各類電臺安全、可靠運行。針對民航幹擾問題，中國各級無線電管理機構加強了對民航無線電安全的保障工作，對幹擾進行了監測、定位及查處，有力地保障了民用航空的無線電安全。
傳統的無線電監測及幹擾定位方法，一般採用在地面布設監測站，由多個監測站對幹擾信號進行直接測向的方法交叉定位地面幹擾源。這要求地面設置多套監測系統並同時進行幹擾信號測向交匯以確定幹擾源位置區域，然後使用移動監測設備在可疑區域通過測向逼近幹擾源，但這種方法還僅限於無線電監測設置配置較好的大中城市。對於民航飛機在航線上受幹擾的情況，由於民航飛機在高空飛行時最遠可以收到上百公裡以外的幹擾信號，同時中國航線眾多且分布較廣，因而飛機可能受到的幹擾面積非常大，加之電波傳播可能會出現反射、折射、繞射等效應，基於目前無線電管理部門的監測覆蓋能力和人員裝備，傳統的幹擾定位方法將可能無法有效發揮作用。最直接的解決方式是在飛機上安裝監測、測向設備以進行空中監測，但飛機改造成本非常高，同樣存在投資巨大和維護成本高的問題；不僅如此，由於幹擾的出現是隨機的，為查找幹擾必須多次執行飛行任務，這樣將會影響正常的空中飛行秩序，故這種方法也並非經濟有效的解決之道。
針對上述情況，國家無線電監測中心創新性提出了利用飛機散射都卜勒頻移信號定位地面幹擾源的方法（幹擾定位原理示意如圖1所示）。該方法主要是考慮到民航機身截面積較大，幹擾信號通過機身的散射後仍有可能返回地面而被接收到，同時，經民航飛機散射的無線電信號也會因飛機的相對運動而產生都卜勒頻移。
通過對飛機散射的微弱信號進行捕獲，獲取其都卜勒平移曲線（如圖2所示），並對其信號的時頻特性進行分析，結合民航飛機實時飛行狀態，採用多元數據融合的方法反向解析，就可以實現對地面幹擾源的定位，從而解決現有監測、測向方法難以直接接收到地面幹擾信號、難以定位幹擾源的技術難題。
為了實現這一創新解決方案，國家無線電監測中心聯合北京郵電大學、大連理工大學成立了聯合研究團隊，在國家自然科學基金項目「利用飛機散射信號定位地面幹擾源的方法與裝備研究」的資助下，對飛機散射模型分布理論、飛機飛行軌跡動態獲取、無先驗散射信號特徵識別、微弱散射信號捕獲算法、微弱信號都卜勒測量及幹擾定位理論等多項關鍵技術進行了深入研究並取得了重要突破，能夠成功定位飛機在航線上受到幹擾時的地面幹擾源位置。這些關鍵技術和研究團隊取得的重要研究成果包括：
（1）利用高低頻電磁數值計算綜合實現飛機頻域、空間域等多域分析方法研究。建立了民航飛機RCS資料庫，並以此為基礎利用優化方法建立了民航客機在地空通信頻段的散射分布模型，計算了散射信號的場強分布。
（2）動態都卜勒頻移的估計理論技術研究。結合實際項目需求，提出了基於快速傅立葉變換、分數階傅立葉變換、分數階模糊函數、分數階功率以及加權高斯分數階傅立葉變換等理論的動態都卜勒頻移估計方法，實現了微弱都卜勒頻移的高精度估計。
（3）非高斯噪聲與同頻帶幹擾共存下的微弱信號處理理論研究。提出了基於分數階循環統計量的參數估計方法，實現了低信噪比下信號參數估計。此外，為進一步克服分數低階循環統計量對噪聲先驗知識的依賴，創新性地首次提出循環相關熵概念，實現了更好的參數估計效果，並奠定了以循環相關熵、循環相關熵譜和循環相關熵模糊函數為基礎的循環相關熵基礎理論框架。
（4）系統研究了利用飛機散射信號實現地面幹擾源定位的問題，基於多元數據融合的思想，提出了基於相關熵和粒子濾波等理論的定位算法。此外，針對ADS-B報文時間延遲問題，提出了基於輔助源的時變和非時變的時延估計方法，進一步提升了定位的精度。
基於上述理論研究成果研製的國際首套利用飛機散射信號定位地面幹擾源的實驗樣機已經開發成功。樣機系統實現了ADS-B飛機參數提取、飛機散射信號接收、都卜勒頻移提取及幹擾源定位等功能。系統硬體（如圖3所示）由天線、濾波器、低噪放、射頻接收機、ADS-B接收機及主控電腦組成；系統軟體模塊如圖4所示，包括飛機散射信號捕獲、都卜勒頻移提取、ADS-B解碼、飛機實時參數解析、幹擾源定位以及幹擾源位置和飛機實時位置顯示功能六大功能模塊。
研究團隊從2013年開始已在北京大興、河北霸州做了多次外場實驗（如圖5所示），對系統的關鍵技術進行了驗證，積累了大量實驗數據。
從定位結果來看，系統可成功實現無直達波情況下的民航幹擾源定位，定位地點誤差小於2千米（如圖6所示）。此項研究成果也表明我國在民用航空無線電幹擾定位技術上已處於國際領先水平。
今後，研究團隊還將進一步開展研究以降低系統成品體積，提高系統便攜性及易用性，推廣實驗樣機在民航幹擾排查中的應用，積累實際幹擾定位經驗，並對系統關鍵參數進行修正，開展多站分布式融合定位研究，提高定位準確率。同時，有關循環相關熵的方法還可能應用於無線被動定位以及其他通信類型中。另外，針對ADS-B報文時間延遲問題，研究團隊提出了基於輔助源的時變和非時變的時延估計方法，該方法能有效地估計ADS-B的報文時延，從而提高ADS-B系統監控民航飛機位置信息的精度，同時，該方法也可使用在地面ADS-B監控站上，使ADS-B系統更好地服務於民航飛機實時監控。
作者簡介：
李景春，國家無線電監測中心教授級高工，百千萬人才工程國家級人選；
王曉冬，國家無線電監測中心高級工程師；楊文翰，國家無線電監測中心高級工程師；富堯，國家無線電監測中心工程師；鮑堯，國家無線電監測中心助理工程師；陳京，國家無線電監測中心工程師。