利用扩频通信手段实现空中目标定位的设计

发布时间: 2016-08-31

导读：实现对空中目标的实时定位。只有解决了以上两个问题，才可能构建数据链系统的平台，并在此基础上实现作战能力。
关键词：扩频通信，定位，数据链

　　1 问题的提出
　　为了实现利用空中数据链遂行作战任务这一目的，提出了两个新的需要重点解决的问题：
　　（1）实现具有较强抗干扰、保密能力的数字化通信；
　　（2）实现对空中目标的实时定位。
　　只有解决了以上两个问题，才可能构建数据链系统的平台，并在此基础上实现作战能力。由于数字电台是数据链系统的基本装备，因此，进入数据链系统的作战飞机均需要装备数字电台，现有125电台和485等系统可供选择。它们采用DS（直接序列扩频）或DS/FH（直接序列扩频/跳频）调制方式，具有相当的抗干扰能力，可以较好地解决问题（1）。论文发表。与此同时可以利用此型装备解决问题（2）。
　　2 依据的基本原理
　　DS或DS/FH调制是扩展频谱通信的方式之一，是良好的抗干扰、保密通信手段，其中DS调制方式是利用伪随机码对原始数字信息进行频谱扩展。这样利用伪随机码良好的自相关性能是可以测出信号的传递时间，并进而得到空间距离，这是实现定位的前提。
　　3 方案设计
　　3.1理论设想1
　　如果三个通信站同时发送DS信号，三个站之间的伪码完全相同且完全同步，由机载接收机分别测算来自两个站伪码信号的时差Δt（利用伪随机码良好的自相关特性），可以得到一条位置曲线，由三个站至少可以得到两条位置曲线，其交点为飞机平面位置（见图1），若加上高度信息，就可以实现空间定位。如果三个站位置合适，直接即可实现定位（见图2）。但该设想不能实际应用，因为它需要机载接收机同时接收来自三站的DS信号，对于单通道设备是做不到的，实际方案应有所变化。论文发表。论文发表。
　　3.2理论设想2
　　三站工作在同一时钟下，将单位时间划分为若干通信时帧，在每一时帧中划分三个时帧，由三个站交替在这三个时帧中发送DS信号进行通信，接收机在某一静止点处分别接收来自三站的信号，并计算任两站信号到达的时差Δt´，该时差减去发送间隔即得到Δt（相当于两站同时发送DS信号而到达接收机的时差），从而完成定位计算。为了在定位范围内，接收机收到的三站信号不至于混叠，三个分时帧之间加有保护时帧。正常情况下，在一个时帧内即可完成定位，信号的周期发送可以完成不间断的实时定位。
　　
　　图1 三点定位原理示意图1
　　图2 三点定位原理示意图2
　　
　　图3通信时帧及接收示意图
　　4 影响定位误差因素
　　4.1时钟的同步
　　系统要求三站发送伪码时钟完全同步，若时钟有同步误差δ，会产生δC（C为光速）的距离差。若采用良好的同步手段，该误差可消除。
　　4.2系统误差
　　由于伪随机码在一个伪随机码元范围内即可相关，因此有ts / 2的模糊时间，将产生ts C / 2距离误差，伪码速率越快，所产生的距离误差越小。现有系统和电台伪码速率为4.096 MHz及5MHz，分别可产生36.6m（4.096MHz）和30m（5MHz）的误差，该误差不可消除，ts 是伪随机码的周期。
　　4.3接收机的移动造成误差
　　系统的这种定位测算方式虽然使用一部接收机即可以胜任，但要求接收机应该处于静止状态。如果接收机处于移动状态，当接收A站信号后再接收B站信号，接收机已经移动了一段距离，如果移动距离足够长，则测算已无意义。若系统定位分时帧足够短，接收机移动距离较短，可近似认为静止。例如：一个通信时帧长1ms，一架时速为2倍音速的飞机在该时间内位移量为0.7m，可近似认为静止。
　　5 结论
　　（1）该方案可以实现实时定位的要求
　　不需要单独发送定位信号，只要设定相应的通信协议，在通信完成的同时即可完成定位，并可将位置信息下传。
　　（2）机载设备安装工程量小
　　只要数据链系统安装DS调制的数字电台，只需在作战飞机上加装一部小型计算单元即可。
　　（3）安全保密、抗干扰
　　DS调制方式本身具有安全保密、抗干扰能力；另外发送站可多点设置使其具有一定的抗毁能力；作战飞机只需接收信号，自主测算，没有电磁辐射。
　　（4）误差较小，且与距离远近无关。

参 考 文 献
1 樊昌信，通信原理教程. 北京：电子工业出版社，2004
2 浙江大学数学系高等数学教研组，概率论与数理统计. 北京：高等教育出版社，1984
3 王育民，何大可，保密学——基础与应用. 西安：西安电子科技大学出版社，1990