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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
 


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