一種用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于飛行器測控通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通 信鏈路。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于地面站設(shè)備的飛行器測控通信系統(tǒng)的用途是建立從地面控制站至目標(biāo)飛行 器的用于上傳控制指令信息的遙控數(shù)據(jù)鏈路和從目標(biāo)飛行器至地面控制站的用于下傳各 種機(jī)載設(shè)備狀態(tài)信息和任務(wù)載荷產(chǎn)生的有效數(shù)據(jù)的遙測數(shù)據(jù)鏈路。如圖1所示，圖1為現(xiàn) 有技術(shù)中的飛行器測控通信示意圖。而傳統(tǒng)飛行器測控通信系統(tǒng)通常采用單地面站對單目 標(biāo)飛行器即"一站一機(jī)"測控方式，進(jìn)而通過地面站組網(wǎng)構(gòu)成測控系統(tǒng)。在無線通信體制上， 在較低頻段（例如甚高頻UHF)調(diào)頻脈沖編碼調(diào)制（FM/PCM)方式應(yīng)用較為普遍。
[0003] 隨著編隊多飛行器測控和無人機(jī)地面站系統(tǒng)小型化和快速部署等問題被提出，傳 統(tǒng)飛行器測控通信系統(tǒng)的局限性顯現(xiàn)：采用"一站一機(jī)"方式對多飛行器測控需要至少與 飛行器相同數(shù)量的地面站設(shè)備以致地面站系統(tǒng)龐大、復(fù)雜；對于編隊飛行器測控，多地面站 波束重疊，如圖2所示，圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一站一機(jī)測控方式多目標(biāo)飛行器測控示意圖； 采用調(diào)頻脈沖編碼調(diào)制體制必須通過嚴(yán)格的頻率劃分以解決鏈路間干擾問題，頻譜利用率 低；較低頻段頻譜資源緊張，信道帶寬受限不能滿足大數(shù)據(jù)量遙測數(shù)據(jù)實時下發(fā)；缺少有 效的抗干擾、抗截獲技術(shù)手段；載波波長較長導(dǎo)致天線尺寸較大，地面站及機(jī)載設(shè)備小型化 困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路，本發(fā)明實 現(xiàn)了單個地面站設(shè)備與多個遙控終端設(shè)備間的無線通信。
[0005] 本發(fā)明的用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路，其包括上行廣播鏈路和下行時分多 址鏈路，地面站通過上行廣播鏈路向多接收機(jī)以廣播方式發(fā)送遙控指令；多接收機(jī)通過下 行鏈路以時分多址的方式向地面站發(fā)送遙測數(shù)據(jù)；
[0006] 其中，上行廣播鏈路的內(nèi)容包括：
[0007] A采用編碼擴(kuò)頻（軟擴(kuò)頻）的方式
[0008] 采用M/Nbit編碼擴(kuò)頻，將二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成M位一組編碼進(jìn)而映射為N 碼片擴(kuò)頻序列；
[0009]B上行鏈路使用QPSK載波方式
[0010]N碼片擴(kuò)頻序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換形成的I、Q兩路長度為N/2碼片的擴(kuò)頻序列，為使得 接收機(jī)能夠使用基于相關(guān)峰判別進(jìn)行非相干解擴(kuò)解調(diào)，在選擇編碼擴(kuò)頻序列時，應(yīng)保證I、Q 兩路長度為N/2碼片的擴(kuò)頻序列具備共軛正交性；
[0011] c上行鏈路在編碼擴(kuò)頻獲得的信息序列數(shù)據(jù)流中周期地插入n個具有優(yōu)于編碼擴(kuò) 頻的擴(kuò)頻序列相關(guān)性的m序列作為同步引導(dǎo)序列，n的取值大于等于接收機(jī)跟蹤和捕獲環(huán) 節(jié)所需要的同步頭個數(shù)，插入周期應(yīng)小于接收機(jī)本地定時產(chǎn)生1個碼片偏離所需的時間；
[0012] D上行鏈路采用單符號脈沖包發(fā)射方式，對于同步引導(dǎo)的m序列采用連續(xù)符號脈 沖發(fā)射包發(fā)射方式；
[0013] 其中，下行多址鏈路的內(nèi)容包括：
[0014] A采用編碼擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻進(jìn)行級聯(lián)的混合擴(kuò)頻；
[0015] 采用M/Nbit編碼擴(kuò)頻，將二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成M位一組編碼進(jìn)而映射為N碼 片擴(kuò)頻序列；
[0016] 跳頻擴(kuò)頻利用編碼擴(kuò)頻的擴(kuò)頻序列調(diào)制中頻載波，通過對中頻載波的偽隨機(jī)頻移 鍵控實現(xiàn)跳頻；
[0017] 對于確定的M、N，頻點(diǎn)數(shù)為K，級聯(lián)跳頻擴(kuò)頻的混合擴(kuò)頻具有KN/M的擴(kuò)頻增益；
[0018] B下行鏈路使用BPSK調(diào)制載波方式，
[0019] 使得多接收機(jī)能夠在滑動相關(guān)解擴(kuò)的同時直接通過相關(guān)峰判別進(jìn)行非相干解 調(diào)；
[0020] C下行鏈路在混合擴(kuò)頻獲得的信息序列數(shù)據(jù)流中周期地插入n個m序列作為同步 引導(dǎo)序列，n的取值大于等于接收機(jī)跟蹤和捕獲環(huán)節(jié)所需要的同步頭個數(shù)，插入周期應(yīng)小于 接收機(jī)本地定時產(chǎn)生1個碼片偏離所需的時間；
[0021] D下行鏈路采用單符號脈沖發(fā)射方式，且在時分多址的各時隙結(jié)尾插入一個大于 AT的時間保護(hù)間隔，AT為各址路徑最大時延差；
[0022] 上述時分多址的時隙結(jié)構(gòu)由地面站決定，并通過上行鏈路廣播將時隙分配指令上 傳至各飛行器終端，各接收機(jī)根據(jù)時隙分配指令和基于上行鏈路指令完成的本地定時，確 定各自的數(shù)據(jù)下發(fā)時間。
[0023] 有益效果：
[0024] 本發(fā)明所提出的用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路規(guī)避了復(fù)雜的載波同步問題， 實現(xiàn)了單個地面站設(shè)備與多個遙控終端設(shè)備間的無線通信。具體的：
[0025] 通過采用上行鏈路廣播、下行鏈路時分多址方式解決單地面站同時對多個飛行器 "一站多機(jī)"測控問題。
[0026] 下行鏈路采用多級增益可調(diào)的混合擴(kuò)頻BPSK調(diào)制、上行鏈路采用固定增益的編 碼擴(kuò)頻QPSK調(diào)制體制，以提高無線鏈路抗干擾和抗截獲能力，同時兼顧上、下行鏈路非對 稱性。
[0027] 上、下行鏈路均使用單脈沖調(diào)制符號包發(fā)射方式，相鄰符號脈沖間插入固定間隔， 從而降低接收機(jī)對擴(kuò)頻信號捕獲、跟蹤和同步的復(fù)雜度。
[0028] 使用非相干解調(diào)，規(guī)避了復(fù)雜的載波同步問題，進(jìn)一步簡化接收機(jī)設(shè)計和工程實 現(xiàn)。
【附圖說明】
[0029] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的飛行器測控通信示意圖；
[0030] 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一站一機(jī)測控方式多目標(biāo)飛行器測控示意圖；
[0031] 圖3本發(fā)明的下行鏈路混合擴(kuò)頻原理圖；
[0032] 圖4本發(fā)明的上行鏈路一次同步數(shù)據(jù)幀示意圖；
[0033] 圖5本發(fā)明的編碼擴(kuò)頻正交映射示意圖；
[0034] 圖6本發(fā)明的下行鏈路時隙結(jié)尾插入時間保護(hù)間隔示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 本發(fā)明的用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路，其包括上行廣播鏈路和下行時分多 址鏈路，地面站通過上行廣播鏈路向多接收機(jī)以廣播方式發(fā)送遙控指令；多接收機(jī)通過下 行鏈路以時分多址的方式向地面站發(fā)送遙測數(shù)據(jù)。
[0036] 一、上行廣播鏈路：
[0037] 1)上行鏈路編碼擴(kuò)頻
[0038] 采用M/Nbit編碼擴(kuò)頻，將二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成M位一組編碼進(jìn)而映射為N 碼片擴(kuò)頻序列。例如上行鏈路采用4/32bit編碼擴(kuò)頻，二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成4位一組 編碼進(jìn)而映射為32碼片擴(kuò)頻序列。但考慮到上行鏈路使用QPSK調(diào)制方式，對于擴(kuò)頻序列 的選擇需考慮32碼片序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換形成的16碼片I、Q擴(kuò)頻序列的正交性問題，以及采 用非相干方式解擴(kuò)解調(diào)的適用性。
[0039]附表 2 給出了 一種由分別由SvllOllOOlllOOOOllOlOlOOlOOOlOlllO和S8: 10001100100101100000011101111011做4位步長循環(huán)移位得到的16個32位擴(kuò)頻序列。上 述16個序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換得到16個16位序列Sd，Si_I，…S15_I和Sd，Si_Q，…S15_Q，詳 見附表3,具備所謂共軛正交性，即除了兩組16個序列以 及16個序列S8_I，S8_Q，S8_I，S8_Q…S15_I，S15_Q分別具有（準(zhǔn)）正交性以外，后一組序中 I路序列與前一組I路序列完全相同，例如S^I與S8_I，Q路序列與前一組Q路序列剛好取 反，例如Sq_Q與S8_Q等。（注：上述序列已經(jīng)在IEEE802. 15. 4擴(kuò)頻方案中使用）圖5所 示為上行鏈路編碼擴(kuò)頻二進(jìn)制符號至I、Q路擴(kuò)頻序列的映射原理。
[0040] 表2具備共軛正交性的一組循環(huán)移位序列
【主權(quán)項】
1. 一種用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路，其特征在于，包括上行廣播鏈路和下行時 分多址鏈路，地面站通過上行廣播鏈路向多接收機(jī)以廣播方式發(fā)送遙控指令；多接收機(jī)通 過下行鏈路以時分多址的方式向地面站發(fā)送遙測數(shù)據(jù)； 其中，上行廣播鏈路的內(nèi)容包括： A采用編碼擴(kuò)頻的方式 采用M/N bit編碼擴(kuò)頻，將二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成M位一組編碼進(jìn)而映射為N碼片 擴(kuò)頻序列； B上行鏈路使用QPSK載波方式 N碼片擴(kuò)頻序列經(jīng)串并轉(zhuǎn)換形成的I、Q兩路長度為N/2碼片的擴(kuò)頻序列，為使得接收 機(jī)能夠使用基于相關(guān)峰判別進(jìn)行非相干解擴(kuò)解調(diào)，在選擇編碼擴(kuò)頻序列時，應(yīng)保證I、Q兩 路長度為N/2碼片的擴(kuò)頻序列具備共軛正交性； C上行鏈路在編碼擴(kuò)頻獲得的信息序列數(shù)據(jù)流中周期地插入η個具有優(yōu)于編碼擴(kuò)頻的 擴(kuò)頻序列相關(guān)性的m序列作為同步引導(dǎo)序列，η的取值大于等于接收機(jī)跟蹤和捕獲環(huán)節(jié)所 需要的同步頭個數(shù)，插入周期應(yīng)小于接收機(jī)本地定時產(chǎn)生1個碼片偏離所需的時間； D上行鏈路采用單符號脈沖包發(fā)射方式，對于同步引導(dǎo)的m序列采用連續(xù)符號脈沖發(fā) 射包發(fā)射方式； 其中，下行多址鏈路的內(nèi)容包括： A采用編碼擴(kuò)頻與跳頻擴(kuò)頻進(jìn)行級聯(lián)的混合擴(kuò)頻； 采用M/Nbit編碼擴(kuò)頻，將二進(jìn)制符號串并轉(zhuǎn)換形成M位一組編碼進(jìn)而映射為N碼片擴(kuò) 頻序列； 跳頻擴(kuò)頻利用編碼擴(kuò)頻的擴(kuò)頻序列調(diào)制中頻載波，通過對中頻載波的偽隨機(jī)頻移鍵控 實現(xiàn)跳頻； 對于確定的M、N，頻點(diǎn)數(shù)為K，級聯(lián)跳頻擴(kuò)頻的混合擴(kuò)頻具有KN/M的擴(kuò)頻增益； B下行鏈路使用BPSK調(diào)制載波方式， 使得多接收機(jī)能夠在滑動相關(guān)解擴(kuò)的同時直接通過相關(guān)峰判別進(jìn)行非相干解調(diào)； C下行鏈路在混合擴(kuò)頻獲得的信息序列數(shù)據(jù)流中周期地插入η個m序列作為同步引導(dǎo) 序列，η的取值大于等于接收機(jī)跟蹤和捕獲環(huán)節(jié)所需要的同步頭個數(shù)，插入周期應(yīng)小于接收 機(jī)本地定時產(chǎn)生1個碼片偏離所需的時間； D下行鏈路采用單符號脈沖發(fā)射方式，且在時分多址的各時隙結(jié)尾插入一個大于Λ T 的時間保護(hù)間隔，ΔT為各址路徑最大時延差； 上述時分多址的時隙結(jié)構(gòu)由地面站決定，并通過上行鏈路廣播將時隙分配指令上傳至 各飛行器終端，各接收機(jī)根據(jù)時隙分配指令和基于上行鏈路指令完成的本地定時，確定各 自的數(shù)據(jù)下發(fā)時間。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種用于遙測遙控通信系統(tǒng)的通信鏈路，其通過采用上行鏈路廣播、下行鏈路時分多址方式解決單地面站同時對多個飛行器“一站多機(jī)”測控問題；其下行鏈路采用多級增益可調(diào)的混合擴(kuò)頻BPSK調(diào)制、上行鏈路采用固定增益的編碼擴(kuò)頻QPSK調(diào)制體制，以提高無線鏈路抗干擾和抗截獲能力，同時兼顧上、下行鏈路非對稱性；其上、下行鏈路均使用單脈沖調(diào)制符號包發(fā)射方式，相鄰符號脈沖間插入固定間隔，從而降低接收機(jī)對擴(kuò)頻信號捕獲、跟蹤和同步的復(fù)雜度；其使用非相干解調(diào)，規(guī)避了復(fù)雜的載波同步問題，進(jìn)一步簡化接收機(jī)設(shè)計和工程實現(xiàn)。本發(fā)明規(guī)避了復(fù)雜的載波同步問題，實現(xiàn)了單個地面站設(shè)備與多個遙控終端設(shè)備間的無線通信。
【IPC分類】H04B1-692, H04B1-7087, H04L27-233
【公開號】CN104579416
【申請?zhí)枴緾N201410818495
【發(fā)明人】肇啟明, 王石記, 安佰岳, 殷曄
【申請人】北京航天測控技術(shù)有限公司
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2014年12月24日