無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈非相干測(cè)距方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中/高速數(shù)據(jù)鏈的非相干測(cè)距方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無人機(jī)測(cè)控與數(shù)據(jù)鏈技術(shù)涉及到遙控遙測(cè)、跟蹤測(cè)量、圖像傳輸、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)應(yīng)用等技術(shù)學(xué)科，是針對(duì)無人機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，應(yīng)用多種相關(guān)技術(shù)進(jìn)行綜合集成，逐漸形成的一種專門技術(shù)。在無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，測(cè)距是一項(xiàng)重要的組成部分。目前，在無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中采用的測(cè)距方法主要包括側(cè)音測(cè)距和偽碼測(cè)距等。側(cè)音測(cè)距方法一般采用多測(cè)距音信號(hào)，其中該方法測(cè)距精度由最高測(cè)距音保證，無模糊距離值由最低測(cè)距音保證，同時(shí)在最高測(cè)距音與最低測(cè)距音之間設(shè)置若干個(gè)次測(cè)距音來解決測(cè)量過程中的無模糊度問題。但由于該方法采用了一系列頻率不同的測(cè)距音，因此地面測(cè)控站終端就必須配備大量高穩(wěn)定度、高精度的窄帶匹配濾波器，同時(shí)該方法解距離模糊過程也比較復(fù)雜，增加了地面接收機(jī)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度。隨著擴(kuò)頻技術(shù)的發(fā)展，偽碼測(cè)距技術(shù)已經(jīng)在無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，偽碼測(cè)距技術(shù)具有兩個(gè)顯著的特點(diǎn):無模糊距離較長(zhǎng)、測(cè)距精度較高。根據(jù)上、下行測(cè)距信號(hào)之間的關(guān)系，偽碼測(cè)距技術(shù)一般分為相干測(cè)距和非相干測(cè)距兩種。在相干測(cè)距系統(tǒng)中，無人機(jī)機(jī)載測(cè)控終端采用一臺(tái)相干轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)答機(jī)，將上行測(cè)距信號(hào)直接轉(zhuǎn)發(fā)回地面測(cè)控站，上、下行測(cè)距碼頻率、相位完全同步變化。相干測(cè)距算法的原理簡(jiǎn)單，但上、下行測(cè)距信號(hào)間這種嚴(yán)格的約束關(guān)系，會(huì)帶來如下三個(gè)問題:①測(cè)控系統(tǒng)上行鏈路失鎖會(huì)直接導(dǎo)致下行鏈路失鎖當(dāng)上行鏈路為窄帶遙控信號(hào)，下行鏈路為寬帶數(shù)傳信號(hào)時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)下行鏈路信號(hào)同步于上行鏈路信號(hào)；③由于上、下行鏈路信號(hào)參數(shù)的相關(guān)性，需要詳細(xì)設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，因此將增加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度。與相干測(cè)距系統(tǒng)相比，非相干測(cè)距系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度相對(duì)較高，但卻能很好的解決相干測(cè)距技術(shù)所帶來的上述問題。與偽碼相干測(cè)距系統(tǒng)相比，偽碼非相干測(cè)距系統(tǒng)的上行偽碼以及偽碼速率無需與下行偽碼以及偽碼速率相干，上行信息速率也不要與下行信息速率相干，但上行偽碼速率須為上行信息速率的整數(shù)倍，上行碼鐘與信息鐘同源，下行偽碼速率與信息速率，碼鐘與信息鐘也必須滿足上述要求。偽碼非相干測(cè)距系統(tǒng)是一個(gè)相位測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)輸出值是地面測(cè)控終端返回的標(biāo)志位與發(fā)送標(biāo)志位的相位差，再由測(cè)量輸出相位值轉(zhuǎn)換為地面測(cè)控站與無人機(jī)之間的距離測(cè)量值。系統(tǒng)輸出的距離測(cè)量值&主要包含三部分:①地面測(cè)控站終端信號(hào)處理距離值Rg;②無人機(jī)機(jī)載終端信號(hào)處理距離值Ru;③地面測(cè)控站與目標(biāo)無人機(jī)雙向距離值R。地面測(cè)控站與目標(biāo)無人機(jī)之間的真實(shí)距離即為R/2，為獲取R精確值，需要從系統(tǒng)輸出的距離測(cè)量值Rt中扣除地面測(cè)控站終端以及無人機(jī)機(jī)載終端信號(hào)處理距離值(R g+Ru)。
[0003]在無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，地面設(shè)備和機(jī)載設(shè)備是全雙工通信，上行鏈路是抗干擾的窄帶信號(hào)，下行鏈路為數(shù)傳寬帶信號(hào)。地面測(cè)控站與無人機(jī)雙向距離是通過測(cè)量無線電信號(hào)由地面測(cè)控站終端發(fā)送至目標(biāo)無人機(jī)，再由無人機(jī)機(jī)載終端采用非相干轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)回傳至地面測(cè)控站的雙向傳輸時(shí)間，結(jié)合無線電信號(hào)在自由空間的傳播速度進(jìn)行計(jì)算以獲取精確的距離測(cè)量值?，F(xiàn)有的偽碼非相干測(cè)距體制中，地面測(cè)控站終端與無人機(jī)機(jī)載終端信號(hào)處理引入的時(shí)延，在系統(tǒng)測(cè)距之前通過距離零值標(biāo)?？鄢?，上述處理方式主要有以下不足:
[0004]要求地面測(cè)控站終端與無人機(jī)機(jī)載終端信號(hào)處理時(shí)延固定。系統(tǒng)通過校零的方式標(biāo)校出地面與機(jī)載終端的信號(hào)處理時(shí)延，并在測(cè)距之前將其扣除掉，這鐘處理方式要求信號(hào)處理時(shí)延固定。而隨著寬帶數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)鏈的高速數(shù)據(jù)傳輸能力和抗信道衰落能力提出了越來越高的要求。在低仰角多徑條件下，目前無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)下行鏈路采用了抗多徑能力較強(qiáng)的單載波頻域均衡(SC-FDE)技術(shù)，該技術(shù)在地面測(cè)控站終端需要對(duì)接收中/高速數(shù)傳信號(hào)進(jìn)行不定次數(shù)的迭代均衡與譯碼，根據(jù)抗多徑中/高速信號(hào)處理算法設(shè)計(jì)，針對(duì)不同幀的數(shù)傳接收信號(hào)，迭代均衡與譯碼的次數(shù)不定，當(dāng)譯碼輸出數(shù)據(jù)滿足系統(tǒng)指標(biāo)時(shí)即停止算法迭代。因此，信號(hào)處理時(shí)延呈現(xiàn)明顯的動(dòng)態(tài)特性，無法通過傳統(tǒng)的校零方式對(duì)信號(hào)處理時(shí)延進(jìn)行固定值標(biāo)校。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決現(xiàn)有非相干測(cè)距方法的上述不足，適應(yīng)新的中/高速數(shù)據(jù)鏈傳輸體制，實(shí)現(xiàn)抗多徑中/高速數(shù)據(jù)傳輸體制下無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)距離值的測(cè)量，本發(fā)明提供一種測(cè)量過程簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，且無需對(duì)地面測(cè)控站終端迭代均衡和譯碼時(shí)延進(jìn)行詳細(xì)測(cè)算，并對(duì)該距離值進(jìn)行校零標(biāo)校的非相干測(cè)距方法。
[0006]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到。一種無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈非相干測(cè)距方法，其特征在于包括如下步驟:分別發(fā)送接收上、下行信號(hào)的地面測(cè)控站終端和無人機(jī)機(jī)載終端，在機(jī)地雙向測(cè)距處理過程中，地面測(cè)控站對(duì)上行遙控信號(hào)進(jìn)行組幀與擴(kuò)頻，通過幀計(jì)數(shù)器將幀標(biāo)簽等測(cè)距信息填充在當(dāng)前幀內(nèi)，將上行遙控信號(hào)經(jīng)上行鏈路傳輸至目標(biāo)無人機(jī)；無人機(jī)機(jī)載終端在完成下行數(shù)傳信號(hào)的動(dòng)態(tài)復(fù)接與組幀的同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前下行幀完成標(biāo)志，采集并存儲(chǔ)當(dāng)前上行遙控信號(hào)的測(cè)距信息，并將采集到的測(cè)距信息插入到當(dāng)前下行數(shù)傳數(shù)據(jù)幀中，通過下行鏈路將數(shù)傳數(shù)據(jù)幀信號(hào)回傳至地面測(cè)控站；由地面測(cè)控站終端完成當(dāng)前數(shù)傳數(shù)據(jù)幀的偽碼同步頭同步，給出當(dāng)前數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志，然后經(jīng)過不定次數(shù)的迭代均衡和譯碼，完成下行數(shù)傳數(shù)據(jù)幀的信息解調(diào)，將解調(diào)出的數(shù)傳數(shù)據(jù)幀信息上報(bào)點(diǎn)延遲至下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志處，并將測(cè)距信息送往計(jì)算終端，同時(shí)采集當(dāng)前上行遙控幀幀標(biāo)志與下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志之間的距離測(cè)量值，計(jì)算終端獲取到地面距離測(cè)量值，扣除預(yù)先標(biāo)定的設(shè)備零值，采用雙向測(cè)距算法得到準(zhǔn)確的機(jī)地雙向測(cè)距值。
[0007]本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0008]本發(fā)明通過采樣當(dāng)前上行遙控幀幀標(biāo)志與下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志之間的距離測(cè)量值，并在最終雙向測(cè)距算法的過程中扣除當(dāng)前數(shù)傳數(shù)據(jù)幀與下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀之間的距離值，算法實(shí)現(xiàn)過程中省略了對(duì)地面測(cè)控站終端迭代均衡和譯碼處理動(dòng)態(tài)時(shí)延的實(shí)時(shí)測(cè)算。
[0009]本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，徹底擺脫了現(xiàn)有非相干測(cè)距方法對(duì)信號(hào)處理時(shí)延固定的限制，將信息上報(bào)點(diǎn)延遲至下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志處，無需對(duì)地面測(cè)控站終端信號(hào)處理時(shí)延校零標(biāo)校，適用于當(dāng)前中/高速數(shù)據(jù)鏈的無人機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0010] 圖1是本發(fā)明無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈非相干測(cè)距方法的原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0011 ] 參閱圖1。在以下描述的無人機(jī)測(cè)控?cái)?shù)據(jù)鏈非相干測(cè)距實(shí)施例中，地面測(cè)控站終端發(fā)送上行遙控信號(hào)，無人機(jī)機(jī)載終端接收上行遙控信號(hào)并發(fā)送下行數(shù)傳信號(hào)，地面測(cè)控站終端接收下行數(shù)傳信號(hào)，這是一個(gè)雙向測(cè)距過程。在地面測(cè)控站終端、無人機(jī)機(jī)載終端分別發(fā)送接收上/下行信號(hào)的機(jī)地雙向測(cè)距處理過程中，首先，地面測(cè)控站完成上行遙控信號(hào)的組幀與擴(kuò)頻，幀計(jì)數(shù)器將幀標(biāo)簽等測(cè)距信息填充在當(dāng)前幀內(nèi)，通過上行鏈路將該信號(hào)傳輸至目標(biāo)無人機(jī)；無人機(jī)機(jī)載終端在完成下行數(shù)傳信號(hào)的動(dòng)態(tài)復(fù)接與組幀的同時(shí)，根據(jù)當(dāng)前下行幀完成標(biāo)志采集并存儲(chǔ)當(dāng)前上行遙控信號(hào)的測(cè)距信息，包括當(dāng)前遙控幀計(jì)數(shù)，位計(jì)數(shù)，偽碼周期計(jì)數(shù)以及偽碼相位等，并將采集到的測(cè)距信息插入到當(dāng)前下行數(shù)傳數(shù)據(jù)幀中，通過下行鏈路將該數(shù)傳信號(hào)回傳至地面測(cè)控站；地面測(cè)控站終端完成當(dāng)前數(shù)傳數(shù)據(jù)幀的偽碼同步頭同步，給出當(dāng)前數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志，然后經(jīng)過不定次數(shù)的迭代均衡和譯碼，完成下行數(shù)傳數(shù)據(jù)幀的信息解調(diào)，將解調(diào)出的數(shù)傳數(shù)據(jù)幀信息上報(bào)點(diǎn)延遲至下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)志處，并將測(cè)距信息送往計(jì)算終端，同時(shí)采集當(dāng)前上行遙控幀幀標(biāo)志與下一數(shù)傳數(shù)據(jù)幀偽碼同步標(biāo)