CN104485925A - 塔康信标随机填充脉冲产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塔康信标随机填充脉冲产生方法，首先建立随机填充脉冲对时间间隔分布的数学模型，然后将时间间隔划分为40等份，根据随机填充脉冲对时间间隔分布的数学模型计算每一等份的概率及相应的时间间隔分布，将每一等份内随机填充脉冲对时间间隔重新排列，然后将所有40等份的时间间隔再进行随机排列，即可得到随机脉冲对的分布规律。本发明能够解决塔康地面信标及塔康信标模拟器随机填充脉冲对产生问题，解决了采用模拟方式随机填充脉冲对时间间隔不易控制、易受外电路干扰，以及随机填充脉冲对数量不易控制的问题，满足关于随机脉冲对数目及分布规律的要求。

Description

塔康信标随机填充脉冲产生方法

技术领域

本发明属于空中导航系统(Tactical Navigation System)，简称塔康(TACAN)，用于塔康地面信标及塔康信标模拟器(TACAN Beason Simulator)随机填充脉冲对的产生。

背景技术

塔康地面信标能够为塔康机载设备提供方位及距离应答信号，而塔康信标模拟器可以模拟地面信标功能，是检查、测试、校准塔康机载设备技术指标的专用设备，提供方位、距离等信号指示。

随机填充脉冲对是塔康信号的重要组成部分，具有以下功能：

1.保证方位包络信号不受测距询问脉冲数量变化的影响，如果发射脉冲数变化较大，会使方位信号包络幅度调制失真，降低机载设备的方位角测量精度。

2.机载设备测距时，询问脉冲随飞机架次多少或设备状态(搜索还是跟踪)而变化，调整随机填充脉冲对数量可保证发射脉冲数目保持恒定，保证塔康地面发射机及相关电路负荷稳定，保持地面设备发射机的恒定工作比，使其发射的脉冲数不随测距应答脉冲数变化。

3.保证机载设备AGC电路的稳定。

因此，无论从机载设备信号解算，还是从电路的适应性考虑，都要求塔康地面信标和塔康信标模拟器输出脉冲数保持基本恒定，这样随机填充脉冲对的设计就显的比较重要。

目前产生随机填充脉冲对有两种方案，即内噪声源和外噪声源，均是基于模拟电路，内噪声源是利用设备本身的噪声，外噪声源实际上是附加一个独立的噪声产生器，两者都是通过调整信号门限来控制随机脉冲的数目。

两种方法均存在一些缺点：

1.由于应答脉冲对和随机填充脉冲对混合在一起，脉冲对的时间间隔不易控制，会引起机载设备产生较高概率的错误译码。

2.采用内噪声源的方法，当设备受到干扰时(特别是系统内的连续波干扰)，常常会抑制设备本身的噪声，导致整个随机填充失效，破坏系统的方位功能。

3.两者均采用模拟方式实现随机脉冲对的产生，产生的随机脉冲对数目不易控制，很难满足GJB914-90对随机填充脉冲对数目及分布规律的要求；同时更难以满足塔康信标模拟器对随机脉冲对数目可调及分布规律的要求。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种塔康信标随机填充脉冲产生方法，采用数字信号处理产生随机填充脉冲对的方法，可以根据设定的随机脉冲对数量产生相应数量的随机脉冲对。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

1)设定随机填充脉冲对数量N，取值范围为0～9000；

2)建立2700对/秒随机填充脉冲的时间间隔概率分布的数学模型，随机填充脉冲对的时间间隔分布概率 $P\left(t\right)=\frac{0.02286\·t^{0.33}\·e^{-0.0046t}\·\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)}{{\∫}_0^{0.0092\·t}{e}^{-x}\·x^{-0.85}\mathrm{dx}},$ 其中，x为积分中间变量，α＝0.15，t为时间变量，60μs≤t≤1150μs；

3)根据随机填充脉冲对时间间隔概率分布的数学模型，从60μs开始，以25μs间隔，将时间轴随机脉冲对时间间隔[60+(i-1)·25,60+i·25]分成40等分，i＝1,2…40，规定每个时间间隔区间中点时刻所对应的概率为该时间间隔区间对应的概率；

4)根据随机填充脉冲对的数量N，将随机填充脉冲对时间间隔区间按划分，所划分的时间区间为相应的随机填充脉冲对时间间隔区间对应的概率为P_i；

5)以60μs为随机填充脉冲对时间间隔起点，计算40个区间中每一区间所对应随机填充脉冲对的数量N_i＝P_i·N；

6)将计算得到的随机填充脉冲对时间间隔在相应时间区间范围进行均匀分布；

7)将上面得到的40个区间的所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，得到所需要的随机填充脉冲对时间间隔分布T_m，m＝1,2…k，k为实际随机填充脉冲对的数量；

8)随机填充脉冲对计数器复位，m＝0；

9)输出随机填充脉冲对计时器复位，T＝0；

10)随机填充脉冲对计时器复位开始计时，当计时到T＝T_m时，输出随机填充脉冲对；

11)随机填充脉冲对计数器值m递增1；

12)判断随机填充脉冲对计数器计数值m是否等于k，如果m＝k，返回第8)步，开始新一周期随机填充脉冲对的输出，否则计数器值重新计数，返回第9)步。

本发明的有益效果是：能够解决塔康地面信标及塔康信标模拟器随机填充脉冲对产生问题，提出了塔康随机填充脉冲对的数学模型，解决了采用模拟方式随机填充脉冲对时间间隔不易控制、易受外电路干扰，以及随机填充脉冲对数量不易控制的问题，满足GJB914-90中关于随机脉冲对数目及分布规律的要求。

附图说明

图1为塔康信标随机脉冲时间间隔概率分布曲线；

图2为塔康信标随机填充脉冲对算法流程。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

GJB914-90规定地面设备除发射主、辅基准脉冲群外，每秒应发射2700±90对随机脉冲；而对于塔康信标模拟器来说：主要用于校准、测试塔康机载设备，要求其输出信号不仅满足塔康信号的要求，而且具有一定的冗余，发射脉冲数量在一定范围内可以调整，测试塔康机载设备对地面设备发射脉冲对数量的适应能力。

本发明基于GJB914-90中关于对塔康随机填充脉冲对的要求，提出了采用数字信号处理产生随机填充脉冲对的方法，可以根据设定的随机脉冲对数量产生相应数量的随机脉冲对。

可以解决以下问题：

1.依据GJB914-90的要求，从理论角度提出了塔康随机填充脉冲对的数学模型，为基于软件方式产生塔康随机填充脉冲对提供理论依据和实际方法。

2.目前随机填充脉冲对的产生主要基于模拟方式，电路复杂，而本发明提出的方法，主要基于软件方式，电路简单，调整起来更加灵活。

3.解决了采用模拟方式不易满足GJB914-90中塔康随机填充脉冲对要求的问题：

采用本发明产生的随机脉冲对时间间隔的分布规律可以很好地符合GJB914-90要求；

产生的随机填充脉冲对数量易于控制。

3.本发明同样适应于精密测距设备(Distance Measuring Equipment/Precision，DME/P)中随机填充脉冲对的设计。

本发明的基本思想是首先建立随机填充脉冲对时间间隔分布的数学模型，然后将时间间隔划分为40等份，根据随机填充脉冲对时间间隔分布的数学模型计算每一等份的概率及相应的时间间隔分布，将每一等份内随机填充脉冲对时间间隔重新排列，然后将所有40等份的时间间隔再进行随机排列，即可得到随机脉冲对的分布规律。

塔康随机填充脉冲对产生方法特征在于：

1.设定随机填充脉冲对数量N(取值范围为：0～9000)。

2.建立2700对/秒随机填充脉冲的时间间隔概率分布的数学模型。

建立的数学模型为：

$P\left(t\right)=\frac{0.02286\·t^{0.33}\·e^{-0.0046t}\·\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)}{{\∫}_0^{0.0092\·t}{e}^{-x}\·x^{-0.85}\mathrm{dx}}$

其中：P(t)为随机填充脉冲对的时间间隔分布概率

$\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)={\∫}_0^{+\∞}{x}^{\mathrm{\α}-1}\·e^{-x}\mathrm{dx}$ (x为积分中间变量)

α＝0.15

t：为时间变量(60μs≤t≤1150μs)

3.根据随机填充脉冲对时间间隔概率分布的数学模型，从60μs开始，以25μs间隔，将时间轴随机脉冲对时间间隔按[60+(i-1)·25,60+i·25]分成40等分，其中(i＝1,2…40)，规定每个时间间隔区间中点时刻所对应的概率为该时间间隔区间对应的概率P_i(i＝1,2…40)。

4.根据随机填充脉冲对的数量N，确定随机填充脉冲对时间间隔区间。

根据随机填充脉冲对的数量N，将随机填充脉冲对时间间隔区间按划分，例如：要求随机填充脉冲对为1000对/秒，划分的40等份的时间间隔为所划分的时间区间为：其中(i＝1,2…40)，相应的随机填充脉冲对时间间隔区间对应的概率为P_i(i＝1,2…40)。

5.计算每个随机填充脉冲对时间间隔区间内随机填充脉冲对的数量。

以60μs为随机填充脉冲对时间间隔起点，计算40个区间中每一区间所对应随机填充脉冲对的数量:N_i＝P_i·N，其中(i＝1,2…40)。

6.将每个随机填充脉冲对时间间隔区间内的随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布

将计算得到的随机填充脉冲对时间间隔在相应时间区间范围进行均匀分布，其中(i＝1,2…40)。

7.将40个区间所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，最终得到随机填充脉冲对时间间隔分布。

将上面得到的40个区间的所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，得到所需要的随机填充脉冲对时间间隔分布T_m(m＝1,2…k)，实际随机填充脉冲对的数量为k。

8.随机填充脉冲对计数器复位，m＝0

9.输出随机填充脉冲对计时器复位T＝0

10.随机填充脉冲对计时器复位开始计时，当计时到T＝T_m(m＝1,2…k)时，输出随机填充脉冲对。

11.随机填充脉冲对计数器值m递增1。

12.判断随机填充脉冲对计数器计数值m是否等于k，如果m＝k，返回第8步，开始新一周期随机填充脉冲对的输出，否则计数器值重新计数，返回第9步。

本发明的实施例依据GJB914-90《塔康系统信号要求和测试方法》中3.2.11节关于随机填充脉冲对的要求，考虑到工程实现，提出产生随机填充脉冲对的方法，分以下几部分进行说明。

步骤一：设定随机填充脉冲对数量N

N的取值范围为0～9000。

步骤二：建立2700对/秒随机填充脉冲的时间间隔概率分布的数学模型

由GJB914-90随机填充脉冲对分布图，建立对应于2700对/秒随机填充脉冲对时间间隔概率分布的数学模型如下：

$P\left(t\right)=\frac{0.02286\·t^{0.33}\·e^{-0.0046t}\·\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)}{{\∫}_0^{0.0092\·t}{e}^{-x}\·x^{-0.85}\mathrm{dx}}$

其中： $\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)={\∫}_0^{+\∞}{x}^{\mathrm{\α}-1}\·e^{-x}\mathrm{dx}$ (Γ(α)为伽玛函数)

α＝0.15

t：为时间变量(60μs≤t≤1150μs)

步骤三：根据随机填充脉冲对时间间隔概率分布的数学模型，对分布曲线时间轴，等间隔分成40等分，确定每个时间间隔区间对应的概率

从60μs开始，以25μs间隔，将时间轴随机脉冲对时间间隔按[60+(i-1)·25,60+i·25]分成40等分，其中(i＝1,2…40)，规定每个时间间隔区间中点时刻所对应的概率为该时间间隔区间对应的概率P_i(i＝1,2…40)。

步骤四：由随机填充脉冲对的数量N，确定随机填充脉冲对时间间隔区间

根据随机填充脉冲对的数量N，将随机填充脉冲对时间间隔区间按划分，例如：要求随机填充脉冲对为1000对/秒，划分的40等份的时间间隔为所划分的时间区间为：其中(i＝1,2…40)，相应的随机填充脉冲对时间间隔区间对应的概率为P_i(i＝1,2…40)。

步骤五：计算每个随机填充脉冲对时间间隔区间内随机填充脉冲对数量

以60μs为随机填充脉冲对时间间隔起点，将40等份时间间隔按概率分布，计算40个区间中每一区间所对应随机填充脉冲对的数量:N_i＝P_i·N，其中(i＝1,2…40)。

步骤六：将每个随机填充脉冲对时间间隔区间内随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布

将计算得到的随机填充脉冲对时间间隔在相应时间区间范围进行均匀分布，其中(i＝1,2…40)。

步骤七：将40个区间所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，计算实际随机填充脉冲对的数量k。

将上面得到的40个区间的所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，最终得到所需要的随机填充脉冲对时间间隔分布T_m(m＝1,2…k)，实际随机填充脉冲对的数量为k。

步骤八：随机填充脉冲对计数器复位，m＝0

步骤九：输出随机填充脉冲对计时器复位T＝0

步骤十：随机填充脉冲对计时器复位开始计时，当计时到T＝T_m(m＝1,2…k)时，输出随机填充脉冲对。

步骤十一：随机填充脉冲对计数器值m递增1。

步骤十二：判断随机填充脉冲对计数器计数值m是否等于k，如果m＝k，返回步骤八，开始新一周期随机填充脉冲对的输出，否则计数器值重新计数，返回步骤九。

注：需要注意随机填充的序列应避开720μs～760μs间隔，防止与识别码冲突。

下面以产生500对/秒随机填充脉冲对，具体说明随机填充脉冲对实现方法。

1.随机填充脉冲对数量N＝500

2.根据2700对/秒随机填充脉冲的时间间隔概率分布的数学模型，将随机脉冲时间间隔分布概率曲线时间轴以60μs为起始点，以25μs间隔，将随机脉冲对时间间隔按[60+(i-1)·25,60+i·25]分成40等分，其中(i＝1,2…40)，规定每个时间间隔区间中点时刻所对应的概率为该时间间隔区间对应的概率，对应的概率P_i(i＝1,2…40)如下：

0.071558，0.073661，0.072103，0.069041，0.065264，0.061165，0.056963，0.052795，0.048472，0.044858，0.041174，0.037707，0.034464，0.031447，0.028651，0.02607，0.023693，0.021509，0.019509，0.017679，0.016009，0.014486，0.013099，0.011838，0.010692，0.00965，0.0087，0.00785，0.00708，0.00638，0.00575，0.000517，0.00466，0.00419，0.00377，0.00339，0.00305，0.0274，0.00246，0.00221。

3.确定随机填充脉冲对时间间隔区间

随机填充脉冲对为500对/秒，划分的40等份的时间间隔为所划分的时间区间为：[60+(i-1)·135,60+i·135]，其中(i＝1,2…40)。

4.计算每个随机填充脉冲对时间间隔区间内随机填充脉冲对的数量

以60μs为随机填充脉冲对时间间隔起始点，将40等份时间间隔按概率分布计算每一区间对应随机填充脉冲对的数量:N_i＝P_i·N，其中(i＝1,2…40)，计算结果如下：36，37，36，35，33，31，28，26，24，22，21，19，17，16，14，13，12，11，10，9，8，7，7，6，5，5，4，4，4，3，3，3，2，2，2，2，2，1，1，1。

5.将每个随机填充脉冲对时间间隔区间内随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布

将计算得到的随机填充脉冲对时间间隔在相应时间区间[60+(i-1)·135,60+i·135]范围进行均匀分布，其中(i＝1,2…40)。

6.将上面得到的40等份点数重新按照均匀分布进行排列，得到随机填充脉冲对时间间隔分布，如下所示(单位：μs)，实际随机填充脉冲对的数量k＝522；

7.随机填充脉冲对计数器复位，m＝0

8.随机填充脉冲对计时器复位T＝0

9.随机填充脉冲对计时器复位开始计时，当计时到T＝T_m(m＝1,2…512)时，输出随机填充脉冲对。例如，对于第一个随机填充脉冲对m＝0，当T＝4112μs时，输出随机填充脉冲对。

10.随机填充脉冲对计数器值m递增1。

11.判断随机填充脉冲对计数器计数值m是否等于522，如果m＝522，返回步骤8，开始新一周期随机填充脉冲对的输出，否则计数器值重新计数，返回步骤9。

Claims (1)

1.一种塔康信标随机填充脉冲产生方法，其特征在于包括下述步骤：

1)设定随机填充脉冲对数量N，取值范围为0～9000；

2)建立2700对/秒随机填充脉冲的时间间隔概率分布的数学模型，随机填充脉冲对的时间间隔分布概率 $P\left(t\right)=\frac{0.02286\·t^{0.33}\·e^{-0.0046t}\·\mathrm{\Γ}\left(\mathrm{\α}\right)}{{\∫}_0^{0.0092\·t}{e}^{-x}\·x^{-0.85}\mathrm{dx}},$ 其中，x为积分中间变量，α＝0.15，t为时间变量，60μs≤t≤1150μs；

3)根据随机填充脉冲对时间间隔概率分布的数学模型，从60μs开始，以25μs间隔，将时间轴随机脉冲对时间间隔[60+(i-1)·25,60+i·25]分成40等分，i＝1,2…40，规定每个时间间隔区间中点时刻所对应的概率为该时间间隔区间对应的概率；

4)根据随机填充脉冲对的数量N，将随机填充脉冲对时间间隔区间按划分，所划分的时间区间为 $[60+(i-1)\·\frac{2700}{N}\·\mathrm{25,60}+i\·\frac{2700}{N}\·25],$ 相应的随机填充脉冲对时间间隔区间对应的概率为P_i；

5)以60μs为随机填充脉冲对时间间隔起点，计算40个区间中每一区间所对应随机填充脉冲对的数量N_i＝P_i·N；

6)将计算得到的随机填充脉冲对时间间隔在相应时间区间 $[60+(i-1)\·\frac{2700}{N}\·\mathrm{25,60}+i\·\frac{2700}{N}\·25]$ 范围进行均匀分布；

7)将上面得到的40个区间的所有随机填充脉冲对时间间隔进行均匀分布，得到所需要的随机填充脉冲对时间间隔分布T_m，m＝1,2…k，k为实际随机填充脉冲对的数量；

8)随机填充脉冲对计数器复位，m＝0；

9)输出随机填充脉冲对计时器复位，T＝0；

10)随机填充脉冲对计时器复位开始计时，当计时到T＝T_m时，输出随机填充脉冲对；

11)随机填充脉冲对计数器值m递增1；

12)判断随机填充脉冲对计数器计数值m是否等于k，如果m＝k，返回第8)步，开始新一周期随机填充脉冲对的输出，否则计数器值重新计数，返回第9)步。