CN104639274A - 一种tdma组网的多目标测控方法 - Google Patents
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Abstract
一种TDMA组网的多目标测控方法，包括：单站测控方法和双站测控方法；单站测控方法每个测控目标选择功率大的上行信号中的时间同步信息进行时间同步，并将时间同步结果发送给站址对应的地面测控站；地面测控站与测控目标时间同步成功后，测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整；双站测控方法在主站工作正常时采用双站备份的方式进行测控，主站工作异常时采用从站进行测控，本方法能够在测控站端对目标的时隙分配进行管理，实现多目标测控网络的快速组网，并能够灵活机动地分配测控系统资源，该组网方法能够与跳扩频技术协同工作，最大程度上满足了多目标测控的需求。
Description
技术领域
本发明提供了一种多目标测控方法，特别是一种TDMA(Time DivisionMultiple Access)组网的多目标测控方法，属于数字通信传输技术领域。
背景技术
随着航空航天技术的不断发展，地面测控站面临着越来越多的多目标同时测控难题。传统的地面测控站通常采用点对点的控制方式，即每个地面测控站应用连续波技术体制，通过独占物理和传输信道，实现对单个目标的测控，处理过程是通常将信号变换成脉冲编码信号(PCM信号)，再对载波进行统一调制。为了实现多个目标的同时测控即需要多个地面测控站，多个目标之间和多个地面测控站之间不能实现互联互通和信息共享。
多目标测控通信网中测控目标数目随时发生变化，传统的多目标测控网布站方式复杂，端到端的通信路径确定后，很难实施更改，当增加或减少测控目标时，地面测控端的组织策略、数量也要随之更改。在传统的码控载波测控系统中，测控目标的更改则意味着地面设备和管理的改变，这已经不能适应当前的多目标端到端测控通信网，特别是在短时间内目标数量急剧变化的系统，时分多址技术(Time Division Multiple Access，TDMA)组网方式，只需要改变时隙(Time Slot，TS)分配表即能适应测控目标的变化，这种技术已经广泛的应用于移动通信，战术数据链组网中。
TDMA是用于传输信息的一种时间分集方法，TDMA系统资源分配的特点是以时隙为最小分配单元，时间资源的分配比起频率资源的分配更具灵活性；且以TDMA方式组网的军事通信系统如想成功解调出有效信息，必须得到与发送设备相同的时间信息，因而具有很强的抗干扰、保密性能。总之，它具有(1)保密性良好；(2)有效扩展系统容量；(3)适合空空链路、空地链路使用(4)与突发通信有时间间隔的自然属性相一致，适用于突发通信系统等特点。
TDMA系统通常面临时隙分配问题。通常的时隙分配包括固定分配、争用时隙分配和动态时隙等方式，其中固定分配在低系统容量要求、目标节点数较少时，除信息以外的附加资源的消耗最少，能够适应当前的2Mb/s、5Mb/s、10Mb/s信息速率测控系统的要求。固定时隙分配协议在组网前将所需要的时隙固定分配给目标节点，在测控系统中，上行对遥控命令进行广播，下行对遥测信息的接收则按照已知目标集顺序进行接收，不需额外的时隙分配优化算法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术中的不足，提供了一种TDMA组网的多目标测控方法，采用单站测控方法或者双站测控方法，能够在测控站端对目标的时隙分配进行管理，实现多目标测控网络的快速组网，并能够灵活机动地分配测控系统资源，该组网方法能够与跳扩频技术协同工作，最大程度上满足多目标测控的需求。
本发明的技术解决方案是：一种TDMA组网的多目标测控方法，所述方法由两个地面测控站和多个测控目标实现，所述两个地面测控站分别为固定站和机动站，包括：单站测控方法和双站测控方法；
所述单站测控方法的步骤如下：
(1)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(2)每个测控目标判断接收到的上行信号功率，选择功率大的上行信号中的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给站址对应的地面测控站；
(3)若地面测控站与测控目标时间同步成功，则地面测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(4)；若地面测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(1)～步骤(2)，直至地面测控站与测控目标时间同步成功；
(4)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给步骤(2)中选择的地面测控站；所述飞行参数包括：飞行速度、飞行高度和横滚信息；
(5)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示；
所述双站测控方法的步骤如下：
(i)将固定站设置为主测控站，机动站设置为从测控站；
(ii)将主测控站的时间作为测控系统的时间基准，若主测控站工作正常，则主测控站通过有线网络向从测控站发送当前时间基准，主从达到相同的时间基准，进入步骤(iii)；若主测控站工作异常，则将从测控站的时间作为测控系统的时间基准，进入步骤(vii)；
(iii)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(iv)每个测控目标提取步骤(iii)上行信号中主测控站的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给主测控站；
(v)若主测控站与测控目标时间同步成功，则主测控站和从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(vi)；若主测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(iii)～步骤(iv)，直至主测控站与测控目标时间同步成功，进入步骤(vi)；
(vi)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给两个地面测控站，进入步骤(xi)；
(vii)从测控站向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(viii)每个测控目标提取步骤(vii)上行信号中的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给从测控站；
(ix)若测控目标与从测控站时间同步成功，则从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(x)；若从测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(vii)～步骤(viii)，直至测控目标与从测控站时间同步成功，进入步骤(x)；
(x)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给从测控站，进入步骤(xi)；
(xi)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示。
所述上行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，时隙0～时隙1填充地面测控站的时间同步信息，时隙2～时隙3填充网络管理信息，时隙4～时隙30交替填充主测控站的遥控信息和从测控站的遥控信息，在不同的测控方法中，将需要发送的信息填充在对应的时隙中，其余时隙为空，上行信号TDMA时帧结构具体如表1所示：
表1
所述下行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，令测控目标的数量为N，N为自然数，若N小于等于10，则将N个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29的前N个时隙中，其余时隙为空，时隙30为预留时隙，
若N大于10，则将前10个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29中，时隙30为预留时隙，并将第11个到第20个测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到下一个时帧中，依次类推，将所有测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到一组连续时帧中；
下行信号TDMA时帧结构具体如表2所示：
表2
所述双站测控方法中主测控站和从测控站同时向所有时间同步成功的测控目标发送遥控信息，或者主测控站和从测控站按照预先的规定分别向不同的时间同步成功的测控目标发送遥控信息。
每个TDMA时帧长310ms，每个时隙10ms。
所述每个时隙对应1个跳频周期，跳频速率为100跳/s。
所述每个时隙内传输的数据率根据不同测控目标配置的扩频码长来确定，包括10kbps、20kbps、40kbps、80kbps和160kbps五档。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明简化了测控系统地面端结构，只需要1个地面站即可实现多个目标的跟踪、测控，节省了测控站资源，同时除主站之外的机动站既可作为测控站也可以作为备份系统，提高了系统的可靠性；
(2)本发明的所有上行信号均采用了相同的TDMA时帧，根据测控方法的不同，可以对时帧中的数据进行实时调整，满足了突发通信的需求，同时提高了测控系统的适用性；
(3)本发明可以与扩跳频通信方法相结合，在相同的频带内可以传输多个目标的信息，扩大了系统容量；
(4)本发明采用TDMA，TDMA对时间同步精度的要求增强了测控系统的保密性和抗干扰能力。
附图说明
图1为多目标测控系统拓扑结构示意图；
图2为多目标测控系统TDMA时帧基本结构示意图；
图3为本发明中单站测控方法的流程图；
图4为本发明中双站测控方法的流程图。
具体实施方式
图1为多目标测控系统拓扑结构示意图，系统采用单TDMA网络的设计方法，支持单站、双站、多站联网工作模式，在单站结构示意图中，网络节点分为中心节点、备份中心节点和目标节点；在双站结构中，网络主中心节点为主测控站，从测控站为副中心节点，主、副中心节点在各自的时隙内向目标节点发送入网、网络管理和遥控信息，目标节点在相应的发射时隙内接收信息，下发同步状态信息、遥测信息，主、副中心节点同时接收信息；在主、副中心节点联网工作的情况下，主中心节点可以给副中心节点分配时隙，指定测控目标，副中心节点将任务执行状态和结果送主中心节点进行统一显示。
图3所示为本发明中单站测控方法的流程图；图4所示为本发明中双站测控方法的流程图，从图3和图4可知，本发明提供的一种TDMA组网的多目标测控方法，所述方法由两个地面测控站和多个测控目标实现，所述两个地面测控站分别为固定站和机动站，包括：单站测控方法和双站测控方法；
所述单站测控方法的步骤如下：
(1)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号，所述网络管理信息包括地面站地址和地面站与测控目标的距离信息；
所述上行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，时隙0～时隙1填充地面测控站的时间同步信息，时隙2～时隙3填充网络管理信息，时隙4～时隙30交替填充主测控站的遥控信息和从测控站的遥控信息，在不同的测控方法中，将需要发送的信息填充在对应的时隙中，其余时隙为空，上行信号TDMA时帧结构具体如表1所示：
表1
图2为TDMA系统的时帧结构图，上/下行链路采用相同的时帧封装结构，时帧长度为310ms，每个时帧包含31个时隙，时隙编号为0～30，每个时隙长度为10ms。采用固定的时隙分配策略，以10目标、2测控站为例：在上行时隙中，0时隙用于主站时间同步，1时隙用于从站时间同步，2时隙用于主站网络管理，3时隙用于从站网络管理，4-30时隙用于依次发送主、从站遥控命令；在下行时隙中，遥测与同步信息复用相同时隙，0-9、10-19、20-29分3组，依次装入目标号为1-10的测控目标所发信息。
(2)每个测控目标判断接收到的上行信号功率，选择功率大的上行信号中的时间同步信息进行时间同步，并将时间同步结果发送给对应的地面测控站；
(3)若地面测控站与测控目标时间同步成功，则地面测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(4)；若地面测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(1)～步骤(2)，直至地面测控站与测控目标时间同步成功；
(4)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给步骤(2)中选择的地面测控站；所述飞行参数包括：飞行速度、飞行高度和横滚信息；
所述下行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，令测控目标的数量为N，N为自然数，若N小于等于10，则将N个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29的前N个时隙中，其余时隙为空，时隙30为预留时隙，若N大于10，则将前10个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29中，时隙30为预留时隙，并将第11个到第20个测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到下一个时帧中，依次类推，将所有测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到一组连续时帧中；
下行信号TDMA时帧结构具体如表2所示：
表2
(5)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示；
所述双站测控方法的步骤如下：
(i)将固定站设置为主测控站，机动站设置为从测控站；
(ii)将主测控站的时间作为测控系统的时间基准，若主测控站工作正常，则主测控站通过有线网络向从测控站发送当前时间基准，进入步骤(iii)；若主测控站工作异常，则将从测控站的时间作为测控系统的时间基准，进入步骤(vii)；
(iii)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(iv)每个测控目标提取步骤(iii)上行信号中主测控站的时间同步信息进行时间同步，并将时间同步结果发送给主测控站；
(v)若主测控站与测控目标时间同步成功，则主测控站和从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(iv)；若主测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(iii)～步骤(iv)，直至主测控站与测控目标时间同步成功，进入步骤(iv)；
所述双站测控方法中主测控站和从测控站同时向所有时间同步成功的测控目标发送遥控信息，或者主测控站和从测控站按照预先的规定分别向不同的时间同步成功的测控目标发送遥控信息。
(vi)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给两个地面测控站，进入步骤(xi)；
(vii)从测控站向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(viii)每个测控目标提取步骤(vii)上行信号中的时间同步信息进行时间同步，并将时间同步结果发送给从测控站；
(ix)若测控目标与从测控站时间同步成功，则从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(x)；若从测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(vii)～步骤(viii)，直至测控目标与从测控站时间同步成功，进入步骤(x)；
(x)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给从测控站，进入步骤(xi)；
(xi)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示。
所述每个TDMA时帧长310ms，每个时隙10ms，每个时隙对应1个跳频周期，跳频速率为100跳/s。每个时隙内传输的数据率根据不同测控目标配置的扩频码长来确定，包括10kbps、20kbps、40kbps、80kbps和160kbps五档。
Claims (7)
1.一种TDMA组网的多目标测控方法，所述方法由两个地面测控站和多个测控目标实现，所述两个地面测控站分别为固定站和机动站，其特征在于包括：单站测控方法和双站测控方法；
所述单站测控方法的步骤如下：
(1)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(2)每个测控目标判断接收到的上行信号功率，选择功率大的上行信号中的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给站址对应的地面测控站；
(3)若地面测控站与测控目标时间同步成功，则地面测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(4)；若地面测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(1)～步骤(2)，直至地面测控站与测控目标时间同步成功；
(4)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给步骤(2)中选择的地面测控站；所述飞行参数包括：飞行速度、飞行高度和横滚信息；
(5)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示；
所述双站测控方法的步骤如下：
(i)将固定站设置为主测控站，机动站设置为从测控站；
(ii)将主测控站的时间作为测控系统的时间基准，若主测控站工作正常，则主测控站通过有线网络向从测控站发送当前时间基准，主从达到相同的时间基准，进入步骤(iii)；若主测控站工作异常，则将从测控站的时间作为测控系统的时间基准，进入步骤(vii)；
(iii)两个地面测控站分别向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(iv)每个测控目标提取步骤(iii)上行信号中主测控站的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给主测控站；
(v)若主测控站与测控目标时间同步成功，则主测控站和从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(vi)；若主测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(iii)～步骤(iv)，直至主测控站与测控目标时间同步成功，进入步骤(vi)；
(vi)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给两个地面测控站，进入步骤(xi)；
(vii)从测控站向每一个测控目标发送携带有时间同步信息和网络管理信息的上行信号；
(viii)每个测控目标提取步骤(vii)上行信号中的时间同步信息进行时间同步，提取测控站站址信息，并将时间同步结果发送给从测控站；
(ix)若测控目标与从测控站时间同步成功，则从测控站向该测控目标发送遥控信息，进入步骤(x)；若从测控站与测控目标时间未同步成功，则重复步骤(vii)～步骤(viii)，直至测控目标与从测控站时间同步成功，进入步骤(x)；
(x)测控目标根据接收到的遥控信息进行飞行状态调整，并将包含飞行参数和遥测信息的下行信号发送给从测控站，进入步骤(xi)；
(xi)地面测控站接收测控目标发送的飞行参数和遥测信息，进行存储和数据处理，实时监控测控目标的飞行状态，并将遥测信息进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：所述上行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，时隙0～时隙1填充地面测控站的时间同步信息，时隙2～时隙3填充网络管理信息，时隙4～时隙30交替填充主测控站的遥控信息和从测控站的遥控信息，在不同的测控方法中，将需要发送的信息填充在对应的时隙中，其余时隙为空，上行信号TDMA时帧结构具体如表1所示：
表1
3.根据权利要求1所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：所述下行信号均采用相同结构的TDMA时帧，每个TDMA时帧均包括31个时隙，令测控目标的数量为N，N为自然数，若N小于等于10，则将N个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29的前N个时隙中，其余时隙为空，时隙30为预留时隙，
若N大于10，则将前10个测控目标的飞行参数和遥测信息依次填充在时隙0～时隙9、时隙10～时隙19和时隙20～时隙29中，时隙30为预留时隙，并将第11个到第20个测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到下一个时帧中，依次类推，将所有测控目标的飞行参数和遥测信息按照相同的分配方法填充到一组连续时帧中；
下行信号TDMA时帧结构具体如表2所示：
表2
4.根据权利要求1所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：所述双站测控方法中主测控站和从测控站同时向所有时间同步成功的测控目标发送遥控信息，或者主测控站和从测控站按照预先的规定分别向不同的时间同步成功的测控目标发送遥控信息。
5.根据权利要求2或3所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：每个TDMA时帧长310ms，每个时隙10ms。
6.根据权利要求2或3所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：所述每个时隙对应1个跳频周期，跳频速率为100跳/s。
7.根据权利要求2或3所述的一种TDMA组网的多目标测控方法，其特征在于：所述每个时隙内传输的数据率根据不同测控目标配置的扩频码长来确定，包括10kbps、20kbps、40kbps、80kbps和160kbps五档。
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