CN109660476B - 一种无线通信与雷达探测共模系统 - Google Patents

一种无线通信与雷达探测共模系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线通信与雷达探测共模系统，它涉及无线通信和雷达探测交叉领域。它由业务数据预处理器、雷达控制器、通信与雷达信号处理器、上变频器、下变频器、发射网络、接收网络和阵列天线等部件组成。本发明采用了业务数据预处理机制，实现了话音数据和IP数据的适时传输机制，保证无线通信与雷达探测功能的相对独立性。本发明还采用了线性调频波形与脉冲雷达体制相结合的方法，实现了同一波形完成无线通信与雷达探测两种功能的共模设计。特别适用于在复杂电磁环境中，采用一体化共模设计，单套系统同时具备无线通信传输与雷达探测功能。

Description

一种无线通信与雷达探测共模系统
技术领域
本发明属于无线通信和雷达探测交叉领域，具体涉及一种无线通信与雷达探测共模系统，该系统同时具备无线通信和雷达探测两种功能。
背景技术
现代战场信息化促进了电子装备高速发展，使得作战平台装备从单一化向多装备协同化方向发展，各型装备在此过程中不断进步、完善并获得大量使用。但也正是因为电子装备的高速发展和大规模应用，使得原本独立的装备之间出现了能力上的重叠和交叉，由于缺乏互连互通和共模式设计，电子装备功能和性能在协同化发展时受到了很大制约，难以适应战场增强综合作战能力的发展需求。
在现代作战平台的多样化要求下，无线通信和雷达探测设备作为最重要的信息化系统有着不可或缺的作用。由于无线通信技术与雷达探测技术原理上的相似性，且随着在电磁信号形式、实现硬件条件、检测算法技术的趋同，二者间也不断在相互促进着彼此的发展。因此在进行合理波形设计下，无线通信与雷达探测完全可实现在同一硬件平台、加载同一波形实现两种功能的能力。
无线通信与雷达探测共模设计的实现方式有多种多样，当前阶段主要是无线通信功能依托雷达平台来实现，即在尽量不影响雷达系统框架的条件下，最大限度实现通信功能。目前主要有三种形式：一是共射频通道而不共用波形，无线通信与雷达探测在发射端各自产生波形，在射频通道入口进行合路生成发射信号，在接收端进行各自滤波，分离出两种波形，这种形式能够减少射频通道的数量，但是这种方式在发射端和接收端本质上还是两种功能独立设备的堆加，并未充分利用无线通信与雷达探测之间的共性。二是牺牲部分雷达能力，实现无线通信功能，其中常用的实现方式是将雷达设备的大规模阵列天线中少数几个阵列用于无线通信，这样将雷达探测与无线通信功能集成于一套系统之中，这种实现形式难度小，但本质上还是两种不同的设备。三是利用电磁信号的共性，实现无线通信与雷达探测的波形共用，这两种功能不用信号分离就可直接完成无线通信和雷达探测功能，这一方式可以进一步提高无线通信和雷达探测两大系统间的互补性和综合优势，实现两大系统信号意义上的共模设计。
线性调频信号在雷达和通信领域有着广泛的应用，尤其是线性调频信号脉冲压缩特性可以很好的同时应用于雷达和通信上，这是两者进行波形共模设计的基础。但线性调频信号常用于连续波雷达中，这种连续传输方式限制通信信息传输效率，同时由于连续波雷达天线采用收发分置，存在着功率泄漏的问题，随着探测距离的增加，发射天线的功率也随之增加，使得发射天线泄漏到接收天线的功率也随之增加，严重影响雷达探测的正常工作。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中连续波雷达信息传输效率低、收发分置存在功率泄漏等问题，在常规的线性调频信号上，利用无线通信传输中的比特信息传输特性，将线性调频信号分段截短应用于脉冲雷达中，在同一时刻通信传输和雷达探测使用同一段线性调频信号，同时完成信息传输和雷达探测功能。此系统能提供较高的通信速率和优秀的探测性能，实现无线通信功能与雷达探测功能的完全波形共用，简化设备形式。
本发明采用的技术方案为：
一种无线通信与雷达探测共模系统，包括雷达控制器2、上变频器4、下变频器5、发射网络6、接收网络7和阵列天线8，还包括业务数据预处理器1和通信与雷达信号处理器3；雷达控制器2控制整个系统的发送和接收切换；
当处于发送时隙时：雷达控制器2关闭接收网络7和下变频器5；业务数据预处理器1接收来自于业务终端的话音数据和IP业务数据，将话音数据和IP业务数据进行业务复接，并将复接后的数据进行缓存；通信与雷达信号处理器3接收到雷达控制器2的发送指令后生成读取使能信号，通过读取使能信号从业务数据预处理器1读取缓冲区中的复接数据，将读出的复接数据进行线性调频成型处理、D/A变换和正交载波调制，输出中频信号至上变频器4；上变频器4对中频信号进行频谱搬移和上变频生成射频信号，并将射频信号输出至发射网络6；发射网络6将输入的射频信号进行功分处理，得到64路射频信号，同时在雷达控制器2的控制下，对64路射频信号进行幅相调整，将幅相调整后的信号进行功率放大后输出至阵列天线8；阵列天线8将功率放大后的信号辐射出去；
当处于接收时隙时，雷达控制器2关闭发射网络6和上变频器4；阵列天线8接收雷达回波信号和通信信号，并输出至接收网络7；接收网络7将接收到的雷达回波信号和通信信号进行幅相调整，得到合成后的射频信号，并输出至下变器5；下变器5将射频信号进行下变频处理，得到中频信号，将中频信号输出至通信与雷达信号处理器3；通信与雷达信号处理器3将接收到的中频信号进行正交下变频和A/D变换，将A/D变换后的数字信号分成两个支路，一个支路用于通信解调处理得到待分接数据，并输出至业务数据预处理器1；另一个支路用于雷达脉冲压缩，利用解调处理结果指导雷达脉冲进行去调制，将去调制后的脉冲信号经过相参积累，再与检测器中的设定参数比较，从而得到雷达探测结果；业务数据预处理器1从通信与雷达信号处理器3接收到待分接数据后，将待分接数据分接出话音数据和IP数据并输出。
其中，所述的业务数据预处理器1包括话音数据处理模块9、IP数据缓存模块10和成帧和解帧模块11；
当处于发送时隙时，复接过程为：话音数据处理模块9将接收到的话音数据进行话音压缩编码，输出低速率的话音数据到成帧和解帧模块11；IP数据缓存模块10将接收到的IP业务数据进行缓存，在接收到雷达信号处理器3输出的读取IP数据的读取使能信号后，将缓存的IP业务数据输出至成帧和解帧模块11；成帧和解帧模块11将接收到的话音数据和IP业务数据进行成帧，输出复接时钟、使能信号和复接码流，完成复接处理；
当处于接收时隙时，分接过程为：成帧和解帧模块11接收由通信与雷达信号处理器3输出的解调数据，解调数据包含解调时钟、解调码字信息，将解调数据进行解帧处理，完成对端数据帧头匹配、数据标识识别、分离话音数据和IP数据；话音数据经过话音数据处理模块9进行话音译码，将话音数据还原为原始话音数据输出；IP数据经过IP数据缓存模块10还原为原始网口数据输出，完成分接处理。
其中，通信与雷达信号处理器3包括串/并变换模块12、线性调频成型模块13、D/A变换模块14、正交上变频模块15、正交下变频模块16、A/D变换模块17、线性调频匹配滤波模块18、解调模块19、并/串变换模块20、脉冲压缩模块21、去调制模块22、相参积累模块23和检测器24；
当处于发送时隙时，发送过程为：串/并变换模块12接收复接数据，经过串并变换后输出I、Q两路数据至线性调频成型模块13；线性调频成型模块13将I、Q两路数据进行基带成型，将成型后的数字基带信号输出至D/A变换模块14；D/A变换模块14将数字基带信号转换成模拟基带信号，将模拟基带信号输出至正交上变频模块15；正交上变频模块15将模拟基带信号进行上变频，输出中频信号至上变频器4；
当处于接收时隙时，接收过程为：正交下变频模块16将接收到的中频信号进行正交下变频，得到模拟基带信号，并输出至A/D变换模块17；A/D变换模块17将模拟基带信号转换成数字基带信号，并将数字基带信号分成两路，其中一路用于通信解调，另一路用于雷达探测，用于通信解调的数字基带信号输入到线性调频匹配滤波模块18，另一路用于雷达探测的数字基带信号输入到脉冲压缩模块21；线性调频匹配滤波模块18根据用于通信解调的数字基带信号得到用于通信解调的相关峰信号，将相关峰信号输出至解调模块19；解调模块19将相关峰信号进行解调处理，得到I、Q并行的码字信息，将码字信息分成两路，一路输出至并/串变换模块20，另一路输出至去调制模块22；并/串变换模块20将码字信息进行并串变换后得到串行的待分接数据，完成通信解调过程；脉冲压缩模块21根据用于雷达探测的数字基带信号得到携带有调制信息的探测脉冲，将携带有调制信息的探测脉冲输出至去调制模块22；去调制模块22在I、Q并行的码字信息的指导下将携带有调制信息的探测脉冲进行去调制处理，消除调制信息对探测信息的影响，得到只包含探测信息的探测脉冲，将只包含探测信息的探测脉冲输出至相参积累模块23；相参积累模块23在时间上对探测脉冲进行累积，通过时间域上的累积，得到增强的目标回波信号尖峰，将目标回波信号尖峰输出至检测器24；检测器24通过将目标回波信号与设定的参数值进行判断，得到雷达探测的检测结果，完成雷达探测过程。
其中，成帧和解帧模块11将话音数据和IP缓存数据进行成帧时，本端发送数据与对端发送数据采用不同的帧头序列，话音数据和IP缓存数据采用变帧长结构，在每一帧中添加数据标识记录每一帧的数据特性，从而在解调之后区分本端发送的回波数据与正常通信时的对端通信数据。
其中，所述的话音数据处理模块9、IP数据缓存模块10、成帧和解帧模块11、串/并变换模块12、线性调频成型模块13、线性调频匹配滤波模块18、解调模块19、并/串变换模块20、脉冲压缩模块21、去调制模块22、相参积累模块23和检测器24均受雷达控制器2的参数配置控制，控制参数包括发送/接收使能长度、脉冲宽度和雷达探测周期，其中发送/接收使能长短决定了信息速率，脉冲宽度决定了发送起止时间和接收时间窗口，探测周期决定了探测距离。
本发明相对背景技术有以下优点：
1、本发明采用的业务数据预处理器1，对各种业务数据进行预处理，IP缓存区适配了脉冲雷达体制不定周期的特点，实现了话音数据和IP数据的适时传输机制，保证通信传输与探测功能的相对独立性。
2、本发明采用的通信与雷达信号处理器3，将线性调频波形与脉冲雷达体制相结合，实现了同一波形完成无线通信与雷达探测两种功能的共模设计。
附图说明
图1是本发明电原理方框图。
图2是本发明业务数据预处理器1实施例的电原理图。
图3是本发明通信与雷达信号处理器3实施例的电原理图。
具体实施方式
参照图1至图3，本发明由业务数据预处理器1、雷达控制器2、通信与雷达信号处理器3、上变频器4、下变频器5、发射网络6、接收网络7和阵列天线8组成。图1是本发明的电原理方框图，实施例按图1连接线路。参照图1，当处于发送时隙时：雷达控制器2关闭接收网络7和下变频器5；业务数据预处理器1接收来自于业务终端的话音数据和IP业务数据，将话音数据和IP业务数据进行业务复接，并将复接后的信息码流进行缓存，等待通信与雷达信号处理器3的读取使能信号；通信与雷达信号处理器3接收到雷达控制器2的发送指令后生成读取使能信号，通过读取使能信号从业务数据预处理器1读取缓冲区中的复接数据，将读出的复接数据进行线性调频成型处理、D/A变换和正交载波调制，输出中心频率为1750MHz的中频信号至上变频器4；上变频器4对中心频率为1750MHz的中频信号进行频谱搬移和上变频生成射频信号，上变频到13450MHz，并将射频信号输出至发射网络6；发射网络6将输入的射频信号进行功分处理，得到64路射频信号，同时在雷达控制器2的控制下，对64路射频信号进行幅相调整，将幅相调整后的信号进行功率放大后输出至阵列天线8；阵列天线8将功率放大后的信号辐射出去；
当处于接收时隙时，雷达控制器2关闭发射网络6和上变频器4；阵列天线8接收雷达回波信号和通信信号，并输出至接收网络7；接收网络7将接收到的雷达回波信号和通信信号进行幅相调整，得到合成后的射频信号，并输出至下变器5；下变器5将射频信号进行下变频处理，得到1250MHz的中频信号，将中频信号输出至通信与雷达信号处理器3；通信与雷达信号处理器3将接收到的中频信号进行正交下变频和A/D变换，将A/D变换后的数字信号分成两个支路，一个支路用于通信解调处理得到待分接数据，并输出至业务数据预处理器1；另一个支路用于雷达脉冲压缩，利用解调处理结果指导雷达脉冲进行去调制，将去调制后的脉冲信号经过相参积累，再与检测器中的设定参数比较，从而得到雷达探测结果；业务数据预处理器1从通信与雷达信号处理器3接收到待分接数据后，将待分接数据分接出话音数据和IP数据，送入到各个业务终端，完成通信功能。
图2是本发明业务数据预处理器1实施例的电原理图，参照图2，包括话音数据处理模块9、IP数据缓存模块10和成帧和解帧模块11，主要完成复接和分接过程。其中，
当处于发送时隙时，复接过程为：话音数据处理模块9将接收到的话音数据进行话音压缩编码，输出4Kbps的低速率的话音数据到成帧和解帧模块11；IP数据缓存模块10将接收到的IP业务数据进行缓存，在接收到雷达信号处理器3输出的读取IP数据的读取使能信号后，将缓存的IP业务数据输出至成帧和解帧模块11；成帧和解帧模块11将接收到的话音数据和IP业务数据进行成帧，为了区别本端发送数据与对端发送数据，两端采用不同的帧头序列，同时为了话音数据和IP数据的适时传输，采用灵活的变帧长结构，在每一帧中添加数据标识记录每一帧的数据特性，输出复接时钟、使能信号和复接码流，完成复接处理；
当处于接收时隙时，分接过程为：成帧和解帧模块11接收由通信与雷达信号处理器3输出的解调数据，解调数据包含解调时钟、解调码字信息，将解调数据进行解帧处理，完成对端数据帧头匹配、数据标识识别、分离话音数据和IP数据；话音数据经过话音数据处理模块9进行话音译码，将话音数据还原为原始话音数据输出；IP数据经过IP数据缓存模块10还原为原始网口数据输出，完成分接处理。
图3是本发明通信与雷达信号处理器3包括串/并变换12、线性调频成型13、D/A变换14、正交上变频15、正交下变频16、A/D变换17、线性调频匹配滤波18、解调19、并/串变换20、脉冲压缩21、去调制22、相参积累23和检测器24；其信号处理流程可分为发送过程和接收过程，
当处于发送时隙时，发送过程为：串/并变换模块12接收复接数据，经过串并变换后输出I、Q两路数据至线性调频成型模块13；线性调频成型模块13将I、Q两路数据进行基带成型，将成型后的数字基带信号输出至D/A变换模块14；D/A变换模块14将数字基带信号转换成模拟基带信号，将模拟基带信号输出至正交上变频模块15；正交上变频模块15将模拟基带信号进行上变频到1750MHz，输出中频信号至上变频器4；这样就完成了通信调制和雷达探测信号波形共模发射设计的过程。
当处于接收时隙时，接收过程为：正交下变频模块16将接收到的1250MHz中频信号进行正交下变频，得到模拟基带信号，并输出至A/D变换模块17；A/D变换模块17将模拟基带信号转换成数字基带信号，并将数字基带信号分成两路，其中一路用于通信解调，另一路用于雷达探测，用于通信解调的数字基带信号输入到线性调频匹配滤波模块18，另一路用于雷达探测的数字基带信号输入到脉冲压缩模块21；线性调频匹配滤波模块18根据用于通信解调的数字基带信号得到用于通信解调的相关峰信号，将相关峰信号输出至解调模块19；解调模块19将相关峰信号进行解调处理，得到I、Q并行的码字信息，将码字信息分成两路，一路输出至并/串变换模块20，另一路输出至去调制模块22；并/串变换模块20将码字信息进行并串变换后得到串行的待分接数据，完成通信解调过程；脉冲压缩模块21根据用于雷达探测的数字基带信号得到携带有调制信息的探测脉冲，将携带有调制信息的探测脉冲输出至去调制模块22；去调制模块22在I、Q并行的码字信息的指导下将携带有调制信息的探测脉冲进行去调制处理，消除调制信息对探测信息的影响，得到只包含探测信息的探测脉冲，将只包含探测信息的探测脉冲输出至相参积累模块23；相参积累模块23在时间上对探测脉冲进行累积，通过时间域上的累积，得到增强的目标回波信号尖峰，将目标回波信号尖峰输出至检测器24；检测器24通过将目标回波信号与设定的参数值进行判断，得到雷达探测的检测结果，完成雷达探测过程。
整个无线通信和雷达探测过程中，串/并变换12、线性调频成型13、线性调频匹配滤波18、解调19、并/串变换20、脉冲压缩21、去调制22、相参积累23和检测器24受雷达控制器2的参数配置控制，控制参数包括发送/接收使能长度、脉冲宽度、雷达探测周期，其中发送/接收使能长短决定了信息速率，脉冲宽度决定了发送起止时间和接收时间窗口，探测周期的不同决定了探测距离的远近。

Claims (5)

1.一种无线通信与雷达探测共模系统，包括雷达控制器(2)、上变频器(4)、下变频器(5)、发射网络(6)、接收网络(7)和阵列天线(8)，其特征在于：还包括业务数据预处理器(1)和通信与雷达信号处理器(3)；雷达控制器(2)控制整个系统的发送和接收切换；
当处于发送时隙时：雷达控制器(2)关闭接收网络(7)和下变频器(5)；业务数据预处理器(1)接收来自于业务终端的话音数据和IP业务数据，将话音数据和IP业务数据进行业务复接，并将复接后的数据进行缓存；通信与雷达信号处理器(3)接收到雷达控制器(2)的发送指令后生成读取使能信号，通过读取使能信号从业务数据预处理器(1)读取缓冲区中的复接数据，将读出的复接数据进行线性调频成型处理、D/A变换和正交载波调制，输出中频信号至上变频器(4)；上变频器(4)对中频信号进行频谱搬移和上变频生成射频信号，并将射频信号输出至发射网络(6)；发射网络(6)将输入的射频信号进行功分处理，得到64路射频信号，同时在雷达控制器(2)的控制下，对64路射频信号进行幅相调整，将幅相调整后的信号进行功率放大后输出至阵列天线(8)；阵列天线(8)将功率放大后的信号辐射出去；
当处于接收时隙时，雷达控制器(2)关闭发射网络(6)和上变频器(4)；阵列天线(8)接收雷达回波信号和通信信号，并输出至接收网络(7)；接收网络(7)将接收到的雷达回波信号和通信信号进行幅相调整，得到合成后的射频信号，并输出至下变器(5)；下变器(5)将射频信号进行下变频处理，得到中频信号，将中频信号输出至通信与雷达信号处理器(3)；通信与雷达信号处理器(3)将接收到的中频信号进行正交下变频和A/D变换，将A/D变换后的数字信号分成两个支路，一个支路用于通信解调处理得到待分接数据，并输出至业务数据预处理器(1)；另一个支路用于雷达脉冲压缩，利用解调处理结果指导雷达脉冲进行去调制，将去调制后的脉冲信号经过相参积累，再与检测器中的设定参数比较，从而得到雷达探测结果；业务数据预处理器(1)从通信与雷达信号处理器(3)接收到待分接数据后，将待分接数据分接出话音数据和IP数据并输出。
2.根据权利要求1所述的一种无线通信与雷达探测共模系统，其特征在于：所述的业务数据预处理器(1)包括话音数据处理模块(9)、IP数据缓存模块(10)和成帧和解帧模块(11)；
当处于发送时隙时，复接过程为：话音数据处理模块(9)将接收到的话音数据进行话音压缩编码，输出低速率的话音数据到成帧和解帧模块(11)；IP数据缓存模块(10)将接收到的IP业务数据进行缓存，在接收到雷达信号处理器(3)输出的读取IP数据的读取使能信号后，将缓存的IP业务数据输出至成帧和解帧模块(11)；成帧和解帧模块(11)将接收到的话音数据和IP业务数据进行成帧，输出复接时钟、使能信号和复接码流，完成复接处理；
当处于接收时隙时，分接过程为：成帧和解帧模块(11)接收由通信与雷达信号处理器(3)输出的解调数据，解调数据包含解调时钟、解调码字信息，将解调数据进行解帧处理，完成对端数据帧头匹配、数据标识识别、分离话音数据和IP数据；话音数据经过话音数据处理模块(9)进行话音译码，将话音数据还原为原始话音数据输出；IP数据经过IP数据缓存模块(10)还原为原始网口数据输出，完成分接处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种无线通信与雷达探测共模系统，其特征在于：通信与雷达信号处理器(3)包括串/并变换模块(12)、线性调频成型模块(13)、D/A变换模块(14)、正交上变频模块(15)、正交下变频模块(16)、A/D变换模块(17)、线性调频匹配滤波模块(18)、解调模块(19)、并/串变换模块(20)、脉冲压缩模块(21)、去调制模块(22)、相参积累模块(23)和检测器(24)；
当处于发送时隙时，发送过程为：串/并变换模块(12)接收复接数据，经过串并变换后输出I、Q两路数据至线性调频成型模块(13)；线性调频成型模块(13)将I、Q两路数据进行基带成型，将成型后的数字基带信号输出至D/A变换模块(14)；D/A变换模块(14)将数字基带信号转换成模拟基带信号，将模拟基带信号输出至正交上变频模块(15)；正交上变频模块(15)将模拟基带信号进行上变频，输出中频信号至上变频器(4)；
当处于接收时隙时，接收过程为：正交下变频模块(16)将接收到的中频信号进行正交下变频，得到模拟基带信号，并输出至A/D变换模块(17)；A/D变换模块(17)将模拟基带信号转换成数字基带信号，并将数字基带信号分成两路，其中一路用于通信解调，另一路用于雷达探测，用于通信解调的数字基带信号输入到线性调频匹配滤波模块(18)，另一路用于雷达探测的数字基带信号输入到脉冲压缩模块(21)；线性调频匹配滤波模块(18)根据用于通信解调的数字基带信号得到用于通信解调的相关峰信号，将相关峰信号输出至解调模块(19)；解调模块(19)将相关峰信号进行解调处理，得到I、Q并行的码字信息，将码字信息分成两路，一路输出至并/串变换模块(20)，另一路输出至去调制模块(22)；并/串变换模块(20)将码字信息进行并串变换后得到串行的待分接数据，完成通信解调过程；脉冲压缩模块(21)根据用于雷达探测的数字基带信号得到携带有调制信息的探测脉冲，将携带有调制信息的探测脉冲输出至去调制模块(22)；去调制模块(22)在I、Q并行的码字信息的指导下将携带有调制信息的探测脉冲进行去调制处理，消除调制信息对探测信息的影响，得到只包含探测信息的探测脉冲，将只包含探测信息的探测脉冲输出至相参积累模块(23)；相参积累模块(23)在时间上对探测脉冲进行累积，通过时间域上的累积，得到增强的目标回波信号尖峰，将目标回波信号尖峰输出至检测器(24)；检测器(24)通过将目标回波信号与设定的参数值进行判断，得到雷达探测的检测结果，完成雷达探测过程。
4.根据权利要求2所述的一种无线通信与雷达探测共模系统，其特征在于，成帧和解帧模块(11)将话音数据和IP缓存数据进行成帧时，本端发送数据与对端发送数据采用不同的帧头序列，话音数据和IP缓存数据采用变帧长结构，在每一帧中添加数据标识记录每一帧的数据特性，从而在解调之后区分本端发送的回波数据与正常通信时的对端通信数据。
5.根据权利要求3所述的一种无线通信与雷达探测共模系统，其特征在于，所述的话音数据处理模块(9)、IP数据缓存模块(10)、成帧和解帧模块(11)、串/并变换模块(12)、线性调频成型模块(13)、线性调频匹配滤波模块(18)、解调模块(19)、并/串变换模块(20)、脉冲压缩模块(21)、去调制模块(22)、相参积累模块(23)和检测器(24)均受雷达控制器(2)的参数配置控制，控制参数包括发送/接收使能长度、脉冲宽度和雷达探测周期，其中发送/接收使能长短决定了信息速率，脉冲宽度决定了发送起止时间和接收时间窗口，探测周期决定了探测距离。
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