CN116599546B - 用于近程导航的抗干扰无线电测距装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，涉及近程无线电导航测距领域。该装置包括机载询问器和地面应答器；机载询问器包括机载编码单元、机载发射单元、机载接收单元、机载译码单元、机载测距单元、显示单元和天线；地面应答器包括地面接收单元、地面译码单元、地面编码单元、地面发射单元和天线；机载编码单元在询问触发信号的作用下产生询问基带脉冲对信号；机载发射单元用于对所述询问基带脉冲对信号进行扩频调制和振幅调制，形成机载询问信号；机载测距单元采用闭环自动控制方法对应答信号进行跟踪，实现距离测量。本发明所公开的技术方案，提高了近程导航无线电测距装置的抗干扰能力。
Description
技术领域
本发明涉及近程无线电导航测距领域，尤其涉及一种用于进程导航的抗干扰无线电测距装置。
背景技术
目前，我国正研制着具有自主知识产权的民用飞机，如ARJ-21、C919等型号的民航客机代表着我国新一代民用航空飞机的新生力量。民用客机的安全性能尤为重要，它不仅关系着乘客的安全，更体现了一个国家的民航实力。机载导航系统就像飞机的“眼睛”，时刻给飞机提供位置信息，并为飞机上其他重要设备等提供位置、姿态、速度等多种信息。因此，飞机导航系统的定位精确性和工作可靠性，关系着整架飞机是否能够正常工作和运行。随着科学技术的快速发展，可利用的导航信息源越来越多，导航系统的种类也越来越多。目前民航客机上常采用的导航系统有：惯性导航系统、卫星导航系统、无线电导航系统等。无线电导航系统分为星基无线电导航系统和陆基无线电导航系统，星基无线电导航系统主要有GPS、Galileo、北斗等各种定位系统。陆基无线电导航系统又分为近程（例如：VOR、DME），远程（例如：罗兰-C等）两类，用于不同范围航路的导航。在民用航空中，除跨洋飞行等长距离航线，最为常用的是近程无线电导航系统。近程无线电导航系统所使用的测距设备（Distance Measuring Equipment，DME），在近程无线电导航系统所有组成中，担任着重要角色；其通过与测角系统相互配合，实时提供飞机相对自身进场引导点的位置信息，实现安全着陆引导。
然而，在现有技术中，用于近程导航的无线电测距装置，所发送的信号是常规调幅信号，且采用定频传输，在信道传输过程中，易受干扰，抗干扰能力较弱，难以保证近程无线电导航系统测距的可靠性。随着电子对抗技术的发展，尤其是基于数字射频存储器的有源干扰技术的快速发展，用于近程导航的无线电测距装置能否在复杂电磁环境下具有适应能力，这给无线电测距装置带来了严峻的挑战。
因此，如何提高近程导航无线电测距装置的抗干扰能力，是现有近程导航无线电测距领域需要解决的难点问题。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，以提高近程导航无线电测距装置的抗干扰能力。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，包括机载询问器和地面应答器；
所述机载询问器包括机载编码单元、机载发射单元、机载接收单元、机载译码单元、机载测距单元、显示单元和天线；
所述机载编码单元在询问触发信号的作用下产生询问基带脉冲对信号，并输出至所述机载发射单元和机载测距单元；
所述机载发射单元用于对所述询问基带脉冲对信号进行扩频调制和振幅调制，形成机载询问信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射；
所述机载接收单元经天线接收所述地面应答器发射的应答信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述机载译码单元；
所述机载译码单元对输入信号进行地面应答器识别处理，并将识别结果输出至所述显示单元显示；所述机载译码单元从输入信号中提取应答基带脉冲对信号，并输出至所述机载测距单元；所述机载译码单元根据输入的脉冲数判断是否产生询问触发信号；所产生的询问触发信号输出至所述机载编码单元；
所述机载测距单元采用闭环自动控制法对应答信号进行跟踪，实现距离测量，测量结果输出至所述显示单元进行显示；
所述地面应答器包括地面接收单元、地面译码单元、地面编码单元、地面发射单元和天线；
所述地面接收单元通过天线接收所述机载询问器发射的询问信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述地面译码单元；
所述地面译码单元判断接收到的信号是否是机载询问脉冲信号，并根据判断结果决定是否产生应答触发信号；所产生的应答触发信号输出至所述地面编码单元；
所述地面编码单元在所述应答触发信号的作用下产生应答基带脉冲对信号，经固定延时后输出至所述地面发射单元；
所述地面发射单元对所述应答基带脉冲对信号进行扩频调制、识别码加载和振幅调制，产生地面应答信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器所产生的所述机载询问信号为：
；
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为询问基带脉冲波形，T p 为询问基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述询问基带脉冲对信号的重复周期时间，f l 为载波跳变频率；
所述地面应答器所产生的地面应答信号为：
；
其中，a j 为码片个数为M的地面应答器识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述应答基带脉冲对的重复周期时间，f z 为载波跳变频率。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器的询问基带脉冲波形和所述地面应答器的应答基带脉冲波形相同，均为：
，
其中，σ为标准方差。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器的伪随机序列与所述地面应答器的伪随机序列相同，均为巴克码序列。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器的载波跳变频率f l 和所述地面应答器的载波跳变频率f z 均工作在微波L波段，从跳频序列[f 1,f 2,…,f V ]中伪随机选取，所述V为跳频序列中跳频频点总个数。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元的扩频调制过程为：
所述地面发射单元产生具有良好自相关特性的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]，按所述伪随机序列从低至高的码片顺序，将所述伪随机序列的各个码片幅值c k 分别与所述应答基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]相乘，完成应答脉冲对扩频调制，形成应答脉冲对扩频调制信号，具体为：
，
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元的识别码加载过程为：
所述地面发射单元产生地面应答器的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]，按所述识别码序列从低至高的码片顺序，将所述识别码序列的各个码片幅值a j 分别与应答脉冲对扩频调制信号相乘，完成识别码加载，形成识别码加载信号，具体为：
，
其中，a j 为码片个数为M的识别码序列的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元所产生的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]的每个码片时间长度，等于所述地面应答器的地面发射单元所产生的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]所有码片时间长度的总和。
进一步，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器和所述地面应答器的天线均为收发共用天线。
优选的，在本发明所公开的技术方案中，所述机载询问器所产生的询问基带脉冲对信号和所述地面应答器所产生的应答基带脉冲对信号，其脉冲间隔时间均有两种模式：T p =12μs或T p =30μs。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）有利于提高无线电测距装置的抗干扰能力
在现有技术中，用于近程导航的无线电测距装置所发送的机载询问信号和地面应答信号，都是采用常规振幅调制方式，并采用定频传输，电磁波能量高度集中在定频窄带频谱范围内；由通信对抗理论可知，该类信号在信道传输过程中，易受干扰，抗干扰能力较弱，难以保证近程导航无线电测距装置的可靠性。
而在本发明所公开的技术方案中，无线电测距装置机载询问器所发送的询问信号和地面应答器所发送的应答信号是先通过扩频调制技术将所述询问信号和应答信号的能量扩展至较宽的频谱范围内，再通过载波跳频技术使所述询问信号和应答信号的载波频率在微波L波段内伪随机跳变；所采用的扩频调制技术大幅降低了所述询问信号和应答信号的功率谱密度，提高了信号的隐蔽能力和抗截获能力，且抗窄带干扰能力较强；所采用的载波跳频技术使所述询问信号和应答信号的载波频率呈现伪随机跳变，从而大幅提高了无线电测距装置抗阻塞式干扰或压制式干扰的能力。
因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，大幅提升了近程无线电测距装置的抗干扰能力。
（2）有利于提高无线电测距装置的测距精度
在现有技术中，无线电测距装置的机载询问器是通过捕获地面应答信号所携带的测距脉冲的上升沿实现测距的，而现有技术中所采用的钟形测距脉冲，其缓慢的上升沿特性，会导致机载询问器难以准确捕获测距时刻点，从而导致测距精度低，无法满足高精度测距要求。在本发明所公开的技术方案中，地面应答信号所携带的测距脉冲不再是简单的钟形脉冲，而是通过扩频调制技术将具有良好自相关特性的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k ,…,c N ]与所述测距基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]进行扩频调制所形成的应答脉冲对扩频调制信号；在机载询问器进行测距时，所述伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]具有的良好自相关特性，使所述机载询问易捕获测距脉冲的自相关峰值，从而非常有利于捕获测距时刻点，使所计算的无线电传输时间更精确。
因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，有利于提高近程导航无线电测距装置的测距精度。
（3）有利于提高无线电测距装置的测量效率
在现有技术中，无线电测距装置地面应答器所发送的识别码信号和测距信号是采用分时发送的，采用串行方式传输；机载询问器通过接收地面应答信号，所进行的应答器识别和测距只能分时进行，即识别的时候不能进行测距，从而使得无线电测距装置的测距时间长、工作效率低，这也是难以提高无线电测距装置工作容量的瓶颈之一。
而在本发明所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元通过扩频调制技术将伪随机序列与所述应答基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]相乘，形成应答脉冲对扩频调制信号；然后，所述地面发射单元产生地面应答器的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]，按所述识别码序列从低至高的码片顺序，将所述识别码序列的各个码片幅值a j 分别再与所述应答脉冲对扩频调制信号相乘，完成识别码加载；最后再通过载波调制单元形成地面应答信号；所述地面应答信号中即包含了用于测距的脉冲对信号，也包含了用于识别地面应答器的识别码，即所述地面应答信号可同时传输测距脉冲信号和识别码信号，采用并行方式实现，从而缩短了识别和测距时间。
因此，相对于现有技术来说，本发明所公开的技术方案，有利于提高无线电测距装置的测量效率，从而也有利于提升系统的工作容量。
本发明的其他优点和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1是本发明实施例所公开的无线电测距装置组成示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图1对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
在现有技术中，用于近程导航的无线电测距装置，所发送的信号是常规调幅信号，且采用定频传输，在信道传输过程中，易受干扰，抗干扰能力较弱，难以保证无线电测距装置测距的可靠性。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例公开了一种用于近程导航的抗干扰无线电测距装置。如图1所示，包括机载询问器和地面应答器；
所述机载询问器包括机载编码单元、机载发射单元、机载接收单元、机载译码单元、机载测距单元、显示单元和天线；
所述机载编码单元在询问触发信号的作用下产生询问基带脉冲对信号，并输出至所述机载发射单元和机载测距单元；
所述机载发射单元用于对所述询问基带脉冲对信号进行扩频调制和振幅调制，形成机载询问信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射；
所述机载接收单元经天线接收所述地面应答器发射的应答信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述机载译码单元；
所述机载译码单元对输入信号进行地面应答器识别处理，并将识别结果输出至所述显示单元显示；所述机载译码单元从输入信号中提取应答基带脉冲对信号，并输出至所述机载测距单元；所述机载译码单元根据输入的脉冲数判断是否产生询问触发信号；所产生的询问触发信号输出至所述机载编码单元；
所述机载测距单元采用闭环自动控制法对应答信号进行跟踪，实现距离测量，所述测量结果输出至所述显示单元进行显示；关于无线电测距装置如何采用闭环自动控制法对应答信号进行跟踪实现距离测量，对本领域的技术人员来说，是已有知识和惯用技术手段，这里不再赘述；
所述地面应答器包括地面接收单元、地面译码单元、地面编码单元、地面发射单元和天线；
所述地面接收单元通过天线接收所述机载询问器发射的询问信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述地面译码单元；
所述地面译码单元判断接收到的信号是否是机载询问脉冲信号，并根据判断结果决定是否产生应答触发信号；所产生的应答触发信号输出至所述地面编码单元；所述判断信号的方法可采用阈值法，当超过设置的阈值时，则判断为是机载询问脉冲信号，否则，判断不是。所述阈值法，对于本领域的技术人员来说，是已有知识和惯用技术手段，这里不再赘述；
所述地面编码单元在所述应答触发信号的作用下产生应答基带脉冲对信号，经固定延时后输出至所述地面发射单元；
所述地面发射单元对所述应答基带脉冲对信号进行扩频调制、识别码加载和振幅调制，产生地面应答信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器所产生的所述机载询问信号为：
；
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为询问基带脉冲波形，T p 为询问基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述询问基带脉冲对信号的重复周期时间，f l 为载波跳变频率；
所述地面应答器所产生的地面应答信号为：
；
其中，a j 为码片个数为M的地面应答器识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述应答基带脉冲对的重复周期时间，所述f z 为载波跳变频率。
在现有技术中，用于近程导航的无线电测距装置所发送的信号都是采用常规振幅调制方式，并采用定频传输，电磁波能量高度集中在有限的频谱范围内，功率谱密度较大，易于被侦察，隐蔽性能较差。由通信对抗理论可知，该类信号在信道传输过程中，易受干扰，抗干扰能力较弱，难以保证近程导航无线电测距装置的可靠性。
而在本发明实施例所公开的技术方案中，无线电测距装置机载询问器所发送的询问信号和地面应答器所发送的应答信号是先通过扩频调制技术将所述询问信号和应答信号的能量扩展至较宽的频谱范围内，再通过载波跳频技术使所述询问信号和应答信号的载波频率在微波L波段内伪随机跳变。
在机载询问器中，所述机载发射单元将所述询问基带脉冲对通过伪随机序列将信号进行扩频调制，即，扩频调制后，再通过振幅调制完成载波调制，所述载波信号为sin2πf l ，f l 为载波跳变频率。
在地面应答器中，所述地面发射单元对所述应答基带脉冲对信号先进行扩频调制，再完成识别码加载和振幅调制，产生地面应答信号；所述载波信号为sin2πf z ，f z 为载波跳变频率。
在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器和地面应答器通过采用具有良好自相关特性的伪随机序列并按码片顺序，将所述伪随机序列的各个码片幅值分别与所述脉冲对波形[γ(t)+γ(t-T p )]进行扩频调制，将高功率谱信号通过所述伪随机序列进行频谱展宽，使得所述询问信号和应答信号的功率分布在较宽的频谱范围内，从而达到了降低信号功率谱密度的目的，使其具有较强的隐蔽性，从而使得侦察干扰设备难以侦测、截获所述无线电测距装置信号。因此，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，提高了所述无线电测距装置的隐蔽能力和抗截获能力。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器的伪随机序列与所述地面应答器的伪随机序列相同，均为巴克码序列；巴克码序列相对于M序列来说，易于产生，且自相关性强。典型的，所述巴克码序列为11位巴克码序列，所述11位巴克码序列的各个码片幅值分别为[-1,-1,-1,1,1,1,-1,1,1,-1,1]。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元所产生的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]的每个码片时间长度，等于所述地面应答器的地面发射单元所产生的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]所有码片时间长度的总和。根据时长与频谱的变换关系，所述伪随机序列进一步将识别码序列信号实现了频谱展宽，从而更好的达到扩频的效果，进一步降低了无线电测距装置的功率谱密度，提高了隐蔽能力。
在现有技术中，无线电测距装置的机载询问器是通过捕获地面应答信号所携带的测距脉冲的上升沿实现测距的，而现有技术中所采用的钟形测距脉冲，其缓慢的上升沿特性，会导致机载询问器难以准确捕获测距时刻点，从而导致测距精度低，无法满足高精度测距要求。在本发明所公开的技术方案中，地面应答信号所携带的测距脉冲不再是简单的钟形脉冲，而是通过扩频调制技术将具有良好自相关特性的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k ,…,c N ]与所述测距基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]进行扩频调制所形成的应答脉冲对扩频调制信号；在机载询问器进行测距时，所述伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]具有的良好自相关特性，使所述机载询问易捕获测距脉冲的自相关峰值，从而非常有利于捕获测距时刻点，使所计算的无线电传输时间更精确。
因此，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，有利于提高近程导航无线电测距装置的测距精度。
由通信对抗理论可知，阻塞式干扰是典型的干扰方式之一，该类型干扰是指使用干扰发射设备发射同频的大功率干扰信号，使被干扰方接收设备的信噪比严重降低，信息被掩盖，以致难以检测出信息，达到干扰的目的。在现有技术中，无线电测距装置信号通常采用固定频率发射信号，易被侦察设备截收对其实施大功率阻塞式干扰，因此其抗阻塞式干扰能力较差。
为了解决现有技术中存在的问题，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载应答信号的载波信号为sin2πf l ，所述f l 为载波跳变频率；所述地面应答信号的载波信号为sin2πf z ，f z 为载波跳变频率。所述机载询问器的载波跳变频率f l 和所述地面应答器的载波跳变频率f z 均工作在微波L波段，在密钥控制下从跳频序列[f 1,f 2,…,f V ]中伪随机选取，进行频率跳变，所述V为跳频序列中跳频频点总个数。干扰方要实施有效的阻塞式干扰，必须使阻塞式干扰信号在频域上能够跟踪所述无线电测距装置询问信号和应答信号的频率变化。然而，由于所述无线电测距装置询问信号和应答信号的载波频率从跳频序列[f 1,f 2,…,f V ]中伪随机选取是受密钥控制，因此，干扰方无法掌握频率的变化规律，不能跟踪所述无线电测距装置信号的载波频率变化，从而难以实施有效的阻塞式干扰。因此，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，提高了对抗阻塞式干扰的能力。关于所述无线电测距装置询问信号和应答信号的载波频率如何从跳频序列[f 1,f 2,…,f V ]中伪随机选取，通常是通过密钥控制的，这可采用跳频技术实现，对于本领域的技术人员来，是已有知识和惯用技术手段，这里不再赘述。进一步，关于本发明实施例所公开的机载询问器和地面应答器中所涉及到与跳频相关的载频跳变、解跳、跳频信号同步等技术，可采用现有技术实现，对于本领域的技术人员来，是已有知识和惯用技术手段，这里不再赘述。
在现有技术中，无线电测距装置用于测距的脉冲信号采用的是钟形脉冲，该脉冲信号无显式解，不易产生；在现有技术中，也有改进型的脉冲形式以改善测距性能，该类脉冲采用上升沿陡峭的前半周脉冲波形和原钟形脉冲相结合，即通过合成波形的方式实现，但该类方法也进一增加了脉冲波形实现的复杂性。为了降低无线电测距装置实现的复杂度，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器的询问基带脉冲波形和所述地面应答器的应答基带脉冲波形相同，均为：，
其中，σ为标准方差。该脉冲波形易于实现，大幅降低了实现的复杂度。
在现有技术中，无线电测距装置地面应答器所发送的识别码信号和测距信号是采用分时发送的，采用串行方式传输；机载询问器接收地面应答信号后，所进行的应答器识别和测距只能分时进行，即识别的时候不能进行测距，从而使得无线电测距装置的测距时间长、工作效率低，这也是难以提高无线电测距装置工作容量的瓶颈之一。
而在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元先通过扩频调制技术将伪随机序列与所述应答基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]相乘，形成应答脉冲对扩频调制信号；然后，所述地面发射单元再将地面应答器的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]，按所述识别码序列从低至高的码片顺序，将所述识别码序列的各个码片幅值a j 分别再与所述应答脉冲对扩频调制信号相乘，从而完成识别码加载；最后通过载波调制单元形成地面应答信号。所述地面应答信号中即包含了用于测距的脉冲对信号，也同时包含了用于识别地面应答器的识别码，即所述地面应答信号可同时传输测距脉冲信号和识别码信号，采用并行方式实现，从而缩短了识别和测距时间。
因此，相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，有利于提高无线电测距装置的测量效率，从而也有利于提升系统的工作容量。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元的扩频调制过程为：
所述地面发射单元产生具有良好自相关特性的伪随机序列[c 1,c 2,c 3,…,c k , …,c N ]，按所述伪随机序列从低至高的码片顺序，将所述伪随机序列的各个码片幅值c k 分别与所述应答基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]相乘，完成应答脉冲对扩频调制，形成应答脉冲对扩频调制信号，具体为：
，
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答器的地面发射单元的识别码加载过程为：
所述地面发射单元产生地面应答器的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]，按所述识别码序列从低至高的码片顺序，将所述识别码序列的各个码片幅值a j 分别与所述应答脉冲对扩频调制信号相乘，完成识别码加载，形成识别码加载信号，具体为：
，
其中，a j 为码片个数为M的识别码序列的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
进一步，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答器的识别码序列[a 1,a 2,a 3,…,a j , …,a M ]由15位双极性二进制序列组成，用于表示三位地面应答器地址，由大写英文字母的组合表示，用以区分各地面应答器，实现地面应答器的识别。进一步，所述大写英文字母所对应的双极性二进制序列可采用字母的ASCII码来表示。例如，数字“M”所对应的ASCII码表示为“01101”，所对应的双极性二进制序列为“-1+1+1-1+1”。对于本领域的技术人员来说，也可以得到其它字母所对应的双极性二进制序列。例如，某地面应答器识别码可用字母“MAR”表示，所对应的双极性识别码序列为“-1+1+1-1+1-1-1-1-1+1+1-1-1+1-1”。相对于现有技术来说，本发明实施例所公开的技术方案，地面应答器识别码的表示方法简单，且占用时间短，有利于降低无线电测距装置的复杂度。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器和所述地面应答器的天线均为收发共用天线。
在本发明实施例所公开的技术方案中，当机载询问器到达地面应答器的有效范围内，便启动机载发射单元，向地面应答器发射机载询问信号。地面应答器接收到所述机载询问器的机载询问信号后，经天线进入地面接收单元；所述地面接收单元在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述地面译码单元；所述地面译码单元按DME（Distance Measuring Equipment）规定的信号编码参数进行严格的译码，以确认是否是机载询问信号，并根据识别结果判断是否产生应答触发信号；所产生的应答触发信号输出至所述地面编码单元。所述地面编码单元在所述应答触发信号的作用下，产生应答基带脉冲对信号，经固定延时后输出至所述地面发射单元；所述地面发射单元对所述应答基带脉冲对信号进行扩频调制、识别码加载和振幅调制，经载波频率跳变产生地面应答信号，再经功率放大、滤波后送往天线发射。
在本发明实施例所公开的技术方案中，所述地面应答信号经信道传输至所述机载询问器，机载接收单元经天线接收所述地面应答器发射的应答信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述机载译码单元；所述机载接收单元将接收到的应答脉冲对信号转变成单脉冲信号，输出至所述机载测距单元，所述机载测距单元利用机载询问和地面应答的同步关系和机载询问信号的重复频率的频闪效应对应答信号进行搜索，并采用闭环自动控制法对应答信号进行跟踪，实现距离的测量。关于机载询问器如何根据接收到的脉冲对信号实现测距，以及所涉及到同步关系、频闪效应、闭环自动控制法、跟踪等技术，可采用现有技术方案，对于本领域的技术人员来说，是已有知识和惯用手惯，这里不再赘述。
在本发明实施例所公开的技术方案中，询问信号和应答信号采用脉冲对的原因，主要是从抗干扰的角度去考虑采取的一种信号格式。单脉冲的接收很容易受到来自有意或无意的无线电干扰源的影响，而具有特定的脉冲对格式，其对接收受到干扰的影响的可能性会大大降低。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器和所述地面应答器有X模式和Y模式，工作在X模式时，所述机载询问信号和所述地面应答信号的载波频率跳频范围为962MHz~1024MHz、1151MHz~1213MHz，工作在Y模式时，所述机载询问信号和所述地面应答信号的载波频率跳频范围为1025MHz~1150MHz。
优选的，在本发明实施例所公开的技术方案中，所述机载询问器所产生的询问基带脉冲对信号和所述地面应答器所产生的应答基带脉冲对信号，其脉冲间隔时间均有两种模式：工作在X模式时T p =12μs，工作在Y模式时T p =30μs。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列的运用方式。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (9)
1.一种用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，包括机载询问器和地面应答器；
所述机载询问器包括机载编码单元、机载发射单元、机载接收单元、机载译码单元、机载测距单元、显示单元和天线；
所述机载编码单元在询问触发信号的作用下产生询问基带脉冲对信号，并输出至所述机载发射单元和所述机载测距单元；
所述机载发射单元用于对所述询问基带脉冲对信号进行扩频调制和振幅调制，形成机载询问信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射；
所述机载接收单元经天线接收所述地面应答器发射的应答信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述机载译码单元；
所述机载译码单元对输入信号进行地面应答器识别处理，并将识别结果输出至所述显示单元显示；所述机载译码单元从输入信号中提取应答基带脉冲对信号，并输出至所述机载测距单元；所述机载译码单元根据输入的脉冲数判断是否产生询问触发信号；所产生的询问触发信号输出至所述机载编码单元；
所述机载测距单元采用闭环自动控制法对应答信号进行跟踪，实现距离测量，所述测量结果输出至所述显示单元进行显示；
所述地面应答器包括地面接收单元、地面译码单元、地面编码单元、地面发射单元和天线；
所述地面接收单元通过天线接收所述机载询问器发射的询问信号，在同步信号的作用下完成解跳、解扩和解调处理后，输出至所述地面译码单元；
所述地面译码单元判断接收到的信号是否是机载询问脉冲信号，并根据判断结果决定是否产生应答触发信号；所产生的应答触发信号输出至所述地面编码单元；
所述地面编码单元在所述应答触发信号的作用下产生应答基带脉冲对信号，经固定延时后输出至所述地面发射单元；
所述地面发射单元对所述应答基带脉冲对信号进行扩频调制、识别码加载和振幅调制，产生地面应答信号，经载波频率跳变、功率放大、滤波后送往天线发射；
所述机载询问器产生的机载询问信号为：
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为询问基带脉冲波形，T p 为询问基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述询问基带脉冲对信号的重复周期时间，f l 为载波跳变频率；
所述地面应答器所产生的地面应答信号为：
；
其中，a j 为码片个数为M的地面应答器识别码序列[a 1, a 2, a 3,…, a j , …,a M ]的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，T s 为所述应答基带脉冲对的重复周期时间，f z 为载波跳变频率。
2.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述机载询问器的询问基带脉冲波形和所述地面应答器的应答基带脉冲波形相同，均为：
，
其中，所述σ为标准方差。
3.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述机载询问器的伪随机序列与所述地面应答器的伪随机序列相同，均为巴克码序列。
4.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述机载询问器的载波跳变频率f l 和所述地面应答器的载波跳变频率f z 均工作在微波L波段，从跳频序列[f 1, f 2, …, f V ]中伪随机选取，所述V为跳频序列中跳频频点总个数。
5.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述地面应答器的地面发射单元的扩频调制过程为：
所述地面发射单元产生具有良好自相关特性的伪随机序列[c 1, c 2, c 3,…, c k , …,c N ]，按所述伪随机序列从低至高的码片顺序，将所述伪随机序列的各个码片幅值c k 分别与所述应答基带脉冲对信号[γ(t)+γ(t-T p )]相乘，完成应答脉冲对扩频调制，形成应答脉冲对扩频调制信号，具体为：
，
其中，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
6.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述地面应答器的地面发射单元的识别码加载过程为：
所述地面发射单元产生地面应答器的识别码序列[a 1, a 2, a 3,…, a j , …,a M ]，按所述识别码序列从低至高的码片顺序，将所述识别码序列的各个码片幅值a j 分别与应答脉冲对扩频调制信号相乘，完成识别码加载，形成识别码加载信号，具体为：
，
其中，a j 为码片个数为M的识别码序列的第j个码片幅值，c k 为码片个数为N的伪随机序列的第k个码片幅值，γ(t)为应答基带脉冲波形，T p 为应答基带脉冲对的脉冲间隔时间，iT s 表示所述应答基带脉冲对的第i个重复周期时间。
7.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述地面应答器的地面发射单元所产生的识别码序列[a 1, a 2, a 3,…, a j , …,a M ]的每个码片时间长度，等于所述地面应答器的地面发射单元所产生的伪随机序列[c 1, c 2, c 3,…, c k ,…,c N ]所有码片时间长度的总和。
8.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述机载询问器和所述地面应答器的天线均为收发共用天线。
9.根据权利要求1所述的用于近程导航的抗干扰无线电测距装置，其特征在于，所述机载询问器所产生的询问基带脉冲对信号和所述地面应答器所产生的应答基带脉冲对信号，其脉冲间隔时间均有两种模式：T p =12μs或T p =30μs。
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