一种新型某导航设备脉冲识别方法的设计与实现.pdf

2023 年 8 月第 4 期 现代导航 261 一种新型某导航设备脉冲识别方法的设计与实现 孙伟玮1，杜毅鹏2,3（1 海军装备部；2 中国电子科技集团公司第二十研究所，西安 710068；3 陕西省组合与智能导航重点实验室，西安 710068）摘 要：延时比较法是某导航设备脉冲识别设计方法之一。设备信标在使用该方法进行脉冲识别时，脉冲识别时间过长，无法满足设备应答延时的需要。设计了一种新型设备脉冲识别方法，经验证，该方法有效缩短脉冲识别时间，具有较强的使用价值。关键词：延时比较法；脉冲识别；应答延时 中图分类号：TN95 文献标志码：A 文章编号：1674-7976-(2023)-04-261-03 Design and Implementation of New Navigation Equipment Pulse Recognition Method SUN Weiwei,DU Yipeng Abstract:Time-delay comparison method is one of the navigation equipment pulse recognition design methods.When the Navigation equipment beacon uses this method for pulse recognition,the pulse recognition time is too long,which cannot meet the need of the Navigation equipment response delay.A new Navigation equipment pulse recognition method is delayed and it is proved that this method can shorten the time of pulse recognition effectively and has a strong use value.Key words:Time-Delay Comparison Method;Pulse Recognition;Response Delay 0 引言 某导航设备作为航空最主要的导航设备之一，具有测位和测距两种功能，由设备信标（地面设备）和机载设备组成，为以设备信标为中心、半径为350500 km 范围内的机载设备提供导航服务1。设备测距采用“询问/应答”式双程脉冲原理，由机载设备发出询问脉冲对，设备信标在接收到有效询问脉冲对后，间隔一定时间发出应答脉冲，完成设备测距功能2-5。设备标准规定，Y 模式下询问 收稿日期：2023-05-19。孙伟玮（1985.12），山东平度人，硕士，工程师，主要研究方向为地面及舰面导航装备研制、生成及其质量监督。脉冲对编码间隔 36 s，应答延时时间 56 s。在实际工程应用中，设备信标硬件本身存在较长的固定延时，应用延时比较法识别脉冲时，会使系统应答延时时间超过 56 s，影响设备测距精度。一种新型设备脉冲识别方法应运而生，它改进原有脉冲识别方法，进一步缩短识别脉冲所需时间，使设备信标整体应答延时满足使用要求。1 某导航设备信标应答原理 设备信标应答原理如图 1 所示，它由下变频、模数转换（Analog to Digital，A/D）欠采样、数字滤波解调、电平判决、脉冲识别和译码六部分功能组成6-10。机载设备发出询问信号，由天线送至某 262 现代导航 2023 年 导航设备应答器进行下变频处理，将接收的射频信号转为中频信号。中频信号经过 A/D 欠采样后送至应答器现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）中进行数字滤波解调和电平判决，得到有效的基带信号。通过对基带信号进行脉冲识别和译码，获取有效询问脉冲对，并对其进行应答。数字滤波解调天线信号电平判决脉冲识别译码应答触发A/D欠采样下变频 图 1 某导航设备信标应答原理 2 功能设计 根据工程实践经验，信号通过下变频、A/D、电平判决和译码处理功能时仅存在系统固有延时，很难对延时时间进行缩减；数字滤波解调功能虽存在带通滤波器设计，但设计相对成熟，无法有效减少系统延时时间。可以看出，脉冲识别功能设计，是缩短某导航设备信标应答延时的关键。2.1 延时比较法设计 延时比较法是设备脉冲识别设计方法之一，如图 2 所示。延迟衰减比较最大值t时间/s幅度/V时间/s时间/s时间/s时间/s幅度/V幅度/V幅度/V幅度/V定时点截止点 图 2 延时比较法识别脉冲示意图首先将接收到的高斯脉冲进行采样点延时 t，延时脉冲幅度为 AMt；其次将高斯脉冲幅度减半，寻找减半后脉冲幅度最大值 AMmax，形成峰值检测电平；然后将峰值检测电平 AMmax与延迟后的脉冲信号进行比较，满足 AMmaxAMt，获得高斯脉冲的定时点和截止点，即得到一个矩形脉冲。对矩形脉冲进行宽窄鉴别，其标称宽度为 3.5 s，取适当范围作为判别依据，判别脉冲有效性。由于延时比较法需要获得高斯脉冲幅度减半最大值 AMmax，才能和延时脉冲进行比较，所以获得定时点和截止点的时间过长，影响设备信标整体应答延时。该方法优点也很明显，脉冲宽度检测精准，适用于对延时时间不敏感的设备使用。2.2 改进方法设计 改进方法不再需要获得高斯脉冲幅度减半最大值，其识别脉冲示意如图 3 所示。首先将高斯脉冲 P0进行采样点延时 t0、t1，获得两个延时高斯脉冲 P1、P2，其次将高斯脉冲 P0、P2幅度减半。将三个高斯脉冲幅度进行对比，满足幅度 AMP0AMP1且 AMP2AMP1，找到对应的定时点和截止点，获得矩阵脉冲。对矩阵脉冲进行宽窄鉴别，判别脉冲有效性。延迟延迟比较衰减衰减时间/s幅度/Vt0t1时间/s时间/s时间/s时间/s时间/s幅度/V幅度/V幅度/V幅度/V幅度/V定时点截止点图 3 改进方法识别脉冲示意图 由于该方法无需获得高斯脉冲幅度减半最大值，所以获得定时点和截止点的时间较短，可有效 第 4 期 孙伟玮等：一种新型某导航设备脉冲识别方法的设计与实现 263 缩短某导航设备信标系统应答延时。缺点为脉冲宽度取值不标准，和真实脉冲宽度存在偏差。根据实际工程经验，使用该方法带来的脉冲宽度偏差不影响某导航设备信标正常的脉冲识别。3 结果分析 延时比较法和改进方法均用于设备信号脉冲识别。基于两种脉冲识别方法，设计仿真程序，仿真结果如图 4 所示。起始点起始点0t0t1t2t3起始点起始点1半幅度点半幅度点图 4 某导航设备脉冲识别仿真图 从图 4 可以看出，两种方法的脉冲识别宽度均符合某导航设备脉冲宽窄鉴别标准。不同的是，改进方法获得定时点和截止点的时间更短，更有利于快速识别脉冲。4 结语 本文设计了一种新型导航设备脉冲识别方法，通过仿真和实际工程设计验证了该方法的正确性和可行性。与传统方法相比，该方法在满足设备脉冲宽度宽窄鉴别标准的同时，有效缩减脉冲识别时间，为设备信标测距功能提供强有力的技术保障。参考文献：1 王海青，王岩，杨广双.塔康仿真系统的设计J.飞机设计，2013（2）.2 庞育才.TACAN 信号处理仿真分析及硬件系统方案设计D.哈尔滨：哈尔滨工程大学，2013.3 李朝阳，张天伟，郑志聪.软件化塔康信标模拟系统的设计J.计算机测量与控制，2017（7）.4 李亚军.机载塔康无源定位方位研究J.无线电工程，2019（3）.5 庞育才，张朝柱，董海，等.TACAN 信号侦收处理技术J.电讯技术，2011（10）.6 王辑.TN30 塔康信号处理及控制系统改进设计D.西安：西安电子科技大学，2012.7 郑玉，陈跃，梁海军.一种 IFF/TACAN 信号模拟的实现方法J.电子信息对抗技术，2017（4）.8 李朝阳，张天伟，郑志聪.软件化塔康信标模拟系统的设计J.计算机测量与控制，2017（7）.9 姜力茹，任建辉，许云达，等.基于 FPGA+DSP 的TACAN 信号检测仪设计J.电光与控制，2016（10）.10 杨法红，章小梅，姜茂仁.基于 DDS 的塔康地面信标信号产生电路设计J.计算机测量与控制，2008（2）.时间/s t0 t1 t3 t2