陸強(qiáng)　孫昊　程翊昕

摘要：本文介紹了一種針對導(dǎo)航試驗(yàn)系統(tǒng)的集成數(shù)字化角度參數(shù)校準(zhǔn)技術(shù)解決方案，最終解決了相關(guān)試驗(yàn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)溯源問題，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)導(dǎo)航產(chǎn)品的校準(zhǔn)溯源。

關(guān)鍵詞：引導(dǎo)信號;機(jī)載導(dǎo)航;校準(zhǔn)技術(shù)

中圖分類號：V249 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）06-0131-01

測角信號由前導(dǎo)碼、扇區(qū)信號、“往”掃時隙、暫停時間和“返”掃時隙組成。其中：前導(dǎo)碼和扇區(qū)信號是采用DPSK調(diào)制方式的數(shù)字調(diào)制信號，機(jī)載設(shè)備可通過前導(dǎo)碼識別仰角和方位角?！巴睊邥r隙和“返”掃時隙是采用幅度調(diào)制的模擬調(diào)制信號，往返脈沖的時間間隔經(jīng)過換算即為方位角和仰角信息。

地面/艦載設(shè)備按照精確的時分多路復(fù)用格式發(fā)射各類調(diào)制后的數(shù)據(jù)信號和角度引導(dǎo)信號，并在覆蓋扇區(qū)內(nèi)快速往返掃描，覆蓋區(qū)內(nèi)任何一架裝有機(jī)載設(shè)備的飛機(jī)都能接收到引導(dǎo)信息，當(dāng)往返波束信號掃過飛機(jī)所在位置由機(jī)載設(shè)備接收后，通過解調(diào)和處理，得到所需信息并測量往返脈沖時間間隔，計算出飛機(jī)的方位角和仰角，與精密測距設(shè)備配合完成著陸。角度和時間換算關(guān)系如圖1所示。

圖1中T0是飛機(jī)以零角度進(jìn)近時接收到的往返脈沖包絡(luò)頂部峰值的時間間隔，是固定值并與信號的掃描速率有關(guān);t是飛機(jī)以任意角度進(jìn)近時接收到往掃脈沖和返掃脈沖的時間間隔。角度計算公式為：

對應(yīng)的時間間隔的最大允許誤差要求根據(jù)下式計算：

信號采用模擬調(diào)制的方式產(chǎn)生“往”脈沖信號和“返”脈沖信號，這兩個脈沖信號的形狀有著嚴(yán)格的定義，1°對應(yīng)50μs，即0.001°對應(yīng)50ns。

角度校準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度為0.002°，可計算得校準(zhǔn)系統(tǒng)對角度信號包絡(luò)時間間隔測量的最大允許誤差應(yīng)小于200ns，因此角度校準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)方式為信號包絡(luò)的時間間隔測量，如圖2所示。

由此可見為保證測量精度，雙脈沖的定時點(diǎn)選取應(yīng)盡可能準(zhǔn)確一致，其誤差直接關(guān)系到角度測量的準(zhǔn)確程度。在項(xiàng)目研究過程中試驗(yàn)了數(shù)字信號求導(dǎo)運(yùn)算法和半幅點(diǎn)定時法兩種方案來解決定時點(diǎn)提取問題。

由于脈沖包絡(luò)波形的斜率在信號上升初期較為陡峭，此時對其進(jìn)行時間標(biāo)定可以提高測量的準(zhǔn)確度，因此本項(xiàng)目采用半幅點(diǎn)來確定往返脈沖的時間點(diǎn)。將脈沖信號包絡(luò)幅度的半電平點(diǎn)作為雙脈沖統(tǒng)一的定時點(diǎn)，能夠大幅減小頂部平坦帶來的定時誤差。由于脈沖包絡(luò)波形的斜率在信號上升初期較為陡峭，此時對其進(jìn)行時間標(biāo)定可以提高測量的準(zhǔn)確度。

首先，測量脈沖包絡(luò)峰值電平，記為V0;

其次，對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行截取，通過采樣率計算電平值為V0/2的數(shù)據(jù)點(diǎn)時刻;

最后，對多個數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行插值處理，精確計算雙脈沖時間間隔。

同時，在測量過程中，利用高斯白噪聲期望值為零的特性，采用平均的方法去除噪聲的影響，選擇合理的平均次數(shù)可以使信號在不失真的情況下大幅減小重疊噪聲，對消除廣泛范圍的噪聲可以達(dá)到其他方法無法達(dá)到的效果。

數(shù)字化模塊采集到的信號幅度由信號幅度A（t）和噪聲幅度N（t）相加，即：

在采樣周期內(nèi)，任何采樣點(diǎn)的幅度值是噪聲和信號的和，即：

m次重復(fù)后相加的值和為：

在采樣點(diǎn)i位置的信號組成部分周期相同。如果信號穩(wěn)定，掃描十分均衡，在采集m次脈沖后，信號幅值是各時間位置的m倍：

在隨機(jī)干擾條件下，假定信號與噪聲沒有聯(lián)系，噪聲幅度相加的值為0 ，假設(shè)第i次采樣噪聲的均方差值為，則：

則m個周期后的噪聲與信號幅度比為：

因此，在平均m次的情況下，噪聲與信號幅度比會降低倍，很好的解決了信號抖動過大、幅度不穩(wěn)定的問題。

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An Airborne Navigation Signal Angle Parameter Calibration Technique

LU Qiang，SUN Hao，CHENG Yi-xin

（The 20th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Xi'an Shaanxi? 710068）

Abstract：This paper introduces an integrated digital angle parameter calibration technology solution for the navigation test system， which finally solves the calibration traceability problem of the relevant test system and realizes the calibration traceability of related navigation products.

Key words：pilot signal; airborne navigation; calibration technique