基于相關(guān)運算的TACAN信號檢測方法

摘?要：根據理論設計出不同工作模式下的基準脈沖，作為本地脈沖序列并進(jìn)行0、1編碼，接收機接收到TACAN信號后，依據相同的規則進(jìn)行0、1編碼，把本地脈沖編碼序列與接收到編碼序列進(jìn)行相關(guān)，通過(guò)相關(guān)峰值判斷是否存在TACAN信號。

關(guān)鍵詞：TACAN信號；相關(guān)峰值；編碼序列

1 概述

導航己成為現代生活中重要的一部分 , 比如車(chē)輛駕駛、信息定位等各個(gè)方面，在軍事方面，導航的作用突出了它的重要性。1955 年，美國軍方研制出了近程無(wú)線(xiàn)電導航系統，簡(jiǎn)稱(chēng)為塔康（TACAN），塔康的作用是同時(shí)完成測位與測距。近程無(wú)線(xiàn)電導航系統主要組成部分是機載設備和塔康地面設備，還包括信標模擬器和信標監測器、塔康指示控制設備等，該系統的實(shí)現方式是按照地面設備為中心、以 350~500 公里為半徑，從而對在此區域內的飛機進(jìn)行導航服務(wù)，因此又稱(chēng)航空無(wú)線(xiàn)電近程導航系統。

塔康是現代飛機 CNS 系統中不可或缺的環(huán)節，其主要作用在于可以實(shí)現以下功能：測距、測向和信標臺識別。在實(shí)際應用中，需要與塔康機載設備相適應的塔康信標模擬器，從而實(shí)現機載設備的測試；模擬信標的設計方式一般采取的是與硬件相結合。隨著(zhù)技術(shù)發(fā)展，新的概念不斷被提出，其中之一便是“綜合航電”，它意味著(zhù)航電測試系統的對象從之前的單一化航電系統轉變?yōu)榫C合性航電多系統。

2 TCAN信號模型

如圖 1 所示，塔康系統的調制方式有兩種：脈沖調制（PM）以及調幅調制（AM）。

其中調幅調制方式原理如下：主要塔康地面信標臺中央天線(xiàn)經(jīng)過(guò)旋轉，從而生成了輻射信號；輻射信號在經(jīng)過(guò)第一級調制器件后，該調制器件會(huì )不斷地旋轉，轉速為每 s15 圈，產(chǎn)生 15 Hz 脈沖包絡(luò )調制信號；輻射信號在經(jīng)過(guò)第二級調制器件后，該調制器件會(huì )不斷的旋轉，轉速為每 s135 圈，產(chǎn)生 135 Hz 脈沖包絡(luò )調制信號。

塔康脈沖包絡(luò ) AM 調制信號的函數表達式為：

塔康也稱(chēng)為近程極坐標式無(wú)線(xiàn)電導航系統，它可以為飛機提供距離和方位的導航相關(guān)信息。其中，方位信號由兩部分構成，基準信號以及包絡(luò )信號。

基準信號由視頻編碼脈沖序列組成，該序列有其固定的編碼特征；視頻編碼脈沖的組成部分包括主基準脈沖、輔基準脈沖。

塔康系統分為兩種工作模式：X 模式和 Y 模式，工作模式的不同所對應的脈沖序列編碼特征也不一樣。

在 X 工作模式下，它的主基準脈沖是脈沖對編碼序列，脈內時(shí)間間隔是 12 μs ，脈沖對時(shí)間間隔是 18 μs ；在 Y 工作模式下為 30 μs 。

在 X、Y 工作模式下，它們的輔基準脈沖是連續脈沖序列，其間隔時(shí)間分別是 12 μs ，15 μs。

本次實(shí)驗中以 X 工作模式下為例，對塔康信號完成檢測仿真實(shí)驗分析。

3 X模式主基準脈沖序列檢測識別分析

3.1 X模式主基準脈沖本地序列編碼

塔康信號由脈沖這一基本單元組成，它的形狀如圖 2 所示。

圖2 塔康信號脈沖示意圖

TOA：脈沖上升沿處于半峰值時(shí)相應時(shí)刻，其意義為脈沖的到達時(shí)間。TOA 的兩種物理意義：當前信號的時(shí)刻以及當前脈沖與相鄰脈沖和脈沖對之間的間隔時(shí)間。這是 TACAN 信號的特征參數之一。

PW：脈沖上升沿半峰值以及其下降沿半峰值之間所形成的時(shí)間差值，也稱(chēng)為脈沖寬度。PW = 3.5 ±0.5 μs。

PA：脈沖的最高點(diǎn)所對應的數值，即脈沖幅度。主要制約因素有信號功率、以及信號之間的傳輸距離等，PA 可以作為當接收端需要分辨離散出不同信號源的信號的時(shí)候重要的參考部分。

脈沖的上升時(shí)間 = 2.0±0.25 μs。

脈沖的下降時(shí)間 = 2.5±0.25 μs。

根據 TCAN 協(xié)議，X 工作模式下，它的主基準脈沖序列如圖 3 所示。

假設采樣率為 1 MHz，在 X 工作模式下，對其主 基準脈沖序列實(shí)現 01 編碼，01 編碼的規則是在脈沖的峰值處為 1，剩余部分為 0，該序列在進(jìn)行編碼完成后， 其值為 [1000000000001,...1000000000001]。

3.2 X模式主基準脈沖序列檢測

接收機接收到信號后，下變頻到基帶 IQ 信號，并求出幅度值，其計算公式如下：

根據幅度門(mén)限 thd，在時(shí)域上提取出脈沖信號，并進(jìn)行峰值提取，確定峰值的位置；根據 3.1 中的方法進(jìn)行脈沖序列量化，量化后的脈沖序列與本地量化后的脈沖序列進(jìn)行相關(guān)運算。當接收到的信號為 X 模式主基準脈沖序列時(shí)，最大的相關(guān)峰值為 24，考慮到在實(shí)際應用中，受到環(huán)境影響，存在誤碼的可能，設置相關(guān)峰值最小門(mén)限為 23，最大門(mén)限為 25，若相關(guān)峰值落在此門(mén)限范圍內的值，則認為檢測到X模式主基準脈沖序列。其檢測流程如圖 4 所示。

4 仿真及結果分析

接收機的采集帶寬為 1 MHz，采樣率 fs 為 1.6 MHz，圖5為通過(guò)基帶IQ求出幅度的數據，橫坐標為采樣點(diǎn)數，縱坐標為幅度值，圖 6 為接收序列編碼后與本地編碼序列相關(guān)峰值圖，橫坐標為采樣點(diǎn)數，縱坐標為相關(guān)峰值。

從圖 5 中可以看出，在 1 356 點(diǎn)處出現了 X 模式主基準脈沖序列，從圖 6 中可以看出，在 1 365 點(diǎn)處存在峰值為 24 的相關(guān)峰，說(shuō)明通過(guò)本文中的方法，能夠準確的識別出 TCAN 信號并初步確定 X 模式主基準脈沖序列的起始位置，從而驗證了此方法的可行性。

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(注：本文轉載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)