徐達(dá)峰，楊建波

（空軍航空大學(xué) 吉林 長(zhǎng)春 130022）

TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機(jī)消息處理機(jī)制的MATLAB仿真

徐達(dá)峰，楊建波

（空軍航空大學(xué) 吉林 長(zhǎng)春 130022）

戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為L(zhǎng)ink 16數(shù)據(jù)鏈的補(bǔ)充鏈路，能夠更好地補(bǔ)充Link 16在網(wǎng)絡(luò)邊緣處通信性能的不足。因此，在借鑒Link 16數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機(jī)制的基礎(chǔ)上，首先分析了TTNT數(shù)據(jù)鏈消息處理機(jī)制的原理，然后運(yùn)用MATLAB的SIMULATION仿真模塊對(duì)消息處理機(jī)制進(jìn)行了模塊構(gòu)建，最后得到了TTNT的信號(hào)模擬波形。

航空電子對(duì)抗；TTNT數(shù)據(jù)鏈；消息處理機(jī)制；MATLAB仿真

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,戰(zhàn)爭(zhēng)形式也正在經(jīng)歷從原來(lái)的機(jī)械化向高科技化的轉(zhuǎn)變。美軍在使用Link 16數(shù)據(jù)鏈的過(guò)程中,出現(xiàn)了戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)傳遞緩慢、地面目標(biāo)瞄準(zhǔn)精度不足等缺點(diǎn),正是基于此原因,美軍開(kāi)發(fā)了新一代數(shù)據(jù)鏈——TTNT[1]。而最適合TTNT數(shù)據(jù)鏈的收發(fā)機(jī)消息處理機(jī)制,對(duì)于TTNT用戶之間進(jìn)行快速、安全的信息交換具有非常大的影響,通過(guò)MATLAB的SIMULATION仿真模塊對(duì)消息處理機(jī)制進(jìn)行仿真,可以以最低成本驗(yàn)證該機(jī)制的有效性和實(shí)用性,以便更有效地進(jìn)行對(duì)美軍TTNT數(shù)據(jù)鏈的研究。

1 消息處理機(jī)制原理

TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機(jī)包括了RS(Reed-Solomon)編碼器、符號(hào)交織器、循環(huán)碼移鍵控(CCSK)調(diào)制器、高斯最小頻移鍵控(GMSK,Gaussian Minimum Keyed)碼片調(diào)制器等單元[2],其結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

圖1 TTNT收發(fā)機(jī)的消息處理模型Fig.1 The model of TTNT's message processing mechanism of transceiver

1)RS編碼

RS編碼會(huì)使用m個(gè)比特進(jìn)行排列組合來(lái)得到M個(gè)符號(hào),即M=2m。在一個(gè)TTNT信息到達(dá)物理層時(shí),會(huì)按5bit標(biāo)準(zhǔn)被分成多個(gè)數(shù)據(jù)組。35bit的報(bào)頭數(shù)據(jù)被分成7組后,每組5bit數(shù)據(jù)段經(jīng)過(guò)RS(16,7)編碼,就得到了16個(gè)5bit的報(bào)頭數(shù)據(jù)段分碼組；而含有報(bào)文頭的 15個(gè)符號(hào)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) RS (31,15)編碼后進(jìn)入到符號(hào)交織單元。

2)符號(hào)交織

對(duì)消息進(jìn)行交織的目的是為了提高消息的抗干擾能力,以減少由于消息頭部符號(hào)受到干擾而導(dǎo)致通信介質(zhì)傳輸性能的下降,在接收端只需作相反的處理既可還原消息。

3)CCSK調(diào)制

一個(gè)32碼片長(zhǎng)度的序列經(jīng)過(guò)向左位移后,與所有的32碼片長(zhǎng)度的序列進(jìn)行互相關(guān),以此來(lái)確定應(yīng)該接收的碼字。

4)GMSK調(diào)制

與Link 16數(shù)據(jù)鏈采用的MSK調(diào)制相比,GMSK在調(diào)制前采用了高斯濾波器進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波,減小載波在切換頻點(diǎn)時(shí)的跳變能量,可以最大化信道的吞吐量,有效減少誤碼率[3]。

GMSK調(diào)制過(guò)程如圖2所示。

圖2 GMSK調(diào)制過(guò)程Fig.2 The modulation process of GMSK

輸入信號(hào)ak經(jīng)過(guò)預(yù)調(diào)濾波器后,原本一個(gè)字符的傳送周期(碼元寬度T)會(huì)被擴(kuò)展成kT(k∈KN+,k＞2)。預(yù)調(diào)濾波器的沖激響應(yīng)可以表示為：

經(jīng)過(guò)差分編碼、串/并轉(zhuǎn)換等運(yùn)算后可以得到GMSK信號(hào)的表達(dá)式：

式(2)中,a表示輸入數(shù)據(jù),T表示碼元寬度。

其中g(shù)(t)在[0,L]上可以表示為

5)GMSK解調(diào)

GMSK解調(diào)過(guò)程如圖3所示。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)中頻濾波器濾波出去高頻分量后,分成兩路進(jìn)行處理,其中一路經(jīng)過(guò)2T的延遲,另一路不做變化,兩路信號(hào)相乘再經(jīng)低通濾波器處理后,由判決門得到解調(diào)后的信息[4]。

圖3 GMSK解調(diào)過(guò)程Fig.3 The demodulation process of GMSK

2 消息處理機(jī)制模型

根據(jù)上述的消息處理機(jī)制原理,下面使用MATLAB的SIMULINK功能模塊對(duì)TTNT收發(fā)機(jī)的消息處理機(jī)制進(jìn)行模型搭建[5-6]：

1)CCSK模塊

CCSK模塊中包含了clock、counter、bit2integer converter、unipolar2bipolar converter、subsystem、multiport switch等子模塊,其結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 CCSK模塊Fig.4 CCSK module

2)GMSK模塊

GMSK 模 塊 中 包 含 了 AWGN Channel、Modulator Baseband、Error Rate Calculator、Error Rate、Binary Generator和Spectrum Scope等子模塊,其結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3)FH模塊

FH 模 塊 包 含 了 GMSK modulator baseband、GMSK demodulator baseband、assemble packets、AWGN channel等子模塊,其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

3 機(jī)制仿真

在真實(shí)作戰(zhàn)場(chǎng)景中,TTNT收發(fā)機(jī)的天線采用了全向模式,以便及時(shí)與周圍同伴進(jìn)行聯(lián)系。下面取其中一個(gè)方向進(jìn)行模擬仿真,同時(shí)TTNT信號(hào)采用以TTNT頻率群為載波頻率的形式進(jìn)行空間通信,得到的TTNT信號(hào)波形如圖7所示。

從圖7中可以看出,兩個(gè)作戰(zhàn)單元在一個(gè)方向使用TTNT模式進(jìn)行通信時(shí),每個(gè)傳輸序列中包含16個(gè)脈沖,每

個(gè)脈沖的載波頻率在TTNT數(shù)據(jù)鏈的16個(gè)頻點(diǎn)中隨機(jī)選??；而4個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行并行傳輸,信號(hào)彼此之間就不會(huì)產(chǎn)生干擾,結(jié)果與預(yù)期相符合。

圖5 GMSK模塊Fig.5 GMSK module

圖7 TTNT信號(hào)波形Fig.7 TTNT's signal waveform

4 結(jié)論

以TTNT數(shù)據(jù)鏈的收發(fā)機(jī)消息處理機(jī)制為主線,首先簡(jiǎn)單分析了其消息處理機(jī)制的原理,之后通過(guò)MATLAB的SIMULINK模塊對(duì)消息處理機(jī)制進(jìn)行了模型搭建,最后得到了TTNT的信號(hào)波形圖。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,仿真得到的TTNT波形與實(shí)際的發(fā)射波形樣式相同,說(shuō)明此模型可以有效反映TTNT數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)瞻l(fā)機(jī)消息處理機(jī)制的特性,具有很好的實(shí)用性。

追蹤的有軌電車軌道識(shí)別算法能夠有效識(shí)別軌道,準(zhǔn)確提取感興趣區(qū)域。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)驗(yàn)證,在上文提到的軟硬件環(huán)境下,算法耗費(fèi)的時(shí)間約為0.15 s,滿足實(shí)時(shí)性要求。

4 結(jié)論

本文提出一套從圖像預(yù)處理到軌道模型構(gòu)建、覆蓋整個(gè)流程、滿足實(shí)時(shí)性要求的有軌電車軌道識(shí)別算法。該算法首先利用有軌電車凹形軌實(shí)際特征提出基于多閾值的軌道區(qū)域分割方法,結(jié)合骨架提取思想提出具有較強(qiáng)抗干擾性的像素追蹤方法,最后利用最小二乘分段二次擬合方法構(gòu)建軌道模型。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,有軌電車軌道識(shí)別的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性均可以得到滿足。本文提出的算法的參數(shù)大多使用經(jīng)驗(yàn)閾值,不具備自適應(yīng)性,這是本文尚存在的不足,也是未來(lái)研究的方向。此外,在智能交通領(lǐng)域,真正具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的圖像視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是對(duì)采集的圖像實(shí)時(shí)處理,動(dòng)態(tài)追蹤,因而將單幀算法應(yīng)用到系統(tǒng)中去,真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)獲取實(shí)時(shí)處理也是下一步的工作方向。

[1]CHENG Hong,ZHENG Nan-ning,ZHANG Xue-tao,et al.Interactive road situation analysis for driver assistance and safety warning systems：Framework and algorithms[J].IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems,2007,8 (1)：157-167.

[2]Nassu B T,Ukai M.Rail extraction for driver support in railways[C]//Intelligent Vehicles Symposium (IV),2011 IEEE.IEEE,2011：83-88.

[3]李了了,鄧善熙,丁興號(hào).基于大津法的圖像分塊二值化算法[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005(14)：76-77.

[4]李俊.基于邊緣特征及對(duì)稱差分的鐵路安全圖像處理技術(shù)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué),2009.

[5]柴世紅.基于邊緣檢測(cè)的鐵軌識(shí)別 [J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用, 2009(4)：1-3.

[6]Uribe J A,Fonseca L,Vargas J F.Video based system for railroad collision warning[C]//2012 IEEE International Carnahan Conference on.Security Technology (ICCST),IEEE, 2012：280-285.

[7]宋娟.路軌自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)及障礙物識(shí)別技術(shù)的研究[D].杭州：浙江大學(xué),2008.

The MATLAB simulation on TTNT's message processing mechanism of transceiver

XU Da-feng,YANG Jian-bo
(Aviation University of Air Force,Changchun 130022,China)

As an important addition to Link 16 data link,Tactical Targeting Network Technology could supple-ment the communication performance of Link 16 data link,which has shortage at the edge of its network.As for,on the basis of Link 16's message processing mechanism of transceiver,it analyses the principle of TTNT's message processing mechanism of transceiver firstly.Then,it gives a model of its message processing mechanism of transceiver by means of the simulation module of MATLAB.Finally,it gets the simulative waveform of TTNT's signal.

aerospace electronic warfare；tactical targeting network technology data link；message processing mechanism of transceiver；MATLAB simulation

TN915.04

：A

:1674-6236(2015)23-0155-03

2015-04-08稿件編號(hào)：201504068

徐達(dá)峰(1989—)，男，浙江臨安人，碩士。研究方向：通信前沿技術(shù)。