張金榮,吳　嶺,游莎莎

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京 100094)

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融合調(diào)頻遙測(cè)和偽碼測(cè)距的寄生調(diào)制技術(shù)

張金榮,吳嶺,游莎莎

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京 100094)

針對(duì)飛行器測(cè)控系統(tǒng)將高碼率遙測(cè)數(shù)據(jù)和偽碼測(cè)距信號(hào)分流傳輸?shù)牟蛔?提出一種全新遙外測(cè)體制,將測(cè)距偽碼(pseudo-noise,PN)寄生在調(diào)頻(frequency modulation,FM)遙測(cè)信號(hào)中,生成一種融合調(diào)頻遙測(cè)和偽碼測(cè)距的寄生調(diào)制信號(hào),實(shí)現(xiàn)高碼率遙測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)距信號(hào)的單流傳輸。研究FM+PN體制的調(diào)制、解調(diào)原理,從理論上分析信號(hào)頻譜及遙外測(cè)性能,并通過(guò)仿真得到不同參數(shù)下的頻譜特性、遙測(cè)解調(diào)誤碼率和測(cè)距精度,給出了調(diào)制參數(shù)選擇建議。仿真結(jié)果表明,將FM+PN體制應(yīng)用到飛行器測(cè)控系統(tǒng)中,可將所需帶寬降低為現(xiàn)有測(cè)控體制的40%,大大提高帶寬利用率,而遙測(cè)誤碼率性能損失很小。

遙測(cè); 測(cè)距; 調(diào)頻; 偽碼; 寄生調(diào)制; 帶寬效率

0　引　言

在飛行器測(cè)控系統(tǒng)中,對(duì)于存在較明顯火焰干擾或相位干擾的飛行目標(biāo),調(diào)頻(frequency modulation,FM)體制是常用的遙測(cè)體制[1-2],基于偽碼(pseudo-noise,PN)測(cè)距的擴(kuò)頻體制是常用的外測(cè)體制[3]。若飛行器測(cè)控系統(tǒng)同時(shí)存在遙測(cè)和外測(cè)任務(wù)需求,目前的解決方式是采用兩個(gè)信號(hào)流分別傳輸FM遙測(cè)信號(hào)和擴(kuò)頻外測(cè)信號(hào)。這種分流傳輸?shù)臋C(jī)制存在以下不足:首先,遙測(cè)信號(hào)和外測(cè)信號(hào)通過(guò)兩個(gè)不同點(diǎn)頻的信號(hào)流獨(dú)立傳輸,需占用較大的帶寬;其次,需配置兩套發(fā)射機(jī)和兩套接收機(jī),設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜,研制經(jīng)費(fèi)高。隨著遙測(cè)碼速率不斷增加,測(cè)控目標(biāo)數(shù)不斷增多,有限的帶寬資源顯得日益緊張,對(duì)于帶寬利用率高的新遙外測(cè)體制的需求日益迫切。

為提高帶寬利用率,美國(guó)國(guó)家航天航空局(national aeronautics and space administration,NASA)提出了基于高斯最小頻移鍵控(Gaussian minimum-shift keying,GMSK)和PN測(cè)距的GMSK+PN技術(shù)[4],支持高碼率載荷遙測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)距信號(hào)的同時(shí)傳輸,可滿足空間頻率協(xié)調(diào)組(space frequency coordination group,SFCG)對(duì)空間頻譜的約束要求[5]。GMSK+PN技術(shù)具有頻譜效率高的優(yōu)勢(shì),成為近幾年的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢(xún)委員會(huì)(consultative committee for space data systems,CCSDS)研討會(huì)上的討論熱點(diǎn)[6-10],CCSDS射頻調(diào)制組正在制定相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[11]。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)該技術(shù)進(jìn)行了跟蹤研究[12-13]。然而,GMSK+PN技術(shù)的應(yīng)用方向是衛(wèi)星測(cè)控系統(tǒng),而某類(lèi)飛行器測(cè)控系統(tǒng)主要采用抗多徑、抗相位干擾能力強(qiáng)的FM體制完成遙測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸。目前,FM遙測(cè)與測(cè)距合并設(shè)計(jì)的相關(guān)研究工作尚未見(jiàn)諸報(bào)端。

本文將FM遙測(cè)和PN測(cè)距進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),提出一種全新遙外測(cè)體制,記為FM+PN體制,將遙測(cè)數(shù)據(jù)和偽碼測(cè)距信號(hào)調(diào)制在同一載波上,僅傳輸一個(gè)信號(hào)流即可完成高碼率遙測(cè)和測(cè)距任務(wù)。FM+PN體制的新穎之處在于,其將測(cè)距偽碼疊加到FM遙測(cè)信號(hào)的相位上,生成新的相位既含測(cè)距信息又含遙測(cè)信息。通過(guò)設(shè)置合適的測(cè)距信號(hào)加權(quán)因子,可對(duì)遙測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)距信號(hào)進(jìn)行功率分配,相對(duì)于高碼率遙測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō),PN測(cè)距信號(hào)僅需較小功率,所以新的相位可看成是受到測(cè)距偽碼擾動(dòng)的FM遙測(cè)信號(hào)相位,從這個(gè)角度來(lái)看,FM+PN信號(hào)可以看作是寄生PN測(cè)距信號(hào)的FM信號(hào)。從信號(hào)形式來(lái)看,FM+PN信號(hào)在同一載波上實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)數(shù)據(jù)的調(diào)頻和測(cè)距信號(hào)的調(diào)相。

PN測(cè)距信號(hào)與FM遙測(cè)信號(hào)相位的疊加方式有兩種,一種是直接相加,另一種是將PN測(cè)距信號(hào)調(diào)制在副載波上后再與FM遙測(cè)信號(hào)相位相加。GMSK+PN技術(shù)的研究成果[6,13]表明,采用副載波調(diào)制后,不僅沒(méi)有獲得遙測(cè)性能的明顯提升,反而導(dǎo)致了信號(hào)帶寬的增大。因此,本文提出的FM+PN體制采用無(wú)副載波方式,即PN測(cè)距信號(hào)與FM遙測(cè)信號(hào)相位直接相加?，F(xiàn)有文獻(xiàn)[6-8,13]主要通過(guò)仿真獲得GMSK+PN技術(shù)的性能,本文則從理論上分析了FM+PN信號(hào)的頻譜特性、遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率和測(cè)距精度,并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證,得到了測(cè)控系統(tǒng)關(guān)注的帶寬、誤碼率曲線和測(cè)距隨機(jī)差等性能。

與現(xiàn)有測(cè)控系統(tǒng)將FM遙測(cè)信號(hào)和擴(kuò)頻測(cè)距信號(hào)分流傳輸相比,采用FM+PN體制,一方面,可大大提高帶寬利用率,增加可用頻段內(nèi)的測(cè)控目標(biāo)數(shù),解決未來(lái)帶寬資源緊張問(wèn)題;另一方面,可簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu),提高系統(tǒng)可靠性,降低設(shè)備研制經(jīng)費(fèi),特別是對(duì)體積和重量要求較高的飛行器載設(shè)備顯得尤為重要。

1　調(diào)制原理

基于FM+PN 體制的遙測(cè)和偽碼測(cè)距技術(shù)的調(diào)制過(guò)程如下:遙測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào)經(jīng)成形濾波后,送入積分器,得到遙測(cè)數(shù)據(jù)的FM相位φTM(t);PN序列經(jīng)過(guò)測(cè)距成形濾波后乘以加權(quán)因子h得到PN信號(hào)相位φRG(t);φTM(t)與φRG(t)相加后,生成新的相位既含遙測(cè)信息又含測(cè)距信息,對(duì)載波進(jìn)行相位調(diào)制,生成FM+PN調(diào)制信號(hào),如圖1所示。

圖1　FM+PN調(diào)制原理框圖Fig.1　Structure of FM+PN modulator

FM+PN調(diào)制的基帶信號(hào)可用式(1)表示:

(1)

(2)

式中,mTM為FM信號(hào)的調(diào)制指數(shù);ak為遙測(cè)數(shù)據(jù)符號(hào);Tb為數(shù)據(jù)符號(hào)周期;q(t)為相位響應(yīng)函數(shù),是脈沖成形函數(shù)g(t)關(guān)于時(shí)間t的積分,FM信號(hào)的成形脈沖為矩形脈沖,即

(3)

(4)

式中，φRG(t)為PN信號(hào)相位,傳輸測(cè)距信息,可表示為

(5)

(6)

式中,cn為偽碼符號(hào);Tc為偽碼符號(hào)周期;hsq/sin(t)為測(cè)距成形脈沖,可選擇矩形脈沖hsq(t)和正弦脈沖hsin(t),表示為

(7)

當(dāng)h=0時(shí),圖1退化為FM調(diào)制器,僅傳輸遙測(cè)信息;當(dāng)h≠0時(shí),同時(shí)傳輸遙測(cè)信息和偽碼測(cè)距信息,二者間會(huì)產(chǎn)生干擾。由于h取較小值,所以φRG(t)相對(duì)于φTM(t)是較小值,因此,式(1)所示的FM+PN信號(hào)主要取決于遙測(cè)數(shù)據(jù),可看作是寄生了PN測(cè)距信號(hào)的FM信號(hào)。從調(diào)制形式來(lái)看,遙測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)頻,測(cè)距信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)相,所以FM+PN調(diào)制融合了調(diào)頻和調(diào)相兩種調(diào)制方式。

2　解調(diào)原理

接收信號(hào)可表示為

(8)

式中,n(t)為信道噪聲。

由于h值較小,所以φRG(t)可看作是φTM(t)的干擾信號(hào),故接收信號(hào)可看作是受到測(cè)距信號(hào)干擾的FM信號(hào),近似為

(9)

因此,可把測(cè)距信號(hào)看作噪聲,將接收信號(hào)送入FM解調(diào)器,解調(diào)出遙測(cè)數(shù)據(jù)。而測(cè)距信號(hào)φRG(t)在FM+PN信號(hào)中所占的功率比很低,不能直接進(jìn)行解調(diào),需先去除接收信號(hào)中的遙測(cè)信息,重建得到PN測(cè)距信號(hào),再對(duì)其進(jìn)行解調(diào),得到偽距。FM+PN信號(hào)的解調(diào)原理框圖如圖2所示,包括FM解調(diào)、PN測(cè)距信號(hào)重建和PN測(cè)距信號(hào)解調(diào)3個(gè)部分。

圖2　FM+PN解調(diào)原理框圖Fig.2　Structure of FM+PN demodulator

FM信號(hào)的解調(diào)可采用多符號(hào)檢測(cè)(multi-symbol detection,MSD)算法[14]。由于FM信號(hào)是一種有記憶的連續(xù)相位調(diào)制信號(hào),某時(shí)刻的信號(hào)波形不僅與當(dāng)前符號(hào)有關(guān),還受之前符號(hào)的影響,因此,觀測(cè)若干個(gè)符號(hào)進(jìn)行聯(lián)合檢測(cè),可實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)的最佳解調(diào)。MSD算法的基本原理是在相位網(wǎng)格圖上搜索與接收信號(hào)的歐式距離最小的路徑,即最大似然路徑。具體實(shí)現(xiàn)方法是:接收機(jī)每接收到一個(gè)符號(hào),不立即進(jìn)行判決,而是要持續(xù)觀察后續(xù)3～5個(gè)符號(hào),計(jì)算所有可能符號(hào)序列波形與接收信號(hào)的歐式距離,通過(guò)比較找到歐式距離最小的符號(hào)序列,實(shí)現(xiàn)當(dāng)前符號(hào)的判決,從而減少符號(hào)判決錯(cuò)誤,提高解調(diào)性能。

(10)

由于φRG(t)的值較小,所以有sin(φRG(t))≈φRG(t),由式(10)可得到

(11)

由式(5)、式(11)可知,重建得到的是受到噪聲干擾的測(cè)距信號(hào)。

對(duì)重建的測(cè)距信號(hào)z(t)進(jìn)行偽碼捕獲和偽碼跟蹤,實(shí)現(xiàn)本地偽碼與接收信號(hào)的同步,并與上行偽碼相位進(jìn)行比較,提取偽距。偽碼捕獲可由L個(gè)相關(guān)器(L為偽碼周期)和1個(gè)比較器完成。z(t)經(jīng)同相積分、符號(hào)判別后解調(diào)出偽碼序列,與L個(gè)不同相位的本地偽碼求相關(guān)。當(dāng)本地偽碼與z(t)的相位基本同步(相位差小于1個(gè)碼片)時(shí),將出現(xiàn)相關(guān)峰;否則,相關(guān)值很小。通過(guò)比較L個(gè)相關(guān)值,搜索最大值來(lái)判定z(t)的相位,完成偽碼捕獲,轉(zhuǎn)入偽碼跟蹤階段。偽碼跟蹤可采用偽碼跟蹤環(huán)(chip tracking loop,CTL)實(shí)現(xiàn)[15]。當(dāng)相鄰兩個(gè)偽碼碼片存在0/1轉(zhuǎn)換時(shí),z(t)經(jīng)中相積分后輸出偽碼碼片的定時(shí)偏差,累積后送給環(huán)路濾波器,控制本地偽碼時(shí)鐘,消除相位誤差。

3　性能分析

3.1信號(hào)頻譜

由式(1)可知,FM+PN信號(hào)復(fù)包絡(luò)為

(12)

(13)

(14)

當(dāng)測(cè)距成形脈沖為hsq(t)時(shí),測(cè)距信號(hào)及其頻譜可表示為

(15)

(16)

(17)

(18)

式中,Jl(mRG)為 l階貝塞爾函數(shù)。

當(dāng)mRG較小時(shí),有Jl(mRG)≈0,l>1,所以式(18)保留J0(mRG)和J1(mRG)兩項(xiàng)即可,其功率譜為

(19)

(20)

3.2遙測(cè)誤碼率

采用MSD算法對(duì)FM信號(hào)進(jìn)行解調(diào),誤碼率Pe可表示為

(21)

由于FM+PN信號(hào)的功率在遙測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)距信號(hào)之間分配(分配占比由測(cè)距信號(hào)加權(quán)因子h決定),所以與只傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)(即h=0)相比,FM+PN信號(hào)的遙測(cè)誤碼率性能存在損失。由式(17)、式(20)可知,損失的功率為

(22)

FM+PN信號(hào)中遙測(cè)數(shù)據(jù)的信噪比為

(23)

式中,Rb為遙測(cè)碼速率。

3.3測(cè)距精度

熱噪聲引入的測(cè)距隨機(jī)誤差[15]為

(24)

式中,c為光速，c=3×108m/s;Rc為偽碼速率;PRG/ N0為PN信號(hào)信噪比;BL為偽碼環(huán)路帶寬。

由式(17)、式(20)可知,FM+PN信號(hào)中PN信號(hào)功率為

(25)

將式(25)代入式(24),得到FM+PN信號(hào)的測(cè)距隨機(jī)誤差為

(26)

由式(26)可知,當(dāng)FM+PN信號(hào)信噪比、偽碼速率、測(cè)距調(diào)制度、偽碼環(huán)路帶寬相同的情況下,采用正弦脈沖hsin(t)時(shí)的測(cè)距精度比采用矩形脈沖hsq(t)時(shí)的測(cè)距精度高,二者的比值為

(27)

4　仿真校驗(yàn)

在Matlab Simulink環(huán)境下,對(duì)FM+PN體制進(jìn)行仿真,通過(guò)設(shè)置不同的調(diào)制參數(shù),仿真得到FM+PN信號(hào)的頻譜特性、遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率和測(cè)距精度。

本文主要考慮兩種情形。當(dāng)Rc=Rb時(shí),取仿真參數(shù):遙測(cè)碼速率Rb=10 Mbit/s,偽碼速率Rc=10 Mchip/s,偽碼序列為Gold碼,偽碼環(huán)路帶寬BL=20 Hz,測(cè)距成形脈沖為矩形脈沖hsq(t)或正弦脈沖hsin(t),測(cè)距信號(hào)加權(quán)因子h取值為0、0.1或0.2。當(dāng)Rc≠Rb時(shí),取仿真參數(shù):Rb=5 Mbit/s,偽碼序列為Gold碼,BL=20 Hz,h=0.1,測(cè)距成形脈沖為正弦脈沖hsin(t),Rc=2.5 Mchip/s、5 Mchip/s或10 Mchip/s。

4.1頻譜特性

當(dāng)Rc=Rb時(shí),FM+PN信號(hào)頻譜如圖3(a)所示，橫軸為對(duì)Rb歸一化頻率。可見(jiàn),隨著h值增大,頻譜展寬,旁瓣增大;h值越小,頻譜能量越集中,帶寬越窄;當(dāng)h=0時(shí),退化為FM信號(hào)頻譜;測(cè)距成形脈沖為正弦脈沖hsin(t)時(shí)的信號(hào)頻譜比矩形脈沖hsq(t)時(shí)的信號(hào)頻譜的旁瓣低。當(dāng)Rc≠Rb時(shí),FM+PN信號(hào)頻譜如圖3(b)所示?？梢?jiàn),Rc/Rb越小,頻譜越窄;當(dāng)Rc/Rb=2時(shí),偽碼對(duì)信號(hào)頻譜的影響較明顯,頻譜展寬,旁瓣增大。

圖3　FM+PN信號(hào)頻譜Fig.3　Spectrum of FM+PN signal

FM+PN信號(hào)的99%能量帶寬(對(duì)Rb歸一化)如表1所示。若無(wú)測(cè)距信號(hào)(即h=0),FM信號(hào)頻譜的99%能量帶寬為1.84Rb。由表1可以看出,當(dāng)h=0.1、Rc/Rb≤1時(shí),FM+PN信號(hào)帶寬比FM信號(hào)帶寬略大。當(dāng)Rc/Rb=2時(shí),FM+PN信號(hào)帶寬明顯變大,尤其是當(dāng)h=0.2,FM+PN信號(hào)帶寬增大為FM信號(hào)帶寬的2倍左右。因此,從帶寬效率角度,h和Rc/Rb均應(yīng)取較小值。

表1　FM+PN信號(hào)99%能量帶寬

當(dāng)遙測(cè)碼速率為10 Mbit/s、偽碼速率為10 Mchip/s時(shí),現(xiàn)有測(cè)控系統(tǒng)采用FM體制和擴(kuò)頻體制分流傳輸遙測(cè)數(shù)據(jù)和測(cè)距信號(hào),所需帶寬約為48 MHz(包括流間保護(hù)間隔)。若采用FM+PN體制,當(dāng)選擇h=0.1、正弦測(cè)距成形脈沖hsin(t)時(shí),所需帶寬為1.95Rb=19.5 MHz,僅為現(xiàn)有系統(tǒng)所需帶寬的40%。

4.2遙測(cè)解調(diào)誤碼率

當(dāng)Rc=Rb時(shí),FM+PN信號(hào)的遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率曲線如圖4(a)所示?？梢?jiàn),h值越大,測(cè)距信號(hào)對(duì)遙測(cè)信號(hào)的影響越大,遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率越高。若h=0.1,當(dāng)解調(diào)誤碼率大于10-4時(shí),測(cè)距信號(hào)引起的信噪比PT/N0/Rb惡化小于0.3 dB;當(dāng)解調(diào)誤碼率為0.01時(shí),測(cè)距信號(hào)引起的信噪比惡化小于0.1 dB,若對(duì)解調(diào)后的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行Turbo乘積碼(Turbo product code,TPC)譯碼[16-17],可將誤碼率降低至10-5以下,滿足遙測(cè)系統(tǒng)誤碼率要求。選擇不同測(cè)距成形脈沖時(shí)的遙測(cè)誤碼率差不多。當(dāng)Rc≠Rb時(shí),誤碼率曲線如圖4(b)所示?？梢?jiàn),與Rc/Rb=1相比,Rc/Rb=1/2時(shí)的誤碼率性能略差,Rc/Rb=2時(shí)的誤碼率性能略好,Rc/Rb的值對(duì)遙測(cè)誤碼率影響不大。

圖4　FM+PN信號(hào)遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率Fig.4　Bit error rate of telemetry data for FM+PN signal

4.3測(cè)距精度

當(dāng)Rc=Rb時(shí),FM+PN信號(hào)的測(cè)距精度如圖5(a)所示?？梢?jiàn),h值越大,測(cè)距信號(hào)能量越強(qiáng),測(cè)距精度越高;測(cè)距成形脈沖為正弦脈沖hsin(t)時(shí)的測(cè)距精度比矩形脈沖hsq(t)時(shí)的測(cè)距精度高。當(dāng)Rc≠Rb時(shí),測(cè)距精度如圖5(b)所示。在相同信噪比下,Rc/Rb越大,測(cè)距精度越高;Rc/Rb=1/2時(shí)的測(cè)距精度大于Rc/Rb=1時(shí)的測(cè)距精度的2倍;Rc/Rb=2時(shí)的測(cè)距精度約為Rc/Rb=1時(shí)的測(cè)距精度的1/2。由式(26)可知,理論上測(cè)距精度與Rb無(wú)關(guān),與Rc成反比(信噪比相同時(shí))。可見(jiàn),Rc/Rb=1/2時(shí),FM+PN信號(hào)的測(cè)距精度存在損失。

圖5　FM+PN信號(hào)的測(cè)距隨機(jī)誤差Fig.5　Standard deviation of range for FM+PN signal

由第4.2節(jié)可知,當(dāng)PT/N0/Rb大于4 dB,采用TPC譯碼,可使誤碼率滿足遙測(cè)系統(tǒng)要求。由第3.3節(jié)可知,若Rb=5 Mbit/s，h=0.1,則重建的PN信號(hào)信噪比PRG/N0約為54.9 dBHz,高于傳統(tǒng)擴(kuò)頻體制的測(cè)距門(mén)限,所以獲得的測(cè)距精度可滿足系統(tǒng)要求。當(dāng)Rb和h增大時(shí),重建的PN信號(hào)信噪比更高,可獲得更高的測(cè)距精度。

5　參數(shù)選擇

通過(guò)對(duì)FM+PN技術(shù)的遙測(cè)及測(cè)距性能的理論分析和仿真校驗(yàn)可知,選用合適的調(diào)制參數(shù),可大大提高帶寬利用率,而遙測(cè)誤碼率性能損失很小。

(1)測(cè)距成形脈沖對(duì)99%能量帶寬和遙測(cè)誤碼率的影響不明顯;但測(cè)距成形脈沖為正弦脈沖hsin(t)的信號(hào)頻譜旁瓣更低、測(cè)距精度更高。因此,測(cè)距成形脈沖建議采用正弦脈沖hsin(t)。

(2)測(cè)距信號(hào)加權(quán)因子h越大,測(cè)距精度越高,但遙測(cè)誤碼率和信號(hào)帶寬越大。綜合考慮測(cè)距精度、遙測(cè)誤碼率和信號(hào)帶寬,若遙測(cè)碼速率較高(Rb≥5 Mbit/s),當(dāng)信號(hào)信噪比滿足遙測(cè)誤碼率要求時(shí),重建的PN信號(hào)信噪比也較高,建議h=0.1,不僅可滿足測(cè)距精度要求,還可獲得較小的信號(hào)帶寬;若Rb較小,建議h=0.2,以滿足測(cè)距精度要求。

(3)Rc/Rb的值越小,信號(hào)頻譜越窄;Rc越大,測(cè)距精度越高;Rc/Rb<1時(shí)的遙測(cè)誤碼率性能和測(cè)距性能均存在損失。綜合考慮測(cè)距精度、遙測(cè)誤碼率和信號(hào)帶寬,若遙測(cè)碼率較高(Rb≥5 Mbit/s),建議Rc/Rb≈1,可獲得較小的信號(hào)帶寬,且重建的PN信號(hào)信噪比較高,可滿足測(cè)距精度要求;若Rb很高(Rb>10 Mbit/s),Rc/Rb可取值1/2～1,以減小信號(hào)帶寬;若Rb較小,建議Rc/Rb取1～2,以滿足測(cè)距精度要求。

6　結(jié)　論

本文研究了一種全新的遙外測(cè)體制,將FM遙測(cè)和PN測(cè)距進(jìn)行一體化設(shè)計(jì),提出基于FM+PN體制的遙測(cè)和偽碼測(cè)距技術(shù)。通過(guò)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)獲得了不同調(diào)制參數(shù)、不同信噪比下的信號(hào)頻譜、99%能量帶寬、遙測(cè)數(shù)據(jù)解調(diào)誤碼率和測(cè)距精度等性能。綜合考慮信號(hào)帶寬、解調(diào)誤碼率和測(cè)距精度要求,給出了不同應(yīng)用條件下的調(diào)制參數(shù)建議,對(duì)于FM+PN技術(shù)在測(cè)控系統(tǒng)的應(yīng)用具有重要的參考價(jià)值。與現(xiàn)有測(cè)控系統(tǒng)的FM遙測(cè)和擴(kuò)頻外測(cè)分流傳輸體制相比,FM+PN體制具有帶寬利用率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì),且遙測(cè)誤碼率性能損失很小,測(cè)距精度可滿足要求。

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Parasitical modulation technique of combining FM telemetry and PN ranging

ZHANG Jin-rong,WU Ling,YOU Sha-sha

(Beijing Institute of Tracking and Telecommunication Technology,Beijing 100094,China)

Considering that there exist some disadvantages in the current telemetry and ranging system where high rate telemetry data and ranging signals are transmitted on two different frequency bands,a new technique based on frequency modulation+pseudo-noise (FM+PN)is proposed to achieve simultaneous transmission for high rate telemetry data and ranging signals on one frequency band.The novelty lies in the fact that the PN ranging code is parasitic upon the FM telemetry signal so as to generate a parasitical modulated signal.The modulation and demodulation algorithms are first presented,and the signal spectrum and bit error rate performance of telemetry data and ranging precision are then analyzed in theory.The performance of the new FM+PN technique is acquired by simulation and appropriate parameters are recommended by comparing these results.The simulation results demonstrate that the proposed FM+PN technique can improve band efficiency obviously with just a little cost of bit error rate performance of telemetry data.

telemetry; ranging; frequency modulation (FM); pseudo-noise (PN); parasitical modulation; bandwidth efficiency

2016-04-28；

2016-06-13；網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期：2016-07-07。

V 556.1

ADOI:10.3969/j.issn.1001-506X.2016.11.06

張金榮(1984-),女,助理研究員,碩士,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電測(cè)控技術(shù)。

E-mail:janmyzh@163.com

吳嶺(1972-),男,高級(jí)工程師,博士,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電測(cè)控技術(shù)。

E-mail:wlmsh2000@sohu.com

游莎莎(1983-),女,助理研究員,碩士,主要研究方向?yàn)闊o(wú)線電測(cè)控技術(shù)。

E-mail:sha_zi021@sohu.com

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20160707.1739.006.html