丁長春,陳佳怡,劉睿

(1.中國電波傳播研究所,山東 青島266107;2.陸軍邊海防學(xué)院,新疆 烏魯木齊 830002)

0 引 言

二次世界大戰(zhàn)時期,出于軍事需要,美國海軍需要導(dǎo)航系統(tǒng)覆蓋的范圍比以往任意一個時期都要廣,羅蘭導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)運而生．原始羅蘭系統(tǒng)又稱為羅蘭A(Loran-A),其工作頻率為1.75～1.95 MHz,設(shè)計有效作用距離為1120～2240 km,定位精度為800～1600 m．在羅蘭A的基礎(chǔ)上,根據(jù)應(yīng)用需求,經(jīng)過多次技術(shù)迭代更新,至20世紀(jì)60年代,形成羅蘭C(Loran-C)無線電導(dǎo)航系統(tǒng)[1]．

美國海岸警衛(wèi)隊(USCG)和聯(lián)邦航空管理局正在開展一項技術(shù)研究,即分析和確定一種新型羅蘭系統(tǒng)作為GPS備份導(dǎo)航系統(tǒng)的可行性．根據(jù)USCG為羅蘭C制定的功能要求,新型羅蘭信號在港口附近及入港區(qū)域的可用性、準(zhǔn)確性、完整性和連續(xù)性及發(fā)送格式必須滿足一定的條件,才能應(yīng)用于組合無線電導(dǎo)航系統(tǒng)．

USCG主持的羅蘭C性能評估小組(LORAPP)正在牽頭開展一項針對新型羅蘭技術(shù)的研究和概念驗證項目,用于測試該技術(shù)是否滿足海上導(dǎo)航的需求．本文對新型羅蘭C技術(shù)的導(dǎo)航能力進(jìn)行了仿真測試．導(dǎo)航精度部分被認(rèn)為是羅蘭C系統(tǒng)在海洋環(huán)境中要克服的最大挑戰(zhàn)．本文對羅蘭系統(tǒng)如何通過類似差分全球定位系統(tǒng)(DGPS)的差分校正來校正信號的傳播變化進(jìn)行了探討．

1 系統(tǒng)簡介

新型羅蘭技術(shù)是指在原有的羅蘭脈沖組基礎(chǔ)上再增加一個脈沖,該脈沖組可表達(dá)成32種狀態(tài)信息,不同的狀態(tài)信息傳達(dá)不同的消息．該脈沖主要用于廣播從多個陸基監(jiān)測點獲得的附加二次因子(ASF)．ASF校正值由空間分量和時間分量組成．本文分析了該技術(shù)方案與原有的羅蘭數(shù)據(jù)傳輸通道的關(guān)系,給出了系統(tǒng)測試的初步性能結(jié)果．

羅蘭C完整性評估小組(LORIPP)和羅蘭精度評估小組(LORAPP) 均確信只需對現(xiàn)有羅蘭系統(tǒng)進(jìn)行最小的變動,即可以滿足導(dǎo)航性能完整性和準(zhǔn)確性的要求．2001年夏[2],在阿拉斯加對采用瞬時測頻(IFM)調(diào)制的方式增大數(shù)據(jù)速率的技術(shù)進(jìn)行了演示,收效甚微．針對如何向用戶傳輸增強數(shù)據(jù),進(jìn)行了討論與研究,最終產(chǎn)生了一種新的羅蘭數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)．該技術(shù)是在標(biāo)準(zhǔn)的8個脈沖組后面增加一個第九調(diào)制脈沖．羅蘭C評估小組認(rèn)為需要將增加的脈沖組保持在現(xiàn)有的羅蘭信號周期內(nèi),在實際使用的時候不能夠增加現(xiàn)有用戶系統(tǒng)的復(fù)雜性．在此需要說明的是,該項技術(shù)目前仍然處于技術(shù)論證階段,尚未正式批復(fù)．

信號接收機接收臺站編碼信息和相應(yīng)臺站發(fā)送的時間導(dǎo)航信號等信息,這些信息可用于實現(xiàn)信號源識別,從而實現(xiàn)臺鏈識別．在設(shè)備導(dǎo)航的過程中,只需要對所接收到的最優(yōu)信號進(jìn)行解析即可．

在實際使用的過程中,信號接收機需要精準(zhǔn)的二次相位因子(ASF)修正數(shù)據(jù),用于修正傳播中信號的時延變化,更正已有的信息．時延偏移量由各個監(jiān)測基站進(jìn)行測量．接收機內(nèi)存中自帶一個基于與監(jiān)控基站相關(guān)的ASF修正數(shù)據(jù)庫．ASF在線校正系統(tǒng)仍處于概念驗證階段．

2 新型羅蘭技術(shù)

2.1 新型調(diào)制技術(shù)

新型羅蘭調(diào)制技術(shù)采用脈沖調(diào)制(PPM)方案,傳遞的信息量為5 bit/脈沖．該方案在現(xiàn)有的每個重復(fù)間隔脈沖組(GRI)后增加一個正相位脈沖,脈沖寬度為1000 μs．更改后的每個GRI主臺站總共有10個脈沖,而副臺站則有9個脈沖．

采用PPM的調(diào)制方式易于信號的發(fā)射與接收處理．發(fā)射機不需要對輸出網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行較大的更改,控制軟件的復(fù)雜性大大降低,無需對當(dāng)前的定時和頻率控制設(shè)備以及發(fā)射機控制臺進(jìn)行重大修改即可實現(xiàn)．已有的接收機幾乎無需更改．

需要通過次生相位變化來實現(xiàn)32個狀態(tài)和傳遞5 bit/脈沖信息的功能．僅僅通過相位的變化只能夠產(chǎn)生3 bit/脈沖,為了生成剩下的兩位,需要改變信號包絡(luò)的起始位置．本調(diào)制方案是將包絡(luò)線移動三次,產(chǎn)生4種狀態(tài)的包絡(luò)線位置,每種包絡(luò)線又包括8種狀態(tài)相位,由此共同構(gòu)成完整的32狀態(tài)PPM．圖1是32狀態(tài)的時域圖．相鄰的兩個包絡(luò)狀態(tài)之間的間隔為50.625 μs，如圖2所示,以確保信號識別區(qū)上升期間無其余脈沖,每個包絡(luò)內(nèi)部各個狀態(tài)之間相位相差1.25 μs．

圖1 32狀態(tài)PPM調(diào)制時域圖

圖2 包絡(luò)脈沖內(nèi)部子脈沖時延圖

圖3 新型調(diào)制方式空間視圖

基于脈沖信號的相位信息,對脈沖信號的包絡(luò)識別區(qū)分只需要45.625 μs．固態(tài)發(fā)射機調(diào)整第9脈沖的相位編碼信息相對比調(diào)整之前8個脈沖的相位信息更為容易,因此第9個脈沖在主臺站GRI B和副臺站GRI A時采用正相位碼,而在主臺站GRI A和副臺站GRI B時采用負(fù)相位碼．此外,為保證主脈沖內(nèi)部各個子脈沖之間時延(1.25 μs)的準(zhǔn)確度,當(dāng)前的系統(tǒng)發(fā)射主時鐘頻率應(yīng)當(dāng)為5 MHz．圖3示出了32個符號的符號空間,表1示出了32個符號相對于符號0的時域位置.

表1 各個符號位相對于0符號位的時間延遲表

2.2 增加的信息

為進(jìn)行概念驗證測試,在保證傳遞信息的有效性的同時,需將播發(fā)一次信息所用時長降到最低．在本方案中將有效信息長度限制在24個GRI之內(nèi)．根據(jù)當(dāng)前的美國羅蘭數(shù)據(jù)傳輸速率,播發(fā)消息的最大長度為2.38 s．

對于不同的用戶,第一次校正所需的時長會有所不同．差分(ASF校正)接收機需要對多個站進(jìn)行校正,假設(shè)傳輸時間固定,接收機需要對每個羅蘭臺站都進(jìn)行一次校正,而校正一個羅蘭臺站需要監(jiān)測站提供2個校正數(shù)據(jù)．因此,對于一個羅蘭C臺鏈每個監(jiān)測站將有6個校正信息,每個站點的校正數(shù)據(jù)將被分成3組 (每組數(shù)據(jù)包括2個校正信息)．假設(shè)每個羅蘭臺站傳輸最多不超過15到25個監(jiān)測站的信息(45到75組ASF校正數(shù)據(jù)),一個雙向臺站將有1～1.5 min的時間來進(jìn)行首次校正．對于單向傳輸?shù)呐_站所需時間翻倍．完整的告警信息或者ASF監(jiān)測站“不可用”信息將根據(jù)需要傳輸,并具有最高優(yōu)先級．

校正信息的最終格式和信息位分配尚未完成．在此先擬定了一種用于測試傳輸?shù)腁SF修正信息和絕對時間消息格式,如表2所示．

表2 信息格式表

羅蘭C完整性評估小組(LORIPP)正在考慮對航空中的天波完整性建立預(yù)警機制,如果信號接收點地磁緯度超過規(guī)定的范圍,信號強度低于閾值或傳輸路徑大于一定距離,則警告用戶不要使用該信號[3]．

3 RS編碼

3.1 RS編碼技術(shù)簡介

在新型羅蘭調(diào)制應(yīng)用中,編碼起著三種作用:1)為信道數(shù)據(jù)傳輸提供糾錯能力;2)提供解碼后數(shù)據(jù)有效性的證明信息;3)提供信息同步字符．雖然可以以不同的方式實現(xiàn)以上功能,但在本調(diào)制方式中數(shù)據(jù)通道系統(tǒng)使用單一Reed-Solomon(RS)代碼來完成以上三種功能．下面將進(jìn)行詳細(xì)描述．首先簡要回顧一下RS編碼．

RS編碼是一種著名的前向糾錯編碼方法,它可以有效地保護數(shù)據(jù)不受未知和潛在的突發(fā)信道干擾[4]．RS碼是非二進(jìn)制碼,編碼字母表中的符號q的數(shù)量,要么是質(zhì)數(shù),要么是質(zhì)數(shù)的冪．在大多數(shù)應(yīng)用中q是2的冪,即q=2b,所以每個符號對應(yīng)b比特位．在新型羅蘭系統(tǒng)中第9脈沖的調(diào)制采用b=5的方式,即q=25=32,每個碼字符號取32個值中的一個(通常寫成0,1,2,…，31)．

RS碼的編碼和解碼過程通常用有限域上的多項式來描述;該方法的細(xì)節(jié)不在本文的討論范圍．但是,我們可以提供一個示例．在新型羅蘭系統(tǒng)中,9個脈沖共計45位消息字符串(為了方便查看,添加了逗號)01100,01001,01001,10101,10111,01101,10010,00110,00100轉(zhuǎn)換為符號序列m=[12,9,9,21,23,13,18,6,4]．在后面添加7個0,該消息可形成RS編碼器期望的16個符號．根據(jù)RS編碼算法計算出的15個奇偶性符號為p=[0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27]．因此,完整的RS碼字是串聯(lián) C31=[12,9,9,21,23,13,18,6,4,0,0,0,0,0,0,0,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27],縮寫的RS(24,9)碼字就是C24=[12,9,9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27]．

注意到完整的RS碼是循環(huán)的,換句話說,一個RS碼字符號的循環(huán)移位(向左或向右)會產(chǎn)生另一個有效的RS碼字．一般來說,縮寫RS碼不是循環(huán)的,但是它們可以接近循環(huán)．對于上面的具體例子,將C24向左旋轉(zhuǎn)一個單位,產(chǎn)生另一個有效的RS碼字[9,9,21,23, 13,18,6,4,0,0,0,0,0,0,0,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27,12]．(可以看出這個例子是有效的,因為碼字奇偶校驗部分的第一個符號是零;通常,如果消息部分以0結(jié)束,或者奇偶校驗部分以0開始,那么循環(huán)屬性將用于縮短碼字的某些移位)．當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐轿粗獣r,這種數(shù)據(jù)碼與循環(huán)碼的接近將會是一個問題,下面將進(jìn)一步討論這個問題．

RS碼的譯碼算法稱為有限距離譯碼,該譯碼算法不是將所有接收到的符號序列都轉(zhuǎn)換為有效碼字;只對接收到的符合固定間距要求的碼字進(jìn)行解碼處理,不符合要求的不進(jìn)行解析．圖4示出了接收機的觀測空間的一部分來描述這一概念．星號(每個圓一個)對應(yīng)于實際的RS碼字,接收到的點是所有其他可能的序列,接收的序列和圈子里附上這些集映射到封閉的碼字．請注意,可解碼集是不相交的,每個可解碼集都包含一個碼字．每個圓接收到的序列集合是對應(yīng)碼字在固定漢明距離內(nèi)的序列．假設(shè)所傳輸?shù)拇a字是黃色填充圓內(nèi)的碼字,解碼器對該碼字進(jìn)行正確的解碼,接收序列也在黃色圓內(nèi)(這種情況發(fā)生的概率很高)．如果接收到的序列在其他圓內(nèi)(如橙色所示),解碼器將釋放與該圓對應(yīng)的錯誤碼字,從而產(chǎn)生錯誤．最后,如果接收到的序列不在任何圓內(nèi),即在灰色區(qū)域內(nèi),則解碼器報告失敗．

圖4 解碼器解碼示意圖

3.2 RS編碼的糾錯性能

在觀測空間中,RS碼的有效碼字分布得越遠(yuǎn),譯碼器在譯碼時可糾正的錯誤數(shù)也就越多．RS 碼在中長碼長的情況下,具有很好的糾錯性能,復(fù)雜度相對較低,故在實際中得到了廣泛應(yīng)用．具體來說,RS碼字之間的最小間距為n-k．在圖4中解碼器的表示中,每個碼字的圓半徑等于漢明距離下的 (n-k)/2．對于新型羅蘭系統(tǒng),n-k=15,因此代碼可以糾正多達(dá)7個錯誤,通過將糾錯個數(shù)控制在較小的量時(例如t=6),該算法可以提高系統(tǒng)的同步和完整性性能．未得到正確碼字的總體概率(錯誤解碼和解碼失敗的概率之和),相當(dāng)于未落入黃圈的概率,可以計算為

(1)

式中:p為信道的符號錯誤概率．對于新型羅蘭代碼(n=24和t=6)．圖5示出了總體概率與p的關(guān)系．注意到,只要符號錯誤率很低(小于1%的錯誤符號),那么產(chǎn)生的組合錯誤和譯碼失敗概率就非常低．

圖5 RS(24,9,6)編碼性能

3.3 RS編碼數(shù)據(jù)完整性

圖5所示的性能曲線是錯誤解碼概率(接收到的序列位于圖4中的一個橙色圓圈中)與加上解碼失敗的概率之和(接收到的序列屬于圖4中的灰色區(qū)域)．從完整性的角度來看,不正確的解碼需要避免．為了證明新型羅蘭RS碼的完整性水平,我們采用以下兩種方法評估解碼錯誤的概率:基于隨機接收的數(shù)據(jù),并以特定的錯誤事件為條件進(jìn)行計算說明．

隨機接收數(shù)據(jù):通常采用二進(jìn)制CRC(循環(huán)冗余檢查)碼對系統(tǒng)進(jìn)行誤碼率檢測．此時需要構(gòu)建系統(tǒng)模型,用于模擬系統(tǒng)故障或通道錯誤產(chǎn)生的影響．具體表現(xiàn)為當(dāng)接收數(shù)據(jù)異常時,在計算時假設(shè)接收到的數(shù)據(jù)是隨機的(這樣所有的二進(jìn)制序列出現(xiàn)的概率是相同的),同時假設(shè)未能被校正到的錯誤概率等于二進(jìn)制模式的數(shù)量與通過CRC奇偶校驗位模式的總數(shù)的比．對于包含k個信息位和r個奇偶校驗位的CRC代碼,這時

(2)

例如,r=24奇偶位的CRC碼其性能完整性的概率為2-24．可以用隨機數(shù)據(jù)對RS碼進(jìn)行類似的分析．不同之處在于,必須計算可解碼序列的總數(shù),即在有效碼漢明碼距離t內(nèi)的可解碼序列的總數(shù),這些序列中包含未能校正的錯誤數(shù)據(jù)．最終得到的錯誤概率表達(dá)式如下:

(3)

分子上表示有效但不正確的數(shù)據(jù)量,總數(shù)為(qk-1)乘以每個碼字的可以校正的數(shù)據(jù)量;分母為接收序列的總數(shù)．對于新型羅蘭代碼,代入n=24,q=32,t=6得到Pr(error)=3.2×10-9．

特定錯誤事件:為了更好地評估系統(tǒng)錯誤檢測能力,我們逐個檢查錯誤事件的類,計算三種相關(guān)概率:接收到的碼字是正確的(Pc),接收到的碼字是未檢測到的錯誤(PuE),以及存在解碼器故障(PF)．注意到這三個事件概率之和等于一．為了描述不同的工作情況,用u表示在某一特定事件中所接收到的錯誤數(shù)據(jù)量,0≤u≤n．由于RS (n,k)碼的最小距離為dmin=n-k+1,且有界距離譯碼器可以校正t個誤差(ts≤(n-k)/2),因此我們將問題的條件設(shè)為信道誤差的個數(shù)u,并計算此數(shù)Pc(u)、PuE(u)和PF(u)條件下的相關(guān)概率．各個事件計算結(jié)果如下:

當(dāng)0≤u≤t,可以得到Pc(u)=1,PuE(u)=0,PF(u)=0;

當(dāng)t

當(dāng)u>dmin-t,可以得到Pc(u)=0,計算PuE(u),可得到PF(u)=1-PuE(u)．

對于PuE(u)的計算如果假設(shè)u個錯誤隨機分布在n個符號位置上,那么錯誤概率就等于可解碼的錯誤序列與序列的總數(shù)之比．采用Daraiseh方法得到的結(jié)果如圖6和表3所示．總之,對于任意數(shù)量的信道錯誤,RS碼的消息完整性級別都非常高．

PUE(u)=

(4)

圖6 誤差修正及錯誤概率圖

錯誤計數(shù) uPUE(u)PF(u)0,1,2,3,4,5,6007,8,901101.1×10-101-PUE115.5×10-101-PUE121.4×10-91-PUE132.3×10-91-PUE143.0×10-91-PUE153.2×10-91-PUE(15)163.2×10-91-PUE(16)173.2×10-91-PUE(17)183.2×10-91-PUE(18)193.2×10-91-PUE(19)203.2×10-91-PUE(20)213.2×10-91-PUE(21)223.2×10-91-PUE(22)233.2×10-91-PUE(23)243.2×10-91-PUE(24)

4 數(shù)據(jù)同步

同步通信系統(tǒng)中的同步指的是發(fā)送器將經(jīng)過編碼的消息序列一個接一個地發(fā)送．接收方必須知道如何將接收到的符號解析為具體信息[4]．這種情況如圖7所示,其中示出了三組不同的包含有24個符號的傳輸碼字和從接收方觀察的符號流視圖．為了能夠同步接收端和發(fā)送端,我們?yōu)榇_定接收方對數(shù)據(jù)的解析是否正確,可以通過間歇傳輸固定的符號序列來實現(xiàn)(即所謂的同步)．我們首選是使用RS代碼本身的特性．如果我們將錯誤的數(shù)據(jù)解析模型用于解析RS隨機序列,那么對上述隨機數(shù)據(jù)的完整性分析表明,只有在低概率的情況下,錯誤解析的消息才可解碼．換句話說,對于同步錯誤,RS解碼器通常無法解碼．因此,在錯誤解析的數(shù)據(jù)流中,多個符號全部可解碼的概率要小得多,解碼器可以調(diào)整其幀同步位置,直到多個消息可解碼．

圖7 同步后的發(fā)送與接收

由于RS編碼在碼長較短時具有近似循環(huán)的性質(zhì),使得隨機數(shù)據(jù)模型與實際數(shù)據(jù)的擬合較弱．例如,上面在對RS碼的描述中注意到,縮寫碼字的循環(huán)移位(向左移動一個單位)C24=[12,9,9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27]得到了一個完整有效的數(shù)據(jù)碼[9,9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27,12]．而循環(huán)移位與同步錯誤的不同之處在于符號沒有循環(huán)．如果C24之后的消息以符號12開始,那么同步是有問題的,因為這兩組接收端框架都使用了有效碼字,解碼器的糾錯能力進(jìn)一步增強了這種效果．例如,假設(shè)在示例碼字C24傳輸過程中其最后跟任意符號S1和S2,信道輸出是[12,9,9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27, S1, S2], 接收器在接收時增加一個偏移量,可得到24個符號如下[9,9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27,S1]并將其傳遞給解碼器．在這種情況下,RS解碼器將最后一個位置的單個錯誤更正為12，即將S1替換為12,并釋放不正確的數(shù)據(jù)集．類似的,對于有兩個符號偏移量的數(shù)據(jù)幀, 譯碼器對接收得到的數(shù)據(jù)幀[9,21,23,13,18,6,4,0,7,7,31,13,6,15,6,10,19,16,11,11,12,27,S1, S2]進(jìn)行譯碼,在這種情況下,可以糾正3或4個錯誤,但是最終得到的結(jié)果仍然是錯誤的,這是由于符號沒有同步,產(chǎn)生以上問題的主要原因是數(shù)據(jù)碼的近似循環(huán)性質(zhì)．為了上述問題,需要破壞縮短碼字的循環(huán)特性．在通信文獻(xiàn)中最初解決了通道的同步問題(即沒有符號錯誤,只是同步問題)．在這種情況下,如果代碼的數(shù)據(jù)速率(k/n)小于1/2,解決方案是使用一個旁集代碼,在這個代碼中,通過向每個碼字添加固定向量c來修改原始數(shù)據(jù)．(注意,c本身不能是有效碼,只需將碼字置換為信息符號賦值即可) 旁集代碼使用與原始代碼相同的解碼方式,并且具有相同的糾正錯誤和完整性性能．

5 數(shù)據(jù)傳輸測試

在此設(shè)計了一款電子管發(fā)射機(TFE)控制軟件,其中包括PPM調(diào)制軟件模塊、RS編碼模塊、特定的消息格式打包模塊,同時對固態(tài)發(fā)射機的控制軟件進(jìn)行修改,用于傳輸PPM調(diào)制參數(shù)．針對這兩個發(fā)射機開發(fā)特定的數(shù)據(jù)接收機．其中第一種發(fā)射機的接收機只對ASF校正信息進(jìn)行解調(diào)和解碼;第二種發(fā)射機的接收機是差分羅蘭接收機,它計算羅蘭C的差分修正信息,并將校正信息輸出．

針對該方案于2003年9月30日進(jìn)行了系統(tǒng)整體性能的傳輸測試．圖8示出了測試的結(jié)果．

圖8 測試結(jié)果圖

圖8(a)示出了不同發(fā)射功率時,接收機接收到的信號的強度．圖8(b)示出了接收到信號進(jìn)行解碼解調(diào)時錯誤信息數(shù)(包括RS解碼時校正的錯誤)，圖8(c)示出了每10個消息塊中丟失碼元的百分比．

從圖8可以看出,發(fā)射信號強度越強,接收到的信號電平越高．即使對于信號稍微弱一些的信號,信號出錯的概率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于RS解碼器固定誤碼率,而且不存在信息丟失的情況．隨著發(fā)射信號功率的降低,數(shù)據(jù)信息的誤碼率逐漸增大．

6 系統(tǒng)測試

6.1 測試試驗

目前對新型差分羅蘭傳輸準(zhǔn)確性的評估尚處于早期階段,僅有少量的試驗數(shù)據(jù)用于測試驗證．圖9～11展示了一些試驗數(shù)據(jù)．圖9示出了測試時的運動路徑．圖10是一個散點圖,顯示了這一時期羅蘭的準(zhǔn)確性,所繪制的數(shù)據(jù)為DGPS和羅蘭定位之間的差值．圖11示出了DGPS和羅蘭之間的時間延遲,延遲以較小的增量變化,并針對每個延遲值對定位精度進(jìn)行評估．

圖9 測試運動軌跡

圖10 定位誤差分布圖

圖11 定位精度與時延

6.2 固態(tài)發(fā)射機調(diào)制

目前常用的固態(tài)發(fā)射機只接受定時脈沖,因此需要修改控制軟件產(chǎn)生對應(yīng)的定時脈沖,并在定時脈沖中構(gòu)建類似的羅蘭調(diào)制脈沖．控制更改原理框圖如圖 12所示．

圖12 測試用差分羅蘭網(wǎng)絡(luò)模型

對系統(tǒng)的更改升級需要從放置在整個區(qū)域的差分羅蘭基站開始．在完成羅蘭發(fā)射臺的升級后,修正信息可以從多個基站廣播．差分羅蘭校正信息通過廣域網(wǎng)從基站傳送到傳輸站,再傳送到信息生成軟件．為便于軟件開發(fā),此軟件在單獨的計算機上運行,以簡化代碼的修改和運行不同的系統(tǒng)參數(shù)．計算機的系統(tǒng)時鐘通過網(wǎng)絡(luò)時間與TFE時鐘同步，當(dāng)一切準(zhǔn)備就緒時,該軟件將集成到TFE系統(tǒng)中．消息生成軟件以正確的格式對信息進(jìn)行編碼,包括RS糾錯代碼．該軟件將信息體現(xiàn)在5位信息符號中．在TFE通過RS-232端口請求數(shù)據(jù)之后,實際的PPM符號被傳遞到TFE進(jìn)行傳輸．TFE將調(diào)制脈沖添加到羅蘭脈沖發(fā)射機組中，每個發(fā)射臺將傳送單獨的校正、時間和電臺識別信息．因此,在雙臺站操作中將同時傳輸兩個獨立的消息．調(diào)制信號的相位需要與前一個脈沖的相位匹配,如圖13所示．

圖13 新型羅蘭相位編碼

圖14 第9脈沖位置

圖14示出了調(diào)制脈沖在標(biāo)準(zhǔn)羅蘭組中的位置．在主臺站和副臺站脈沖中,脈沖“0”符號是在8個脈沖之后的1000 μs．調(diào)制后的脈沖可以根據(jù)符號在時間上移動,但它與第8脈沖的距離不會超過1000 μs．如果沒有數(shù)據(jù)要傳輸,TFE不會傳輸額外的脈沖．

6.3 差分羅蘭調(diào)制測試結(jié)果

在2004年3月,該系統(tǒng)再一次進(jìn)行測試．測試的主要目標(biāo)是驗證每個符號與基準(zhǔn)符號之間時間間距的準(zhǔn)確性．該方案能夠以低速率、高速率或同時以這兩種速率向模擬器傳輸所有消息類型的消息．一個原型羅蘭接收機/解調(diào)器連接到天線模擬器的輸出,所有消息都被解調(diào),沒有錯誤．

7 結(jié)束語

本文在現(xiàn)有羅蘭系統(tǒng)的基礎(chǔ)上給出了產(chǎn)生、編碼和解碼、調(diào)制和解調(diào)以及使用差分羅蘭ASF校正的方法．針對該方法進(jìn)行了實際測試試驗,并對試驗結(jié)果進(jìn)行了分析,數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明采用該方法可以在不進(jìn)行差分站布設(shè)的情況下完成差分定位．