专利名称：一种上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种上下行链路采用不同扩频体制的测控系统，属于飞行器测控领域。
背景技术：
飞行器测控的两大传统难点在于弱信 号和高动态。由于飞行器的体积限制了信号的发射功率以及长距离的传播能量衰减，到达地面接收机的信号能量非常微弱；而飞行器的高动态导致到达地面接收机的信号产生了多普勒效应。随着电子侦察和对抗技术的不断发展，飞行器测控系统面临着第三大难点抗干扰。目前欧美等国家的民用飞行器测控系统采用直接序列扩频体制来提高抗干扰能力，我国正广泛使用的航天测控系统也采用了直接序列扩频体制。但这种单一的扩频体制抗干扰能力有限，尤其随着现代信号检测技术和硬件性能的发展，它不能满足对安全和抗干扰要求很高的某些特殊领域的需求。扩频技术是指将待传输信息的频谱用某种特定的扩频方式扩展，成为宽频带信号，接收端利用相应手段将其压缩，从而获得传输信息的通信技术。按照扩展频谱方式的不同，扩频技术可以分为直接序列(DS, Direct Sequence)扩频、跳频(FH, FrequencyHopping)扩频、跳时(TH, Time Hopping)扩频、线性调频，以及由上述两种或两种以上单一扩频方式组合而成的混合扩频，如直扩_跳频(DS_FH, Direct Sequence Spread Spectrum_Frequency Hopping)混合扩频系统。DS_FH混合扩频系统将两种最有效的扩频技术直扩与跳频相结合，具有良好的抗截获能力、通信距离比单一扩频方式远、可克服多径效应和远近效应以及对同频段工作的设备干扰小等特点，是国内外公认的最富有生命力的抗干扰系统，其中最成功的例子是美国的三军联合战术信息发布系统(JTIDS, Joint Tactical Information DistributionSystem)。JTIDS是美国研制的三军联合使用的防御发展计划，它是集通信_导航_识别等功能于一体的综合系统，采用时分多路的直扩和跳频混合扩频技术。但JTIDS中的混合扩频技术不能应用于飞行器测控领域。由于JTIDS是一种采用时分多址接入方式的混合扩频系统，优势是同步方式简单，采用时钟同步方式即可，无需载波相位跟踪和扩频码相位跟踪；接收机不需要复杂的跟踪算法，JTIDS的跳频速率可以设计的非常高。时分多址的缺陷在于分配给每个用户的时间码片很短而且是间断的，每次发送的信息量受限制，信息传输速率较低JTIDS时隙划分时分配了大约2ms的保护时间，将系统的作用距离限制在600公里范围。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够在复杂电磁环境下工作、集测控通信功能于一体的飞行器测控系统。本发明公开了一种上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，下行遥测链路采用DS扩频体制，上行遥控链路采用DS_FH混合扩频体制，增加了系统的抗干扰与抗截获能力，在实现遥测遥控的同时能够对飞行器进行测距测速利用扩频码自相关特性完成地面站到飞行器之间的距离测量，应用载波跟踪环路获得载波多普勒频率值后实现对飞行器的瞬时速度测量；本发明中扩跳频混合调制模块、扩跳频混合解调模块采用全数字化设计，设计简单、可靠性高；相对以前的模拟设计方法，全数字化设计方式消除了模拟器件物理特性对跳频速率的限制，可以进一步提高跳频速率，增强系统的抗干扰与抗截获能力；本发明扩跳频混合调制模块、扩跳频混合解调模块采用扩频码相位辅助跳频的方法计算并利用扩频码周期和跳频周期的关系并将扩频码相位和跳频时刻关联，降低了 DS_FH混合扩频信号的同步时间。I、本发明的组成
本发明由飞行器部分和地面站部分组成，如图I所示。飞行器部分搭载着飞行器参数数据采集模块、数据处理模块、遥测发射数据帧组帧模块、直接序列扩频调制模块、发射机、发射天线、接收天线、射频前端模块、扩跳频混合解调模块、遥控接收数据帧解帧模块；地面站部分包括指令处理模块、遥控发射数据帧组帧模块、扩跳频混合调制模块、地面站发射机、地面站发射天线、地面站接收天线、地面站射频前端、直接序列扩频解调模块、遥测接收数据帧解帧模块；在地面站部分中，指令处理模块形成遥控指令信息并送入到遥控发射数据帧组帧模块，遥控发射数据帧组帧模块按照指定帧格式将遥控指令信息组帧后形成遥控数据帧，并发送至扩跳频混合调制模块；扩跳频混合调制模块将对遥控数据帧进行扩、跳频混合调制，形成数字中频已调制信号，并发送至地面站发射机；地面站发射机将数字中频已调制信号进行数模转换、上变频、功率放大后，形成射频信号，并送至地面站发射天线，由地面站发射天线发射射频信号；地面站接收天线接收空间中的遥测无线信号后送入地面站射频前端，地面站射频前端对遥测无线信号进行放大，滤波，下变频，模数转化后，输出数字中频待解调信号到扩频解调模块，扩频解调模块通过适用于扩频信号的捕获跟踪方法，将数字中频待解调信号解调后形成中频数字信号；遥测接收数据帧解帧模块将中频数字信号进行解帧后形成遥测数据并送至指令处理模块。在飞行器部分中，飞行器参数数据采集模块将对飞行器的飞行姿态参数进行采集，并且形成数字飞参信号送入数据处理模块；数据处理模块将对数字飞参数据以及从遥控接收数据帧解帧模块送来的遥控指令数据进行处理和组合，形成遥测回传信息，并将遥测回传信息发送至遥测发射数据帧组帧模块；遥测发射数据帧组帧模块将按照指定帧格式将遥测回传信息组帧后形成遥测数据帧，并发送至直接序列扩频调制模块；直接序列扩频调制模块将对遥测数据帧进行直接序列扩频调制，形成数字中频已调制信号，并发送至发射机；发射机将数字中频已调制信号进行数模转换、上变频、功率放大后，形成射频信号，并送至发射天线，由发射天线发射射频信号；接收天线接收空间中的遥控无线信号后送入射频前端，射频前端对遥控无线信号进行放大，滤波，下变频，模数转化后，输出数字中频待解调信号到扩跳频混合解调模块，扩跳频混合解调模块通过适用于DS_FH混合扩频信号的捕获跟踪方法，将数字中频待解调信号解调后形成中频数字信号；遥控接收数据帧解帧模块将中频数字信号进行解帧后形成遥控指令数据并送至数据处理模块；如图2所示，本发明地面站部分的重要组成一扩跳频混合调制模块，包含多个通道，每个通道中又包括长码生成器、短码生成器、直接序列扩频调制模块、I路扩频组帧模块、Q路扩频组帧模块、正交调制模块、跳频指令发生器、直接数字频率合成器与并串转换模块。长码生成器产生长周期的扩频码序列，简称长码，短码生成器产生短周期的扩频码序列，简称短码，直接序列扩频调制模块利用短码对基带数据进行直接序列扩频调制；长码与经过短码扩频后的信息分别通过I路扩频组帧模块与Q路扩频组帧模块进行数据帧组帧；短码生成辅助跳频指令发生器，短码生成器内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器产生需要的跳频数字载波；该跳频数字载波与I路组帧信号、Q路组帧信号被送到正交调制模块，正交调制模块将两路组帧信号进行QPSK正交调制到跳频数字载波上；调制后共n路通道的调制数据并行被送入到并串转换模块，最终输出高速串行数字信号。
如图3所示，本发明飞行器部分的重要组成一扩跳频混合解调模块，包含匹配滤波器、捕获判别选择开关、本地码序列生成器、累加器、载波鉴相器、码相位鉴相器、码环路滤波器、载波环路滤波器、跳频指令发生器与直接数字频率合成器；跳频指令发生器工作在起始频率点，驱动直接数字频率合成器产生对应频率的跳频数字载波信号，跳频数字载波信号与输入信号相乘后产生数字下变频信号并且送至匹配滤波器；匹配滤波器输出相关峰值，当相关峰值小于门限时，匹配滤波器继续处于捕获状态中，直到相关峰值大于门限时，表示捕获成功，此时捕获判别选择开关将把开关选通，把数字下变频信号与本地码序列生成器产生的码序列进行相乘后再送入多路累加器中；累加器进行累加计算，将其中IL、IP与IE三路累加值送入到码相位鉴相器，将IP、QP两路累加值送入到载波鉴相器中；载波鉴相器计算本地载波与输入信号之间的相位差，经过载波环路滤波器滤波后送入直接数字频率合成器；码相位鉴相器输出本地码相位的调整量，经过码环路滤波器滤波后送至本地码序列生成器；进入跟踪状态后，本地码序列发生器辅助跳频 指令发生器，本地码序列发生器内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器产生需要的跳频数字载波，使本地跳频数字载波始终同步于接收信号的载波。2、本发明内容具体特点如下a、本发明上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，下行遥测链路采用DS扩频体制，上行遥控链路采用了抗干扰、抗截获性能更强的合扩频体制。本发明基于采用DS扩频体制的欧美民用航天测控系统，其上行遥控链路和下行遥测链路均采用DS扩频体制。本发明上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，上下行链路采用不同扩频体制的原因在于采用DS体制的飞行器测控系统已很难满足现代复杂电磁环境下对测控数据安全性的要求，需要设计一套抗干扰、抗截获性能更高的飞行器测控体制；DS_FH混合扩频体制完全继承了 DS体制的优点且提升了抗截获、抗干扰、抗远近效应等能力，符合飞行器测控系统对复杂电磁环境下的安全性要求；但若采用DSJ^H混合扩频技术对下行遥测信号调制，由于飞行器的发射机和发射天线功率受限，到达地面站的遥测信号功率较低，很难被地面站同步和解调，所以下行遥测来链路采用了复杂度相对较低的DS扩频体制；而地面站发射机、地面站发射天线的功率较大，同等条件下地面站发射天线送出的信号功率一般要高于飞行器发射天线输出信号功率6dB以上，能够保证采用DS_FH混合扩频体制的上行遥控信号到达飞行器接收天线后，被飞行器正确同步和解调，同时，遥控信号的可靠性要求要高于遥测信号，上行遥控链路采用抗干扰性能更强的DS_FH混合扩频体制能进一步提高遥控信号的可靠性。b、本发明扩跳频混合调制模块、扩跳频混合解调模块采用全数字方式设计，且利用扩频码相位辅助跳频的方法大大降低了 DS_FH混合扩频信号的同步时间。在传统的跳频通信中，跳频器产生的跳变载波信号之间是非连续的，频率合成器从接受跳频指令开始到完成频率的跳变需要一定的切换时间。频率合成器从接受指令开始建立振荡到达稳定状态的时间为建立时间；稳定状态持续到时间为驻留时间；从稳定状态到达振荡消失的时间叫消退时间，其中的建立时间与消退时间是不可测的。在扩跳混合的模式下，如果仍然存在建立时间与消退时间的不确定性，则扩频码的起始相位同样也将是 不确定的，进而导致跟踪环路进入失锁状态。而失锁状态与时间的不确定性，将必然导致测距的无法实现，因此，如何能解决建立时间与消退时间的不确定性问题，在本发明中是最为基础的问题。本发明的扩跳频混合调制模块、扩跳频混合解调模块采用全数字方式设计，跳频指令发生器控制直接数字频率合成器生成跳频数字载波，建立时间和消退时间可以忽略；且利用扩频码相位辅助跳频的方法，消除了扩频码起始相位和跳频数字载波相位的不确定性飞行器测控系统的扩频码参数和跳频参数确定后，短码生成器内部的计数器依据短码码片的计数值，计算出跳频时刻并发出跳频频率切换脉冲，跳频指令发生器收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器产生需要的跳频数字载波。在每一个跳频时刻点，扩跳频混合调制模块将下一个跳频数字载波的相位与扩频码的相位归为初始相位，而在每一个跳频时刻的结束点，扩频码周期正好结束，完成一次跳频。尽管载波相位是非连续的，但扩跳频混合解调模块使用相同方案进行跟踪，保证了跳频时刻的精确性。扩频码相位辅助跳频方法示意图如图4所示。扩频码相位辅助跳频的方法大大降低了 DS_FH混合扩频信号的同步时间。C、本发明采用一路长码辅助测距的方法来消除测距的模糊度问题。长码周期是短码周期的整数倍，长码、短码结合可以在不降低系统同步性能的情况下，大大扩展测距的最大无模糊距离。采用QPSK方案，分别调制两路信号。一路信号为短码通信帧，负责测控数据包；一路为长码通信帧，专门负责远距离的测距方案。长码周期远大于跳频周期，一次长码周期结束后，系统进行一次测距计算。d、本发明DS_FH混合扩频信号的同步方案DS_FH混合扩频信号同步跟踪方案流程如图5所示，整个同步过程包括捕获、跟踪两个阶段。在捕获阶段，扩跳频混合解调模块工作在跳频扫描状态，当本地参考频率与接收到的信号相匹配时，经混频滤波后得到的下变频信号送入数字匹配滤波器捕获，扩频码捕获后，立刻转入跟踪和解调状态，控制本地频率合成器同步跳变，实现精确同步。本方案中由于跳频同步是依托在扩频码相位上，因此在扩频码跟踪状态下，本地码序列生成器将控制跳频指令发生器自动跳转到新的跳频频率，稳定、连续的扩频码跟踪状态保证了系统的跳频时刻与扩频码相位时刻处于精确同步的状态。
图I为本发明中测控系统的飞行器部分与地面站部分结构框图；图2为本发明中扩跳频混合调制模块；图3为本发明中扩跳频混合解调模块；图4为扩频码辅助跳频方法示意图；图5为DS_FH混合扩频信号同步方案示意图；图中I.飞行器参数数据采集模块 2.数据处理模块 3.遥测发射数据帧组帧模块4.直接序列扩频调制模块 5.发射机6.发射天线7.接收天线8.射频前端9.扩跳频混合解调模块 10.遥控接收数据帧解帧模 11.指令处理模块块12.遥控发射数据帧组帧模13.扩跳频混合调制模块14.地面站发射机15.地面站发射天线16.地面站接收天线17.地面站射频前端18.直接序列扩频解调模块19.遥测接收数据帧解帧模 20.数字飞参数据块21.遥测回传信息22.遥测数据帧23.数字中频已调制信号24.射频信号25.遥控无线信号26.数字中频待解调信号27.中频数字信号28.遥控指令数据29.遥控指令信息30.遥控数据帧31.数字中频已调制信号 32.射频信号33.遥测无线信号34.数字中频待解调信号 35.中频数字信号36.遥测数据41.长码生成器42.短码生成器43.扩频调制模块44.跳频指令发生器45. I路扩频组帧模块 46. Q路扩频组帧模块47.直接数字频率合成器 48.正交调制模块49.并串转换模块50.长码51.短码52.经过短码扩频后的信息53. I路组帧信号54. Q路组帧信号55.数字载波61.匹配滤波器62.捕获判别选择开关63.本地码序列生成器64.累加器65.载波鉴相器66.码相位鉴相器67.码环路滤波器 68.直接数字频率合成器 69.跳频指令发生器70.载波环路滤波器 71.数字下变频信号72.跳频数字载波信号73.判决输出模块
具体实施例方式下面结合附图对本发明的具体实施方式
进行说明。本发明上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，该系统由飞行器部分和地面站部分组成，如图I所示飞行器部分搭载着飞行器参数数据采集模块I、数据处理模块2、遥测发射数据帧组帧模块3、直接序列扩频调制模块4、发射机5、发射天线6、接收天线7、射频前端模块8、扩跳频混合解调模块9与遥控接收数据帧解帧模块10 ；地面站部分包括指令处理模块11、遥控发射数据帧组帧模块12、扩跳频混合调制模块13、地面站发射机14、地面站发射天线15、地面站接收天线16、地面站射频前端17、直接序列扩频解调模块18与遥测接收数据帧解帧模块19 ；所述的扩跳频混合调制模块13结构如图2所示，扩跳频混合调制模块13包含多个通道，每个通道中又包括长码生成器41、短码生成器42、扩频调制模块43、I路扩频组帧模块45、Q路扩频组帧模块46、正交调制模块48、跳频指令发生器44、直接数字频率合成器47与并串转换模块48 ；所述的扩跳频混合解调模块9结构如图3所示，包含匹配滤波器61、捕获判别选择开关62、本地码序列生成器63、累加器64、载波鉴相器65、码相位鉴相器66、码环路滤波器67、载波环路滤波器70、跳频指令发生器69与直接数字频率合成器68 ； 基于以上系统，下面将详细介绍本系统工作方法。步骤(a)，地面站部分上行遥控发射步骤(al)，指令处理模块11形成遥控指令信息29，并将遥控指令信息29送入到遥控发射数据帧组帧模块12，遥控发射数据组帧模块12按照指定帧格式将遥控指令信息29组帧后形成遥控数据帧30，并发送至扩跳频混合调制模块13 ；步骤(a2)，如图2所示，扩跳频混合调制模块13中，扩频调制模块43将短码生成器42输出的短码51与基带数据(即遥控数据帧30)进行直接序列扩频调制，扩频后的输出52送入Q路扩频组帧模块46组帧，长码生成器41的输出的长码50送入I路扩频组帧模块45组帧；跳频指令发生器44工作在初始预置状态，短码生成器42内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器44收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器47产生需要的跳频数字载波55 ;正交调制模块48将I路扩频组帧模块的输出53与Q路扩频组帧模块的输出54正交调制到跳频数字载波55上，在跳频数字载波频率不高(如200MHz以内)的条件下，正交调制模块的输出即为扩跳频混合调制模块的输出31 ;在跳频数字载波频率要求很高的条件下，如200MHz以上时，可以采用多通道并串结构，通道数量n (n大于等于I)根据跳频数字载波频率要求而定，每个通道的结构相同，多通道并串结构使得每个通道在每个跳频时刻内处理的数据量为总体数据量的1/n，跳频数字载波的频率可以降为需求的1/n，使得跳频数字载波的带宽比单通道情况扩展了 n倍；并串转换模块49将n个通道并行数据转换为串行输出，即为扩跳频混合调制模块的输出31 ；步骤(a3)，将对扩跳频混合调制模块的输出31发送至地面站发射机14 ;地面站发射机14将数字中频已调制信号31进行数模转换、上变频、功率放大后，形成射频信号32，并送至地面站发射天线15发射至空间，完成地面站部分上行遥控信号的发射；步骤(b)，飞行器部分上行遥控接收步骤(bl)，接收天线7接收空间中的遥控无线信号25后送入射频前端8，射频前端8对遥控无线信号25进行放大，滤波，下变频，模数转化后，输出数字中频待解调信号26到扩跳频混合解调模块9 ；步骤(b2)，如图3所示，扩跳频混合解调模块9中，跳频指令发生器69工作在初始预置状态，驱动直接数字频率合成器68输出本地跳频数字载波72 (初始预置状态下本地跳频数字载波频率稳定，不跳变)，将数字中频待解调信号26与本地跳频数字载波72相乘后的数字下变频信号71送入匹配滤波器(抽头系数为短码)进行相关累加，捕获判别选择开关62根据匹配滤波器61的输出进行捕获判决；若捕获成功，捕获判别选择开关62将把开关选通，启动跟踪过程，匹配滤波器61将捕获成功时的本地码相位送入本地码序列生成器63，本地码序列发生器63按照匹配滤波器61输出的本地码相位生成本地短码，并与数字下变频信号71相乘，相乘后的结果送入累加器64进行累加计算，累加器64将其中IL、IP与IE三路累加值送入到码相位鉴相器66，将IP、QP两路累加值送入到载波鉴相器65中；载波鉴相器65计算本地载波与输入信号之间的相位差，经载波环路滤波器70滤波后，调整值送入直接数字频率合成器68 ;码相位鉴相器66输出本地码相位的调整量，经码环路滤波器67滤波后，将调整量送至本地码序列生成器63 ;进入跟踪状态后，本地码序列发生器63内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器69收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器68产生需要的跳频数字载波72 ;判决输出模块 73对跟踪状态下IP路的输出值进行判决，输出结果即为扩跳频混合解调模块的输出27 ；捕获成功后，按照短码和长码的倍数关系，本地码序列发生器63同时输出本地长码；只要短码始终处于跟踪状态，本地长码必然与接收遥控信号的长码保持同步状态；若捕获不成功，捕获判别选择开关62始终将开关关闭，匹配滤波器61始终处于捕获状态中，并需要按照一定的算法调整跳频指令发生器69，使直接数字频率合成器68的输出在一定范围内按照设置的步长进行频率搜索，直至捕获成功，此时捕获判别选择开关62将把开关选通，启动跟踪过程；跟踪过程与上一段所述相同；步骤(b3)，遥控接收数据帧解帧模块10对扩跳频混合解调模块的输出27进行解帧后形成遥控指令数据28并送至数据处理模块2 ;数据处理模块2对遥控指令进行处理，完成飞行器部分上行遥控信号的接收过程；步骤(C)，飞行器部分下行遥测发射飞行器参数数据采集模块I将对飞行器的飞行姿态参数进行采集，并且形成数字飞参信号20送入数据处理模块2 ;数据处理模块2将对数字飞参数据20以及从遥控接收数据帧解帧模块10送来的遥控指令数据28 (包含上行遥控信号中的短码、长码相位信息)进行组合，形成遥测回传信息21，并将遥测回传信息21发送至遥测发射数据帧组帧模块3 ；遥测发射数据帧组帧模块3将按照指定帧格式将遥测回传信息21组帧后形成遥测数据帧22，并发送至直接序列扩频调制模块4 ;直接序列扩频调制模块4对遥测数据帧22进行直接序列扩频调制，用于直接序列扩频调制的扩频码与上行遥控信号的短码、长码相同，同样采用QPSK调制，扩频码的初始相位与遥测数据帧22中包含的上行遥控接收信号的短码相位、长码相位相同，形成数字中频已调制信号23，并发送至发射机5 ;发射机5将数字中频已调制信号23进行数模转换、上变频、功率放大后，形成射频信号24，并送至发射天线6，由发射天线6发射射频信号24，完成飞行器部分下行遥测发射；步骤(d)，地面站部分下行遥测接收地面站接收天线15接收空间中的遥测无线信号32后送入地面站射频前端17，地面站射频前端17对遥测无线信号32进行放大，滤波，下变频，模数转化后，输出数字中频待解调信号34到直接序列扩频解调模块18，直接序列扩频解调模块18通过适用于直接序列扩频的捕获跟踪手段，将数字中频待解调信号34解调后形成中频数字信号35 ;遥测接收数据帧解帧模块19将中频数字信号35进行解帧后形成遥测数据36并送至指令处理模块11，完成地面站部分下行遥测接收；步骤(e)，测距测速步骤(el)，利用扩频码进行测距，主要利用长码进行测距。地面站部分上行遥控信号中包含了短码51、长码50，且飞行器部分已知上行遥控信号中短码51、长码50的初始相位，经过飞行器部分扩跳频混合解调模块9解扩解跳后，扩跳频混合解调模块9输出的中频数字信号27包含了上行遥控信号到达飞行器部分接收天线的短码、长码相位信息，飞行器部分数据处理模块2直接将获得的短码、长码相位信息送入遥测发射数据帧组帧模块3，而后送入直接序列扩频调制模块4，直接序列扩频调制模块4依据遥测数据帧22中包含的短码、长码相位信息调整模块中扩频短码、长码的初始相位，从而使下行遥测信号中包含的扩频短码、长码相位与上行遥控信号到达飞行器部分接收天线的扩频短码、长码相位相同；地 面站部分下行遥测接收过程中，经过扩频解调模块后，可以获取飞行器部分下行遥测信号到达地面站接收天线的扩频短码、长码相位，并将得出的短码、长码相位与地面站部分上行
遥控信号中包含的短码51、长码50的初始相位相比较，得出码相位差值，利用公式= ,
2
计算地面站与飞行器的距离。步骤(e2)，利用载波跟踪环路获得载波多普勒频率值后实现对飞行器的瞬时速度测量；地面站部分下行遥测接收过程中，经过直接序列扩频解调模块后，可以通过载波跟踪环路获取当前载波频率值与标准载波频率值的差值即多普勒频率偏移值，利用公式
ChppkT = Iv ,可以计算出地面站与飞行器的相对速度。本发明所述的上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，抗干扰性与抗截获性强，保密性高，同时具备测速测距与通信功能，适用于对安全性要求较高的飞行器测控领域。
权利要求
1.一种上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，该系统由飞行器部分和地面站部分组成，该系统下行遥测链路采用DS扩频调制，上行遥控链路采用了抗干扰性能更强的DS_FH混合扩频调制，其特征于 飞行器部分搭载着飞行器参数数据采集模块I、数据处理模块2、遥测发射数据帧组帧模块3、直接序列扩频调制模块4、发射机5、发射天线6、接收天线7、射频前端模块8、扩跳频混合解调模块9与遥控接收数据帧解帧模块10 ； 地面站部分包括指令处理模块11、遥控发射数据帧组帧模块12、扩跳频混合调制模块.13、地面站发射机14、地面站发射天线15、地面站接收天线16、地面站射频前端17、直接序列扩频解调模块18与遥测接收数据帧解帧模块19 ； 所述的扩跳频混合调制模块13包含n (n大于等于I)个通道，每个通道中又包括长码生成器41、短码生成器42、扩频调制模块43、I路扩频组帧模块45、Q路扩频组帧模块46、 正交调制模块48、跳频指令发生器44、直接数字频率合成器47与并串转换模块48 ； 长码生成器41产生长周期的扩频码序列，简称长码； 短码生成器42产生短周期的扩频码序列，简称短码； 扩频调制模块43利用短码51对基带数据进行直接序列扩频调制； I路扩频组帧模块45与Q路扩频组帧模块46分别对长码与经过短码扩频后的信息进行数据帧组帧，形成I路组帧信号、Q路组帧信号，并发送到正交调制模块48 ； 跳频指令发生器44，其在短码生成器42的辅助下工作，短码生成器42内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器44收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器47产生需要的跳频数字载波55 ； 直接数字频率合成器47，用于产生需要的跳频数字载波55，并发送到正交调制模块.48 ； 正交调制模块48将两路组帧信号进行QPSK正交调制到跳频数字载波上；调制后共n路通道的调制数据并行被送入到并串转换模块49，最终输出高速串行数字信号； 所述的扩跳频混合解调模块9包含匹配滤波器61、捕获判别选择开关62、本地码序列生成器63、累加器64、载波鉴相器65、码相位鉴相器66、码环路滤波器67、载波环路滤波器.70、跳频指令发生器69与直接数字频率合成器68 ； 跳频指令发生器69工作在起始频率点，驱动直接数字频率合成器68产生对应频率的跳频数字载波信号72，跳频数字载波信号72与输入信号相乘后产生数字下变频信号71并且送至匹配滤波器61 ； 匹配滤波器61完成相关累加过程并输出相关峰值，当相关峰值小于门限时，匹配滤波器61继续处于捕获状态中，直到相关峰值大于门限时，表示捕获成功； 捕获判别选择开关62在捕获成功时将把开关选通，把数字下变频信号71与本地码序列生成器63产生的码序列进行相乘后再送入多路累加器64中； 累加器64进行累加计算，将其中IL、IP与IE三路累加值送入到码相位鉴相器66，将IP、QP两路累加值送入到载波鉴相器65中； 载波鉴相器65计算本地载波与输入信号之间的相位差，经过载波环路滤波器70滤波后送入直接数字频率合成器68 ；码相位鉴相器66输出本地码相位的调整量，经过码环路滤波器67滤波后送至本地码序列生成器63; 本地码序列发生器63辅助跳频指令发生器69，本地码序列发生器63内部的计数器根据短码周期与跳频周期的关系计算出跳频时刻并发出频率切换脉冲，跳频指令发生器69收到脉冲后生成新的跳频序列，其输出将驱动直接数字频率合成器68产生新的跳频数字载波，使本地跳频数字载波始终同步于接收信号的载波。
2.根据权力要求I所述的上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统，其特征在于 为保证DSJ^H混合扩频信号的同步与解调，扩跳频混合调制模块13与扩跳频混合解调模块9采用扩频码相位辅助跳频时刻，即跳频时刻同步于指定的扩频码相位，因此只要实现了扩频码相位的精确跟踪，即同时保证了精确的跳频时刻跟踪。
全文摘要
本发明公开了一种上下行链路采用不同扩频体制的飞行器测控系统。系统上行遥控链路基于直扩_跳频混合扩频体制，下行遥测链路采用直接序列扩频体制。系统分为两个部分飞行器部分搭载着飞行器参数数据采集模块、数据处理模块、遥测发射数据帧组帧模块、直接序列扩频调制模块、发射机、发射天线、接收天线、射频前端模块、扩跳频混合解调模块与遥控接收数据帧解帧模块；地面站部分包括指令处理模块、遥控发射数据帧组帧模块、扩跳频混合调制模块、地面站发射机、地面站发射天线、地面站接收天线、地面站射频前端、直接序列扩频解调模块与遥测接收数据帧解帧模块。本发明的特点在于，抗干扰与抗截获性强，适合在复杂电磁环境下使用。
文档编号H04B1/7156GK102752012SQ20121015036
公开日2012年10月24日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者占巍, 孟博超, 张晓林, 李娟 , 鲍君海 申请人:北京航空航天大学