一种用于遥测遥控通信系统的通信链路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于飞行器测控通信技术领域，尤其涉及一种用于遥测遥控通信系统的通 信链路。
【背景技术】
[0002] 基于地面站设备的飞行器测控通信系统的用途是建立从地面控制站至目标飞行 器的用于上传控制指令信息的遥控数据链路和从目标飞行器至地面控制站的用于下传各 种机载设备状态信息和任务载荷产生的有效数据的遥测数据链路。如图1所示，图1为现 有技术中的飞行器测控通信示意图。而传统飞行器测控通信系统通常采用单地面站对单目 标飞行器即"一站一机"测控方式，进而通过地面站组网构成测控系统。在无线通信体制上， 在较低频段（例如甚高频UHF)调频脉冲编码调制（FM/PCM)方式应用较为普遍。
[0003] 随着编队多飞行器测控和无人机地面站系统小型化和快速部署等问题被提出，传 统飞行器测控通信系统的局限性显现：采用"一站一机"方式对多飞行器测控需要至少与 飞行器相同数量的地面站设备以致地面站系统庞大、复杂；对于编队飞行器测控，多地面站 波束重叠，如图2所示，图2为现有技术中的一站一机测控方式多目标飞行器测控示意图； 采用调频脉冲编码调制体制必须通过严格的频率划分以解决链路间干扰问题，频谱利用率 低；较低频段频谱资源紧张，信道带宽受限不能满足大数据量遥测数据实时下发；缺少有 效的抗干扰、抗截获技术手段；载波波长较长导致天线尺寸较大，地面站及机载设备小型化 困难。
【发明内容】
[0004] 为解决上述问题，本发明提供一种用于遥测遥控通信系统的通信链路，本发明实 现了单个地面站设备与多个遥控终端设备间的无线通信。
[0005] 本发明的用于遥测遥控通信系统的通信链路，其包括上行广播链路和下行时分多 址链路，地面站通过上行广播链路向多接收机以广播方式发送遥控指令；多接收机通过下 行链路以时分多址的方式向地面站发送遥测数据；
[0006] 其中，上行广播链路的内容包括：
[0007] A采用编码扩频（软扩频）的方式
[0008] 采用M/Nbit编码扩频，将二进制符号串并转换形成M位一组编码进而映射为N 码片扩频序列；
[0009]B上行链路使用QPSK载波方式
[0010]N码片扩频序列经串并转换形成的I、Q两路长度为N/2码片的扩频序列，为使得 接收机能够使用基于相关峰判别进行非相干解扩解调，在选择编码扩频序列时，应保证I、Q 两路长度为N/2码片的扩频序列具备共轭正交性；
[0011] c上行链路在编码扩频获得的信息序列数据流中周期地插入n个具有优于编码扩 频的扩频序列相关性的m序列作为同步引导序列，n的取值大于等于接收机跟踪和捕获环 节所需要的同步头个数，插入周期应小于接收机本地定时产生1个码片偏离所需的时间；
[0012] D上行链路采用单符号脉冲包发射方式，对于同步引导的m序列采用连续符号脉 冲发射包发射方式；
[0013] 其中，下行多址链路的内容包括：
[0014] A采用编码扩频与跳频扩频进行级联的混合扩频；
[0015] 采用M/Nbit编码扩频，将二进制符号串并转换形成M位一组编码进而映射为N码 片扩频序列；
[0016] 跳频扩频利用编码扩频的扩频序列调制中频载波，通过对中频载波的伪随机频移 键控实现跳频；
[0017] 对于确定的M、N，频点数为K，级联跳频扩频的混合扩频具有KN/M的扩频增益；
[0018] B下行链路使用BPSK调制载波方式，
[0019] 使得多接收机能够在滑动相关解扩的同时直接通过相关峰判别进行非相干解 调；
[0020] C下行链路在混合扩频获得的信息序列数据流中周期地插入n个m序列作为同步 引导序列，n的取值大于等于接收机跟踪和捕获环节所需要的同步头个数，插入周期应小于 接收机本地定时产生1个码片偏离所需的时间；
[0021] D下行链路采用单符号脉冲发射方式，且在时分多址的各时隙结尾插入一个大于 AT的时间保护间隔，AT为各址路径最大时延差；
[0022] 上述时分多址的时隙结构由地面站决定，并通过上行链路广播将时隙分配指令上 传至各飞行器终端，各接收机根据时隙分配指令和基于上行链路指令完成的本地定时，确 定各自的数据下发时间。
[0023] 有益效果：
[0024] 本发明所提出的用于遥测遥控通信系统的通信链路规避了复杂的载波同步问题， 实现了单个地面站设备与多个遥控终端设备间的无线通信。具体的：
[0025] 通过采用上行链路广播、下行链路时分多址方式解决单地面站同时对多个飞行器 "一站多机"测控问题。
[0026] 下行链路采用多级增益可调的混合扩频BPSK调制、上行链路采用固定增益的编 码扩频QPSK调制体制，以提高无线链路抗干扰和抗截获能力，同时兼顾上、下行链路非对 称性。
[0027] 上、下行链路均使用单脉冲调制符号包发射方式，相邻符号脉冲间插入固定间隔， 从而降低接收机对扩频信号捕获、跟踪和同步的复杂度。
[0028] 使用非相干解调，规避了复杂的载波同步问题，进一步简化接收机设计和工程实 现。
【附图说明】
[0029] 图1为现有技术中的飞行器测控通信示意图；
[0030] 图2为现有技术中的一站一机测控方式多目标飞行器测控示意图；
[0031] 图3本发明的下行链路混合扩频原理图；
[0032] 图4本发明的上行链路一次同步数据帧示意图；
[0033] 图5本发明的编码扩频正交映射示意图；
[0034] 图6本发明的下行链路时隙结尾插入时间保护间隔示意图。
【具体实施方式】
[0035] 本发明的用于遥测遥控通信系统的通信链路，其包括上行广播链路和下行时分多 址链路，地面站通过上行广播链路向多接收机以广播方式发送遥控指令；多接收机通过下 行链路以时分多址的方式向地面站发送遥测数据。
[0036] 一、上行广播链路：
[0037] 1)上行链路编码扩频
[0038] 采用M/Nbit编码扩频，将二进制符号串并转换形成M位一组编码进而映射为N 码片扩频序列。例如上行链路采用4/32bit编码扩频，二进制符号串并转换形成4位一组 编码进而映射为32码片扩频序列。但考虑到上行链路使用QPSK调制方式，对于扩频序列 的选择需考虑32码片序列经串并转换形成的16码片I、Q扩频序列的正交性问题，以及采 用非相干方式解扩解调的适用性。
[0039]附表 2 给出了 一种由分别由SvllOllOOlllOOOOllOlOlOOlOOOlOlllO和S8: 10001100100101100000011101111011做4位步长循环移位得到的16个32位扩频序列。上 述16个序列经串并转换得到16个16位序列Sd，Si_I，…S15_I和Sd，Si_Q，…S15_Q，详 见附表3,具备所谓共轭正交性，即除了两组16个序列以 及16个序列S8_I，S8_Q，S8_I，S8_Q…S15_I，S15_Q分别具有（准）正交性以外，后一组序中 I路序列与前一组I路序列完全相同，例如S^I与S8_I，Q路序列与前一组Q路序列刚好取 反，例如Sq_Q与S8_Q等。（注：上述序列已经在IEEE802. 15. 4扩频方案中使用）图5所 示为上行链路编码扩频二进制符号至I、Q路扩频序列的映射原理。
[0040] 表2具备共轭正交性的一组循环移位序列
【主权项】
1. 一种用于遥测遥控通信系统的通信链路，其特征在于，包括上行广播链路和下行时 分多址链路，地面站通过上行广播链路向多接收机以广播方式发送遥控指令；多接收机通 过下行链路以时分多址的方式向地面站发送遥测数据； 其中，上行广播链路的内容包括： A采用编码扩频的方式 采用M/N bit编码扩频，将二进制符号串并转换形成M位一组编码进而映射为N码片 扩频序列； B上行链路使用QPSK载波方式 N码片扩频序列经串并转换形成的I、Q两路长度为N/2码片的扩频序列，为使得接收 机能够使用基于相关峰判别进行非相干解扩解调，在选择编码扩频序列时，应保证I、Q两 路长度为N/2码片的扩频序列具备共轭正交性； C上行链路在编码扩频获得的信息序列数据流中周期地插入η个具有优于编码扩频的 扩频序列相关性的m序列作为同步引导序列，η的取值大于等于接收机跟踪和捕获环节所 需要的同步头个数，插入周期应小于接收机本地定时产生1个码片偏离所需的时间； D上行链路采用单符号脉冲包发射方式，对于同步引导的m序列采用连续符号脉冲发 射包发射方式； 其中，下行多址链路的内容包括： A采用编码扩频与跳频扩频进行级联的混合扩频； 采用M/Nbit编码扩频，将二进制符号串并转换形成M位一组编码进而映射为N码片扩 频序列； 跳频扩频利用编码扩频的扩频序列调制中频载波，通过对中频载波的伪随机频移键控 实现跳频； 对于确定的M、N，频点数为K，级联跳频扩频的混合扩频具有KN/M的扩频增益； B下行链路使用BPSK调制载波方式， 使得多接收机能够在滑动相关解扩的同时直接通过相关峰判别进行非相干解调； C下行链路在混合扩频获得的信息序列数据流中周期地插入η个m序列作为同步引导 序列，η的取值大于等于接收机跟踪和捕获环节所需要的同步头个数，插入周期应小于接收 机本地定时产生1个码片偏离所需的时间； D下行链路采用单符号脉冲发射方式，且在时分多址的各时隙结尾插入一个大于Λ T 的时间保护间隔，ΔT为各址路径最大时延差； 上述时分多址的时隙结构由地面站决定，并通过上行链路广播将时隙分配指令上传至 各飞行器终端，各接收机根据时隙分配指令和基于上行链路指令完成的本地定时，确定各 自的数据下发时间。
【专利摘要】本发明提出一种用于遥测遥控通信系统的通信链路，其通过采用上行链路广播、下行链路时分多址方式解决单地面站同时对多个飞行器“一站多机”测控问题；其下行链路采用多级增益可调的混合扩频BPSK调制、上行链路采用固定增益的编码扩频QPSK调制体制，以提高无线链路抗干扰和抗截获能力，同时兼顾上、下行链路非对称性；其上、下行链路均使用单脉冲调制符号包发射方式，相邻符号脉冲间插入固定间隔，从而降低接收机对扩频信号捕获、跟踪和同步的复杂度；其使用非相干解调，规避了复杂的载波同步问题，进一步简化接收机设计和工程实现。本发明规避了复杂的载波同步问题，实现了单个地面站设备与多个遥控终端设备间的无线通信。
【IPC分类】H04B1-692, H04B1-7087, H04L27-233
【公开号】CN104579416
【申请号】CN201410818495
【发明人】肇启明, 王石记, 安佰岳, 殷晔
【申请人】北京航天测控技术有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日