一种TACAN地面信标信号质量的评估校验方法与流程

本发明涉及到飞行校验，特别涉及一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法。

背景技术：

1、飞行校验是指为保证飞行安全，使用装有专门校验设备的飞行校验飞机，按照飞行校验的有关规范，检查和评估各种导航、雷达、通信等设备的空间信号的质量及其容限，以及机场的进、离港飞行程序，并依据检查和评估的结果出具飞行校验报告的过程。其基本原理是使用装有相应接收设备的飞机，按规定的航迹飞行，机上接收设备在接收到导航信号的同时也记录位置信号，机载设备实际收到的信号与该点理论值比较，得出校验误差。

2、现有技术中，如公开号为cn114200387b的中国专利公开了一种评估tacan地面信标信号质量的方法，该专利利用反演重构后得到数据信息，计算误差、弯曲、抖动等航道信息，最后评估导航参数是否满足容限要求，确定tacan信号场型是否安全可用。

3、但是在飞行校验的过程中，存在以下缺陷：

4、1、无法调整地面信标信号强度，导致整体适配性差，影响信号传输稳定性，不能确定校验检测结构的精确性；

5、2、其次，无法根据飞行信号检测地面信标信号，从而对地面信标信号质量进行评估。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，计算基准群脉冲与包络零点相位之间的相位差从而得到tacan方位信息的方法是可行的，能够获得精确的tacan方位信息，提高型号收取的稳定性，便于对信号进行接收，通过调幅调制调整其信号强度，根据校验测试进行灵活调整，确保校验检测结构的精确性，可根据测试地域、环境以及项目对地面信标台信号进行调整，提高整体适配性，也增加检测的灵活性，准确测量天线系数，并且建立不同飞行姿态下的模型，以修正对信号强度的影响，根据两组信号的差值进行评估，根据信号中噪声含量，从而可对信号的质量进行更细致的评定，提高评定的质量，另根据不同频率谐波成分，去掉相应噪声，更可改善和提高信号的质量，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，包括tacan信号处理系统和地面管理系统；

4、所述地面管理系统根据校验方案制定tacan地面信标台位置和距离，用于在飞行过程中进行tacan地面信标信号测试，所述tacan信号处理系统设置在无人机飞行系统内，且所述tacan信号处理系统与地面管理系统；

5、所述无人机内的tacan信号处理系统采集tacan地面信标台发射的脉冲电磁波信号，对采集到的数据进行储存，并传送给所述地面管理系统内进行处理和评估。

6、进一步地，tacan信号处理系统与tacan地面信标台构成tacan导航系统，其方位测量是通过旋转地面信标天线得到一个旋转的多波瓣方向图，提供方位信息，tacan地面信标台以15hz和135hz复合调制的旋转场向空中发射脉冲，形成15hz和135hz脉冲包络调制信号，脉冲包络调制信号包含指北基准群脉冲、辅助基准群脉冲、台站识别脉冲、距离应答脉冲和随机填充脉冲。

7、进一步地，tacan信号处理系统包括用于接收信号的侦测天线，用于将信号侦收进来的宽带接收机，用于侦收以信号的窄带接收机，用于信号处理的处理模块，对得到的数字信号进行分析的分析提取模块。

8、进一步地，tacan信号处理系统对信号处理包括如下步骤：

9、s1：信号由侦测天线接收后，宽带接收机将频率为962～1213mhz的信号侦收进来；

10、s2：通过频谱分析，找到信号的中心频率，并由窄带接收机侦收以中心频率为中心、带宽为1mhz的信号；

11、s3：侦收来的信号通过处理模块进行中频数字化处理，对得到的数字信号；

12、s4：数字信号进行参数测量、信号模式识别、分选，得到的数据再进行方位信息分析提取。

13、进一步地，tacan地面信标台调制方式有两种:脉冲调制以及调幅调制；

14、其中调幅调制由tacan地面信标台中央天线经过旋转，生成辐射信号；

15、辐射信号在经过第一级调制器件后，该调制器件会不断地旋转，转速为每s15圈，产生15hz脉冲包络调制信号；

16、辐射信号在经过第二级调制器件后，该调制器件不断的旋转，转速为每s135圈，产生135hz脉冲包络调制信号。

17、进一步地，由tacan地面信标台中央天线经过旋转，生成辐射信号，包括：

18、根据tacan地面信标台位置和距离，建立天线阵列，并根据tacan地面信标台中央天线的旋转特征，建立旋转阵列，且基于所述天线阵列和旋转阵列建立天线旋转模型；

19、获取测试地域的三维环境模型，并根据地形、地貌和环境特征在所述三维环境模型中进行特征标记，根据标记结果，得到三维动态环境模型；

20、根据飞行任务确定无人机系统的飞行姿态和飞行轨迹，并根据所述飞行姿态和飞行轨迹建立无人机飞行模型；

21、以时间维度为准，基于所述天线旋转模型和无人机飞行模型，模拟无人机-天线通讯过程，根据模拟结果确定无人机飞行轨迹和姿态变化与天线旋转角度调整之间的通讯强弱关系；

22、根据所述通讯强弱关系，以预设时间间隔为基准，确定在每个时间点下无人机飞行的轨迹和姿态及其对应的最佳天线角度，得到最佳天线角度随时间的角度变化趋势；

23、判断所述角度变化趋势中是否存在角度调整幅度大于预设幅度的相邻两个角度值；

24、若是，获取两个相邻两个角度值对应的通讯强度，并从所述通讯强弱关系选择满足预设幅度的第二佳角度值对所述两个相邻两个角度值中通讯强度较强的角度值进行替换，最终得到目标角度变化趋势；

25、否则，将所述角度变化趋势作为目标角度变化趋势；

26、基于所述目标角度变化趋势，确定tacan地面信标台中央天线的第一旋转特征；

27、基于所述三维动态环境模型，确定对在所述第一旋转特征下的干扰特征，并判断所述干扰特征是否可通过改变旋转角度解决；

28、若是，基于所述干扰特征确定对旋转角度的调整幅度，得到第二旋转特征，将所述第二旋转特征作为目标旋转特征；

29、否则，将所述第一旋转特征作为目标旋转特征；

30、按照所述目标旋转特征控制tacan地面信标台中央天线的旋转角度，生成辐射信号。

31、进一步地，地面管理系统包括用于对航线地区域数据进行收集和储存的收集模块，用于对tacan地面信标位置和距离进行制定的定位处理模块，针对tacan地面信标台发出的信号以及tacan信号处理系统发出的信号进行接收的信号处理模块，以及对接收的信号进行分析的分析模块，还包括对两个信号进行比较的评估模块。

32、进一步地，地面管理系统具体实施包括如下步骤：

33、s100：通过多角度、多通道采集航线地区域数据进行收集，并将收集到的数据作为基础进行储存；

34、s200：根据无人机校验项目，以及区域内地面情况数据为依据制定tacan地面信标位置和距离，并通过无人机校验地面信标信号质量；

35、s300：在无人机校验前，信号处理模块检测tacan地面信标台发出的信号，并对信号质量进行分析，再接收tacan信号处理系统采集tacan地面信标台发射的脉冲电磁波信号，针对其信号进行分析；

36、s400：评估模块针对两组信号分析结果进行比对，根据其信号差评估地面信标信号质量。

37、进一步地，所述分析模块使用小波分析，在不同的尺度下具有不同的时频分辨率，分辨不同频率成分的信号，求出信号的各个频率的谐波成分，通过变更尺度可求出任意频率谐波的幅值，通过分析各次谐波的幅值，得出信号质量差异，根据两组信号的差值进行评估。

38、进一步地，根据两组信号的差值进行评估的具体步骤如下：

39、根据tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号的波形，将tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号进行对准，并确定对准时间周期；

40、基于tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号在对准时间周期中的信号强度值，并根据如下公式确定tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号之间的相关系数；

41、

42、其中，γ表示tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号之间的相关系数，e表示自然常数，取值为2.72，k表示两组信号的对准系数，取值为(0.80，1.00)，τ表示预设时间延迟量，i(t)表示tacan信号处理系统接收的信号，o(t)表示tacan地面信标台发出的信号，t表示对准时间周期，o(t-τ)表示在时间延迟量下tacan地面信标台发出的信号；

43、判断所述相关系数是否大于预设系数；

44、若是，表明两组信号满足第一评估要求，并对两组信号进行进一步评估；

45、否则，表明两组信号不满足第一评估要求，并确定tacan信号处理系统接收的信号的信号质量为第三等级；

46、对两组信号进行进一步评估包括：

47、根据如下公式计算tacan地面信标台发出的信号与tacan信号处理系统接收的信号之间的差值评估值r；

48、

49、其中，n表示不同频率的频率数量，m表示谐波次数的数量，aij表示tacan地面信标台发出的信号在第i个频率第j个谐波次数下对应的幅值，bij表示tacan信号处理系统接收的信号在第i个频率第j个谐波次数下对应的幅值，αi表示第i个频率对应频率值权值，取值为(0，1)，βj表示第j个谐波次数对应谐波次数权值；

50、判断所述差值评估值是否小于预设评估值；

51、若是，确定tacan信号处理系统接收的信号的信号质量为第一等级；

52、否则，确定tacan信号处理系统接收的信号的信号质量为第三等级。

53、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

54、1、本发明提出的一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，在对tacan信号分选识别之前，首先要获得tacan信号的脉冲参数，对检测到的脉冲包络进行参数测量，可得到脉冲幅度、脉冲宽度、脉冲到达时间等特征参数，形成脉冲描述字，通过宽带接收机和窄带接收机，已经完成了对rf的分选，利用脉冲幅度以及脉冲宽度进行预分选，脉冲幅度跟距离远近以及功率大小有关，通过脉冲幅度可以将辐射源较近的tacan信号源分选出来，tacan信号的脉冲宽度是一个固定值，通过脉冲宽度可以剔除其它的信号，通过预分选，得到的信号是单个辐射源的tacan信号，然后，由测得的脉冲到达时间计算出每个脉冲的pri值，塔康信号参数库中存储着塔康各种工作模式下主、辅基准群的pri值，如果测得的pri满足式，则将该脉冲分选出来，从而完成信号模式的识别，并获得主、辅基准群脉冲，计算基准群脉冲与包络零点相位之间的相位差从而得到tacan方位信息的方法是可行的，能够获得精确的tacan方位信息，提高型号收取的稳定性，便于对信号进行接收。

55、2、本发明提出的一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，辐射信号在经过第二级调制器件后，该调制器件不断的旋转，转速为每s135圈，产生135hz脉冲包络调制信号，通过调幅调制调整其信号强度，根据校验测试进行灵活调整，确保校验检测结构的精确性，可根据测试地域、环境以及项目对地面信标台信号进行调整，提高整体适配性，也增加检测的灵活性。

56、3、本发明提出的一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，地面管理系统包括用于对航线地区域数据进行收集和储存的收集模块，用于对tacan地面信标位置和距离进行制定的定位处理模块，针对tacan地面信标台发出的信号以及tacan信号处理系统发出的信号进行接收的信号处理模块，以及对接收的信号进行分析的分析模块，还包括对两个信号进行比较的评估模块，飞行校验过程中tacan信号处理系统用的导航天线安装在飞机尾翼上，再经耦合进入接收机，不同的飞行姿态，又影响了航向信号的接收，准确测量天线系数，并且建立不同飞行姿态下的模型，以修正对信号强度的影响。

57、4、本发明提出的一种tacan地面信标信号质量的评估校验方法，分析模块使用小波分析，在不同的尺度下具有不同的时频分辨率，分辨不同频率成分的信号，求出信号的各个频率的谐波成分，通过变更尺度可求出任意频率谐波的幅值，通过分析各次谐波的幅值，得出信号质量差异，根据两组信号的差值进行评估，根据信号中噪声含量，从而可对信号的质量进行更细致的评定，提高评定的质量，另根据不同频率谐波成分，去掉相应噪声，更可改善和提高信号的质量。