微弱扩频信号角跟踪方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电测控领域一种微弱扩频信号角跟踪技术，特别适合无线电测控领域对飞行器的隐蔽测角跟踪。
[0002]
【背景技术】
[0003]目前在无线电测控领域中对飞行器的跟踪主要采用单通道单脉冲体制，下行数据采用非扩频的正交相移键控调制方式，信号很容易被截获和干扰。扩频系统可以工作在负信噪比下，信号淹没在噪声中，因此具有很高的隐蔽性、抗干扰性、抗多径和抗截获的能力。而如何直接利用扩频信息实现角度误差信号的提取，准确、及时地完成对飞行目标的测角跟踪，成为飞行器测控系统必须要解决的一个问题。
[0004]
【发明内容】
[0005]本发明避免了上述【背景技术】中的不足之处，同时又使得跟踪系统能够工作在负信噪比下，且可以充分利用当前的测控信道而无需额外增加设备量，具有算法简单、灵敏度高、精度高、设备简单等特点。
[0006]本发明所要解决的技术问题由以下技术方案实现:
一种微弱扩频信号角跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤:
①单通道单脉冲微弱扩频角跟踪射频信号的合成:
对地面跟踪天线和差网络输出的角误差信号ΛΑ和△ E分别用互为正交的低频方波进行0/31调制，两路调制的信号相加后再与和信号Σ耦合，合成为单通道单脉冲微弱扩频角跟踪射频信号；
②地面数字跟踪接收机对输入的微弱扩频信号实现快速解扩:
地面数字跟踪接收机对输入的中频微弱扩频信号采用伪码相位并行搜索的方式，极大地降低了解扩搜索阶段的处理时间，同时为了能够在低信噪比的条件下完成解扩，采用多倍视频累积，可以实现微弱扩频信号条件下的快速解扩，以适应对飞行器的快速、大动态、隐蔽性角跟踪；
③地面数字跟踪接收机对解扩后的信号通过运算，解算出误差电压并输出到伺服设备，实现闭环跟踪:
地面数字跟踪接收机对解扩后的数据，通过运算、带通滤波、与本地的低频方波同步检波、低通滤波、解算出误差电压，组帧输出给伺服设备，完成对飞行器的闭环跟踪。
[0007]一种实施所述的微弱扩频信号角跟踪方法的系统，其特征在于，包括耦合器、射频带通滤波器、低噪放大器LNA、本振、下变频器、中频带通滤波器、伪码快速解扩器、第一乘法器、第二乘法器、第一 Ο/Jr调制器、第二 Ο/Jr调制器、加法器、自动增益控制AGC、中频放大器、T/4移相器和低频方波发生器，地面跟踪天线输出的和信号Σ依次通过耦合器、射频带通滤波器、低噪放大器LNA、下变频器、中频带通滤波器后与伪码快速解扩器的输入端连接，伪码快速解扩器的两个输出端分别与一个乘法器的一个输入端连接；在低噪放大器LNA与下变频器之间还连接有本振，中频带通滤波器的另一输入端还与中频放大器的输出端连接，该中频放大器设有自动增益控制回路AGC ;第一 Ο/Jr调制器的输入端和调制端分别与方位信号ΔΑ和T/4移相器的输出端连接，后者的输入端与低频方波发生器的输出端连接；第二Ο/Jr调制器的输入端和调制端分别与俯仰误差信号ΛΕ和低频方波发生器的输出端连接；第一 0/31调制器和第二 0/31调制器的输出端经过加法器后与耦合器的另一输入端连接；两个所述的乘法器的另一输入端分别与T/4移相器和低频方波发生器的输出端连接。
[0008]本发明与【背景技术】相比具有如下优点:
1.本发明极大的利用了当前测控系统的现有信道设备，在单通道单脉冲信号合成时几乎没有什么变动，同时又避免了原有跟踪体制中隐蔽性差，容易被干扰的缺点。
[0009]2.本发明信号处理部分，数字解扩采用了伪码的并行搜索和多倍视频累积策略，即保持了原有解扩的灵敏度指标，又缩短了解扩锁定的时间。同时将误差电压的解算部分与解扩算法统一起来，继承和发展原有成熟算法。
[0010]3.本发明的核心部分主要在数字信号处理方面，信号处理的硬件平台借用原有硬件资源，所采用的算法实现灵活、简单、性能可靠，有利于工程应用。
[0011]
【附图说明】
[0012]图1是本发明微弱扩频角跟踪系统组成框图。
[0013]图2是本发明伪码并行搜索捕获原理框图。
[0014]图1中:Σ为地面跟踪天线输出的和信号、ΛΑ和ΔΕ分别为方位和俯仰误差信号、LNA为低噪放、AGC为自动增益控制、UA和UE分别为地面数字跟踪接收机解算输出的角误差电压。
[0015]图2中:1和Q为地面数字跟踪接收机解扩后的对准支路数据、PNO-PNn为伪码的不同相位。
[0016]
【具体实施方式】
[0017]参见图1，本发明一种微弱扩频信号角跟踪系统，包括耦合器1、射频带通滤波器
2、低噪放大器LNA、本振3、下变频器4、中频带通滤波器5、伪码快速解扩器6、第一乘法器7、第二乘法器8、第一 0/调制器9、第二 0/调制器10、加法器11、自动增益控制AGC、中频放大器12、T/4移相器13和低频方波发生器14，地面跟踪天线输出的和信号Σ依次通过耦合器1、射频带通滤波器2、低噪放大器LNA、下变频器4、中频带通滤波器5后与伪码快速解扩器6的输入端连接，伪码快速解扩器6的两个输出端分别与一个乘法器的一个输入端连接；在低噪放大器LNA与下变频器4之间还连接有本振3，中频带通滤波器5的另一输入端还与中频放大器12的输出端连接，该中频放大器12设有自动增益控制回路AGC ;第一 0/ Ji调制器9的输入端和调制端分别与方位信号Λ A和Τ/4移相器13的输出端连接，后者的输入端与低频方波发生器14的输出端连接；第二 0/ Ji调制器10的输入端和调制端分别与俯仰误差信号Λ E和低频方波发生器14的输出端连接；第一 0/ Ji调制器9和第二0/ 调制器10的输出端经过加法器11后与耦合器I的另一输入端连接；两个所述的乘法器的另一输入端分别与Τ/4移相器13和低频方波发生器14的输出端连接。
[0018]参见图1和图2，本发明一种微弱扩频信号角跟踪方法，包括以下步骤:
①地面跟踪定向天线的和差网络输出的方位误差信号ΛΑ和俯仰误差信号ΛΕ分别与地面数字跟踪接收机的低频方波发生器14输出的一对正交的低频方波信号在两个0/ Ji调制器9和10内完成0/31调制，调制后的误差电压通过加法器11后，在耦合器I内与由地面跟踪定向天线的和差网络输出的和信号Σ耦合到一起，经过射频带通滤波器2的滤波、LNA的放大后，经过本振3与下变频器4混频后获得中频信号，然后经过中放12放大、中频带通滤波器5滤波后，将该中频信号输出到地面数字跟踪接收机的伪码快速解扩器6的输入端。
[0019]②地面数字跟踪接收机对输入的微弱扩频信号进行快速解扩。
[0020]对于传统的解扩系统，解扩处理的时延主要在伪码的搜索捕获阶段，为了降低解扩的时延，本发明的伪码快速解扩器6采用η路伪码相位并行搜索的方式。伪码部分并行搜索捕获原理如图2所示。对于256的伪随机码，考虑到节省硬件资源，并行支路η取8，8个支路的相位分别为PMKPNl…ΡΝ7 ;ΡΝ8、ΡΝ9…ΡΝ15 ;ΡΝ248、ΡΝ249…ΡΝ255。通过8个支路伪码相位的并行，搜索阶段所占用的时间为相位串行滑动的1/8，可以满足当前的设计需求。
[0021]为了使得系统能够在低信噪比下，快速准确地完成解扩。除了在搜索阶段采用伪码相位并行搜索的方式，对于搜索阶段的视频信号，也采用了多倍的能量累积。综合考虑性能的提升和硬件资源的消耗，选用了 8倍的视频累积。这样，使得跟踪系统能够在微弱信号时完成对飞行目标的准确捕获和跟踪。
[0022]③地面数字跟踪接收机对完成快速解扩后的微弱信号通过幅度检波算法解算出误差电压并输出到伺服设备，完成闭环跟踪。
[0023]地面数字跟踪接收机对解扩后的数据，采用幅度检波算法，消去残留频差对角误差信号的影响，然后积分抽取、带通滤波、与低频方波发生器14输出的两路正交低频信号在乘法器7和乘法器8内完成同步检波、分别解算出方位角误差电压和俯仰角误差电压，输出给伺服设备，完成对飞行器的闭环跟踪。
【主权项】
1.一种微弱扩频信号角跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤: ①单通道单脉冲微弱扩频角跟踪射频信号的合成: 对地面跟踪天线和差网络输出的角误差信号ΛΑ和△ E分别用互为正交的低频方波进行Ο/Jr调制，两路调制的信号相加后再与和信号Σ耦合，合成为单通道单脉冲微弱扩频角跟踪射频信号； ②地面数字跟踪接收机对输入的微弱扩频信号实现快速解扩: 地面数字跟踪接收机对输入的中频微弱扩频信号采用伪码相位并行搜索的方式，极大地降低了解扩搜索阶段的处理时间，同时为了能够在低信噪比的条件下完成解扩，采用多倍视频累积，可以实现微弱扩频信号条件下的快速解扩，以适应对飞行器的快速、大动态、隐蔽性角跟踪； ③地面数字跟踪接收机对解扩后的信号通过运算，解算出误差电压并输出到伺服设备，实现闭环跟踪: 地面数字跟踪接收机对解扩后的数据，通过运算、带通滤波、与本地的低频方波同步检波、低通滤波、解算出误差电压，组帧输出给伺服设备，完成对飞行器的闭环跟踪。
2.一种实施权利要求1所述的微弱扩频信号角跟踪方法的系统，其特征在于，包括耦合器1、射频带通滤波器2、低噪放大器LNA、本振3、下变频器4、中频带通滤波器5、伪码快速解扩器6、第一乘法器7、第二乘法器8、第一 Ο/Jr调制器9、第二 Ο/Jr调制器10、加法器.11、自动增益控制AGC、中频放大器12、T/4移相器13和低频方波发生器14，地面跟踪天线输出的和信号Σ依次通过耦合器1、射频带通滤波器2、低噪放大器LNA、下变频器4、中频带通滤波器5后与伪码快速解扩器6的输入端连接，伪码快速解扩器6的两个输出端分别与一个乘法器的一个输入端连接；在低噪放大器LNA与下变频器4之间还连接有本振3，中频带通滤波器5的另一输入端还与中频放大器12的输出端连接，该中频放大器12设有自动增益控制回路AGC;第一 Ο/Jr调制器9的输入端和调制端分别与方位信号ΛΑ和T/4移相器13的输出端连接，后者的输入端与低频方波发生器14的输出端连接；第二 0/ Ji调制器10的输入端和调制端分别与俯仰误差信号ΛΕ和低频方波发生器14的输出端连接；第一 0/ Ji调制器9和第二 0/ Ji调制器10的输出端经过加法器11后与耦合器I的另一输入端连接；两个所述的乘法器的另一输入端分别与T/4移相器13和低频方波发生器14的输出端连接。
【专利摘要】本发明公开了一种微弱扩频信号角跟踪方法和系统，它涉及无线电测控领域对飞行器的隐蔽测角跟踪。本发明突破并行快捕和高精度相关解调等难题，开发了微弱扩频信号角跟踪技术，成功的实现了微弱扩频信号高精度角跟踪。本发明可以充分利用现有测控信道而无需额外增加设备量，具有跟踪系统灵敏度高、跟踪精度高、算法简单、设备简单等特点。特别适合于在飞行器测控系统中对飞行器的隐蔽测角跟踪。
【IPC分类】G01S13-68
【公开号】CN104597441
【申请号】CN201510010646
【发明人】马传焱, 时荔蕙, 赵呈哲, 郝博雅, 王春龙, 孙宇翔, 高洪兴, 何源洁
【申请人】中国人民解放军63961部队
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月9日