某机载导航信号角度参数校准技术

陆强　孙昊　程翊昕

摘要：本文介绍了一种针对导航试验系统的集成数字化角度参数校准技术解决方案，最终解决了相关试验系统的校准溯源问题，实现了相关导航产品的校准溯源。

关键词：引导信号;机载导航;校准技术

中图分类号：V249 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）06-0131-01

测角信号由前导码、扇区信号、“往”扫时隙、暂停时间和“返”扫时隙组成。其中：前导码和扇区信号是采用DPSK调制方式的数字调制信号，机载设备可通过前导码识别仰角和方位角。“往”扫时隙和“返”扫时隙是采用幅度调制的模拟调制信号，往返脉冲的时间间隔经过换算即为方位角和仰角信息。

地面/舰载设备按照精确的时分多路复用格式发射各类调制后的數据信号和角度引导信号，并在覆盖扇区内快速往返扫描，覆盖区内任何一架装有机载设备的飞机都能接收到引导信息，当往返波束信号扫过飞机所在位置由机载设备接收后，通过解调和处理，得到所需信息并测量往返脉冲时间间隔，计算出飞机的方位角和仰角，与精密测距设备配合完成着陆。角度和时间换算关系如图1所示。

图1中T0是飞机以零角度进近时接收到的往返脉冲包络顶部峰值的时间间隔，是固定值并与信号的扫描速率有关;t是飞机以任意角度进近时接收到往扫脉冲和返扫脉冲的时间间隔。角度计算公式为：

对应的时间间隔的最大允许误差要求根据下式计算：

信号采用模拟调制的方式产生“往”脉冲信号和“返”脉冲信号，这两个脉冲信号的形状有着严格的定义，1°对应50μs，即0.001°对应50ns。

角度校准的扩展不确定度为0.002°，可计算得校准系统对角度信号包络时间间隔测量的最大允许误差应小于200ns，因此角度校准的实现方式为信号包络的时间间隔测量，如图2所示。

由此可见为保证测量精度，双脉冲的定时点选取应尽可能准确一致，其误差直接关系到角度测量的准确程度。在项目研究过程中试验了数字信号求导运算法和半幅点定时法两种方案来解决定时点提取问题。

由于脉冲包络波形的斜率在信号上升初期较为陡峭，此时对其进行时间标定可以提高测量的准确度，因此本项目采用半幅点来确定往返脉冲的时间点。将脉冲信号包络幅度的半电平点作为双脉冲统一的定时点，能够大幅减小顶部平坦带来的定时误差。由于脉冲包络波形的斜率在信号上升初期较为陡峭，此时对其进行时间标定可以提高测量的准确度。

首先，测量脉冲包络峰值电平，记为V0;

其次，对采样数据进行截取，通过采样率计算电平值为V0/2的数据点时刻;

最后，对多个数据点进行插值处理，精确计算双脉冲时间间隔。

同时，在测量过程中，利用高斯白噪声期望值为零的特性，采用平均的方法去除噪声的影响，选择合理的平均次数可以使信号在不失真的情况下大幅减小重叠噪声，对消除广泛范围的噪声可以达到其他方法无法达到的效果。

数字化模块采集到的信号幅度由信号幅度A（t）和噪声幅度N（t）相加，即：

在采样周期内，任何采样点的幅度值是噪声和信号的和，即：

m次重复后相加的值和为：

在采样点i位置的信号组成部分周期相同。如果信号稳定，扫描十分均衡，在采集m次脉冲后，信号幅值是各时间位置的m倍：

在随机干扰条件下，假定信号与噪声没有联系，噪声幅度相加的值为0 ，假设第i次采样噪声的均方差值为，则：

则m个周期后的噪声与信号幅度比为：

因此，在平均m次的情况下，噪声与信号幅度比会降低倍，很好的解决了信号抖动过大、幅度不稳定的问题。

参考文献

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[2] 梅文华，罗乖林，黄宏诚，等.军工产品研制技术指南[M].国防工业出版社，2010.

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An Airborne Navigation Signal Angle Parameter Calibration Technique

LU Qiang，SUN Hao，CHENG Yi-xin

（The 20th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation， Xi'an Shaanxi  710068）

Abstract：This paper introduces an integrated digital angle parameter calibration technology solution for the navigation test system， which finally solves the calibration traceability problem of the relevant test system and realizes the calibration traceability of related navigation products.

Key words：pilot signal; airborne navigation; calibration technique