[发明专利]无人机测控数据链非相干测距方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无人机测控系统中/高速数据链的非相干测距方法。

背景技术

无人机测控与数据链技术涉及到遥控遥测、跟踪测量、图像传输、数据通信、卫星通信、自动控制和计算机应用等技术学科，是针对无人机系统的特点，应用多种相关技术进行综合集成，逐渐形成的一种专门技术。在无人机测控系统中，测距是一项重要的组成部分。目前，在无人机测控系统中采用的测距方法主要包括侧音测距和伪码测距等。侧音测距方法一般采用多测距音信号，其中该方法测距精度由最高测距音保证，无模糊距离值由最低测距音保证，同时在最高测距音与最低测距音之间设置若干个次测距音来解决测量过程中的无模糊度问题。但由于该方法采用了一系列频率不同的测距音，因此地面测控站终端就必须配备大量高稳定度、高精度的窄带匹配滤波器，同时该方法解距离模糊过程也比较复杂，增加了地面接收机实现的复杂度。随着扩频技术的发展，伪码测距技术已经在无人机测控系统中得到了广泛的应用，伪码测距技术具有两个显著的特点：无模糊距离较长、测距精度较高。根据上、下行测距信号之间的关系，伪码测距技术一般分为相干测距和非相干测距两种。在相干测距系统中，无人机机载测控终端采用一台相干转发应答机，将上行测距信号直接转发回地面测控站，上、下行测距码频率、相位完全同步变化。相干测距算法的原理简单，但上、下行测距信号间这种严格的约束关系，会带来如下三个问题：①测控系统上行链路失锁会直接导致下行链路失锁；②当上行链路为窄带遥控信号，下行链路为宽带数传信号时，很难实现下行链路信号同步于上行链路信号；③由于上、下行链路信号参数的相关性，需要详细设计系统参数，因此将增加系统的设计难度。与相干测距系统相比，非相干测距系统的实现复杂度相对较高，但却能很好的解决相干测距技术所带来的上述问题。与伪码相干测距系统相比，伪码非相干测距系统的上行伪码以及伪码速率无需与下行伪码以及伪码速率相干，上行信息速率也不要与下行信息速率相干，但上行伪码速率须为上行信息速率的整数倍，上行码钟与信息钟同源，下行伪码速率与信息速率，码钟与信息钟也必须满足上述要求。伪码非相干测距系统是一个相位测量系统，系统输出值是地面测控终端返回的标志位与发送标志位的相位差，再由测量输出相位值转换为地面测控站与无人机之间的距离测量值。系统输出的距离测量值R_t主要包含三部分：①地面测控站终端信号处理距离值R_g；②无人机机载终端信号处理距离值R_u；③地面测控站与目标无人机双向距离值R。地面测控站与目标无人机之间的真实距离即为R/2，为获取R精确值，需要从系统输出的距离测量值R_t中扣除地面测控站终端以及无人机机载终端信号处理距离值(R_g+R_u)。

在无人机测控系统中,地面设备和机载设备是全双工通信,上行链路是抗干扰的窄带信号,下行链路为数传宽带信号。地面测控站与无人机双向距离是通过测量无线电信号由地面测控站终端发送至目标无人机，再由无人机机载终端采用非相干转发技术回传至地面测控站的双向传输时间，结合无线电信号在自由空间的传播速度进行计算以获取精确的距离测量值。现有的伪码非相干测距体制中，地面测控站终端与无人机机载终端信号处理引入的时延，在系统测距之前通过距离零值标校扣除掉，上述处理方式主要有以下不足：

要求地面测控站终端与无人机机载终端信号处理时延固定。系统通过校零的方式标校出地面与机载终端的信号处理时延，并在测距之前将其扣除掉，这钟处理方式要求信号处理时延固定。而随着宽带数据传输业务发展的需要，无人机测控系统对数据传输数据链的高速数据传输能力和抗信道衰落能力提出了越来越高的要求。在低仰角多径条件下，目前无人机测控系统下行链路采用了抗多径能力较强的单载波频域均衡(SC-FDE)技术，该技术在地面测控站终端需要对接收中/高速数传信号进行不定次数的迭代均衡与译码，根据抗多径中/高速信号处理算法设计，针对不同帧的数传接收信号，迭代均衡与译码的次数不定，当译码输出数据满足系统指标时即停止算法迭代。因此，信号处理时延呈现明显的动态特性，无法通过传统的校零方式对信号处理时延进行固定值标校。

发明内容

为解决现有非相干测距方法的上述不足，适应新的中/高速数据链传输体制，实现抗多径中/高速数据传输体制下无人机测控系统距离值的测量，本发明提供一种测量过程简单准确，且无需对地面测控站终端迭代均衡和译码时延进行详细测算，并对该距离值进行校零标校的非相干测距方法。