空分加时分(空时分集)通信天线的跟踪问题研究

第23卷第6期海军航空工程学院学报Vol 23 No 62008年11月Joumal of Naval Aeronautical and Astronautical UniversityNov.2008文章编号:1673-1522(2008)06054903空分加时分(空时分集)通信天线的跟踪问题研究马烈(海军驻西安二十所军事代表室,西安710068)摘要:在时分多址通信体制下,采用相扫天线是抗截获、抗干扰的最有效途径。在时分多址通信体制下解决相扫天线节点间相互跟踪和通信是关键问题。文中详细地阐述了计算补点的方法,分析了方位角、航向角、舷角与扫描跟踪角之间的关系,并给出了相应的数学模型和补点算法的过程关键词:扫描;跟踪;补点算法中图分类号:TN91文献标志码:A且跟踪节点丢失就有可能打乱时序节拍而导致系1问题的提出统混乱、通信中断。为了提高时分多址通信体制的抗截获和抗干扰为防止这种现象的出现,本文提出一种双保险能力,采用相扫天线的空分加时分多址的通信体制的办法,即常规的边搜索边跟踪加计算补点的方法。是最有效的途径3该通信体制的相扫天线是如何进行相互跟踪而不丢失目标是人们极为关注的问2基本算法题。在一般情况下,相扫天线采用边搜索边跟踪的21概念办法对目标实施跟踪5,而在时分多址的通信体制下,相扫天线除了采用该方法之外,还要按照通方位角:目标与真北坐标系原点的连线与真北信时隙的规定按时序节拍有序地进行跟踪。轴逆时针夹角称之为方位角,记为BE[0,360)。众所周知,时分多址通信体制的基本原理是:航向角:船首方向与真北轴逆时针夹角称之为在某一时刻T系统中只有一个成员处在发射状态,航向角,记为C∈[0,360°)。而其他成员处在接收状态,假设发射成员采用全向舷角:目标与船首原点的连线与船首的夹角称天线工作,而接收成员采用相扫天线接收,那么接之为脑角,记为q,在船首的右侧称之右舷角,左收成员的相扫天线必须对准发射天线。也就是说侧称之左航角,分别记为±qn∈[0,±180)在T时刻接收天线必须跟踪上发射天线在该时刻的扫描角:相扫天线零度的辐射方向与扫描线之位置,并在规定的驻留时间中完成通信,而在另间的夹角称之为扫描角,在零度辐射方向的右侧记时刻接收天线如果不处在发射状态,该天线要对准为+0,左侧记为-0,0∈[0,180°)。夹角关系见图1其他发射成员的天线并在规定的驻留时间内(驻留船首方向时间的长短与通信速率和相互间作用距离有关)实零辐射施通信,周而复始,连续不断地按照时序表时序节目标方向拍实施跟踪通信。这种跟踪通信体制我们称为空分加时分的通信体制。采用该体制进行通信,如果仅采用经典相扫天线的边搜索边跟踪方法,可能会出现这样一种情况:图1夹角关系示意图收稿日期:2007-05-14;修回日期:2008-0828作者简介:马烈(1976),男,工程师,硕士。海军航空工程学院学报第23卷22角之间的关系当02q≥-90°时,则0=90-k为正值,当180°2|8C|时:当B1C20时,则180°9290°.则=-(-90°)q=BxC(右舷);当BC0时,则q=B-C零度辐射(左舷)。360°BC叫≥180°时:当B-C≥0时,则q=360°+Bk-C,(左舷);当B-C.≤0时,则零度辐射q.=360°+Bk-Cw(右舷)a)同向b)反向23已知两点经纬度求方位角Bk先由已知两点经纬度求方位和大地线距离:零度辐射A=√1+ecosB(1)零度辐射B=√1+e2cos2c)逆时针垂直d)顺时针垂直△B=B2-B1(4)图2舷角与扫描角的关系示意图+,△BsinE=sin dcos a(6)25预测φ角=A(L2-L1)/2,预测ρ角就是预测它平台的经纬度和本平台的F= sin axBcos B1cosD-sinB1sinD),(8)经纬度,因为预测了两点经纬度即可预测其方位距离,也就是预测了φ角。tana=(象限由E、F的符号判定),(9)假设节点在基准椭球面上运动,航向为Cw,航am= tan a(sin B+ Bcos B, tan D),(0)速为v,那么在T时间内移动的经度△L和纬度△BH(11)为a21=a0+H±180°。(12)△Ln=75c(31+(-) 2 Bo)2,(4上式中:B、L为1点的经纬度;B2、L2为2点的经纬度;a2+b2A=a1=2(0+0-sB)2(5(13)则在第i个时刻的节点经纬度为:式中:a、b分别为地球的长短半轴;a2表示2点相对1点方位角;a21表示1点相对2点方位角。Bn=B+△B,式(14)、(15)中:∫为椭球的扁平系数。24舷角q与扫描角的关系分4种情况讨论,如图2所示。相控阵面零度3补点的方法和过程辐射方向与船首线方向一致,0=q,见图2a),当各节点在入网以后,按照通信时序要求,每个q为正时,θ也为正,反之亦然;相控阵面零度辐时隙利用通信同步信号,以和差通道方式实现发射射方向与船首线方向差180°,见图2b),当q为正信源的搜索和跟踪。在入网的同时发送方将本平台时,0q-180°,当q为负时,θ=180°-k;相控的经纬度发送给接收平台,接收平台利用发送平台阵面零度辐射方向与船首线方向逆时针垂直,见图和本平台经纬度信息计算出扫描对准角2c),当90°≥q彐°时,则θq-90°为负值,当发送方每隔若干时隙就将经纬度信息发出,使180°29290时,则=q-90°为正值;相控阵面零接收方始终能够获取两平台之间的方位关系。当通度辐射方向与船首线方向顺时针垂直,见图2d),信由于突发信道干扰或遮挡等原因中断,测角信号6期马烈:空分加时分(空时分集)通信天线的跟踪问题研究处理器无法通过和差路通道跟踪到它平台的信源时,则通过经纬度信息计算产生的扫描对准角换算4结论成天线相位控制码,控制天线波束指向,使天线波在空分加时分的通信体制下,相扫天线采用边束重新回到它平台信源方位。一旦信道恢复即可使搜索边跟踪再加计算补点的方法,可以很好地解决两平台以正确的扫描对准角进行通信。从而完成和节点间天线的相互跟踪和通信问题,本文详细介绍差通道测角中断之后的补点。了该方法的原理和步骤,给出了数学模型和算法流通过两点经纬度计算产生的扫描对准角具有较程图。此方法已经在实验中得到了很好的验证高的精度,比和差通道测量产生的扫描对准角的精度高出几个数量级,因此能够有效保证信道中断之参考文献:后进行补点的正确性。图3为补点的流程图。[]李跃.一种实用有限相扫天线系统的分析与实践[J现代雷达,1993(4):44-52已知初始两点经纬度求出初始方位角B[2]吴明德.声雷达的相扫天线门电子工程信息,1989据初始方位角,航向角求出初始孜触角q3):11[3]冯祖伟.一种新颖的制导雷达天线:平板波导馈电的从初始我舷角求出初始扌描对准角eC波段一维相扫天线[现代雷达1989(3):98-101[4]张文明,罗鹏飞.多雷达多目标跟踪仿真系统软件设根据第二点的经纬度利用2.5节方法求出计U.宇航学报,2001(5):8791第三点的经纬度[5]彭鹏菲,杨露菁.多雷达多目标航迹跟踪法U]船舶图3补点的流程图工程,2005,27(3):43-46Research on the tracking Problem of Communication Antennaunder Time Division and space divisionMA Lie( Military Representatives Office of Navy in the 20t Branch, Xi'an 710068, China)Abstract: Adopting phase-scanned antenna is an effective approach to anti-interference and anti-interceptionin time division multiple access(TDMA)communication system. It is a key problem which of inter-trackingand communication between inter-node antennas to be solved by phase-scanned antenna in TDMAcommunication system. the necessity of preventing node to be tracked from loss was discussed in detail in thispaper, which based on the method of calculation interpolating. The relationship between azimuth angle, courseangle, port-starboard angle and scanned-tracked angle was analyzed, and corresponding mathematics modeland the process of interpolating algorithm were proposedKey words: scanning; tracking; interpolating algorithm