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專利名稱：高噪聲強(qiáng)天波干擾下的羅蘭c地波周期識別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線電導(dǎo)航技術(shù)，特別是一種羅蘭C地波周期識別技術(shù)。
羅蘭C是一種采用脈沖相位體制的無線電導(dǎo)航系統(tǒng)。羅蘭C接收機(jī)是羅蘭C導(dǎo)航系統(tǒng)的用戶設(shè)備，安裝在艦船、飛機(jī)和移動(dòng)車輛上，由同時(shí)跟蹤三個(gè)以上的地面發(fā)射臺(tái)信號，以獲取兩個(gè)以上的地面發(fā)射臺(tái)信號到達(dá)時(shí)間差而實(shí)現(xiàn)雙曲線定位，進(jìn)而由計(jì)算機(jī)將雙曲線座標(biāo)變換為經(jīng)緯度坐標(biāo)。由于在天線波混合區(qū)，存在著比地波大6～20dB的大氣噪聲和比地波大10～26dB的天波，這種信號環(huán)境使地波周期識別變得不可靠，出現(xiàn)周期錯(cuò)誤而使定位失效，這種情況阻礙了羅蘭C地波工作區(qū)的進(jìn)一步擴(kuò)大。
羅蘭C地波周期識別的方法，通常是對羅蘭C信號進(jìn)行變換，然后輸出一個(gè)導(dǎo)出包絡(luò)，目的是為了在所要對準(zhǔn)的載頻周期上變出一個(gè)包絡(luò)的過零點(diǎn)來，以便對其進(jìn)行檢測。導(dǎo)出包絡(luò)變換的方法有微分法、延時(shí)相加法和射頻取樣生成法等，微分法和延時(shí)相加法主要采用硬件來完成，而射頻取樣生成法則采用軟件來完成，從實(shí)際情況看，軟件比硬件方法更為優(yōu)越。美國報(bào)告AD872028介紹了一種導(dǎo)出包絡(luò)，它是取射頻信號的兩個(gè)相鄰半周取樣值的線性組合。即E0(N)＝kf(2N-1)+f(2N-2)，由此導(dǎo)出包絡(luò)編制的軟件應(yīng)用于羅蘭C接收機(jī)中，雖然取得了一定的效果，但還存在以下問題，即導(dǎo)出包絡(luò)的信噪比比較低，常返區(qū)太窄，滑過狀態(tài)數(shù)太少，在羅蘭C地波信號的起始30μs時(shí)間內(nèi)，導(dǎo)出包絡(luò)的值很小，常常因?yàn)檫_(dá)不到檢測門限而使周期識別失效，同時(shí)這種導(dǎo)出包絡(luò)的抗天波能力較差。
本發(fā)明的目的，在于提出一種全新的導(dǎo)出包絡(luò)和導(dǎo)出包絡(luò)優(yōu)化組合，并利用現(xiàn)代檢測技術(shù)編制軟件應(yīng)用于羅蘭C接收機(jī)中，以提高地波周期識別的可靠性和突破天線波混合區(qū)嚴(yán)重的大氣噪聲和天波干擾對羅蘭C接收機(jī)地波作用距離的限制。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的實(shí)際上，羅蘭C地波周期識別不是在單一的地波信號G(t)上進(jìn)行的，而是由地波信號G(t)、天波信號I(t)、大氣噪聲N(t)這三部分合成信號上進(jìn)行的，即f(t)＝G(t)+I(t)+N(t)，由于大氣噪聲N(t)是一個(gè)隨機(jī)過程，因此合成信號f(t)也是一個(gè)隨機(jī)過程。由相隔5μs，起點(diǎn)在2.5μs處的取樣脈沖序列S(t)=Σn=1nδ(t-nT-t0)]]>對信號f(t)取樣得到f·(t)=f(t)·S(t)=Σn=1nf·(nT)δ(t-nT-t0)]]>其中T為取樣脈沖間隔5μs，t0為第一個(gè)取樣脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻2.5μs，這樣可以使取樣脈沖對準(zhǔn)了地波信號的各個(gè)半波峰值，這里用f(n)表示地波信號的半波峰值。為了有效地提高周期識別檢測的可靠性，必須設(shè)計(jì)一種導(dǎo)出包絡(luò)，確定包絡(luò)的過零即周期跟蹤點(diǎn)G。這時(shí)，首先在該狀態(tài)對導(dǎo)出包絡(luò)值進(jìn)行積累，提高信噪比和周期識別檢測的可靠性，然后采用對三個(gè)假設(shè)的檢驗(yàn)。
這三個(gè)假設(shè)就是負(fù)信號HN，零信號HO以及正信號HP。當(dāng)檢測到導(dǎo)出包絡(luò)統(tǒng)計(jì)量x小于負(fù)門限GN時(shí)，則認(rèn)為假設(shè)HN成立;當(dāng)x小于GN小于正門限GP時(shí)，則認(rèn)為假設(shè)H0成立;當(dāng)x大于GP時(shí)，則認(rèn)為假設(shè)HP成立。
如果假設(shè)HN成立，則令周期識別取樣脈沖負(fù)跳10μs，進(jìn)入左邊的N-1狀態(tài);如果假設(shè)HP成立，則令周期識別取樣脈沖正跳10μs，進(jìn)入右邊的N+1狀態(tài);如果假設(shè)H0成立，則令周期識別取樣脈沖保持不動(dòng)。周期識別的這種從一個(gè)狀態(tài)跳向另一個(gè)狀態(tài)的現(xiàn)象叫做狀態(tài)轉(zhuǎn)移。周期識別轉(zhuǎn)移至新的狀態(tài)后，再次進(jìn)行導(dǎo)出包絡(luò)的積累和檢測，再做新一步的狀態(tài)轉(zhuǎn)移，如此循環(huán)往復(fù)直至無窮。這樣，在進(jìn)行有限步的狀態(tài)轉(zhuǎn)移之后，周期識別就達(dá)到了設(shè)計(jì)的周期跟蹤點(diǎn)G，接收機(jī)就進(jìn)入了鎖定狀態(tài)。
在任何狀態(tài)下，每次檢測的結(jié)果都有三種可能性，在積累次數(shù)選定后，一步轉(zhuǎn)移的概率就是不變的，我們把此叫做轉(zhuǎn)移概率。例如，當(dāng)前處在狀態(tài)4之下，其一步轉(zhuǎn)移概率就是P43、P44和P45。這里P43是從狀態(tài)4轉(zhuǎn)移到狀態(tài)3的概率，P44是從狀態(tài)4轉(zhuǎn)移至狀態(tài)4，也即保持不動(dòng)的概率，P45是從狀態(tài)4轉(zhuǎn)移至狀態(tài)5的概率。
研究表明，地波周期識別是一個(gè)隨機(jī)過程，它是一個(gè)時(shí)間離散、狀態(tài)離散的MapkoB隨機(jī)過程，也即MapkoB鏈，如

圖1所示，這個(gè)周期識別MapkoB鏈可以簡化成一個(gè)帶雙吸收壁的隨機(jī)游動(dòng)來加以研究。它的左吸收壁對應(yīng)于地波信噪比過低的區(qū)域，由于向左轉(zhuǎn)移的概率實(shí)際接近于零，因而永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)移不到G點(diǎn)，這就等同于被吸收;它的右吸收壁對應(yīng)于強(qiáng)勁的天波導(dǎo)出包絡(luò)，由于受到強(qiáng)大天波的干擾，向左轉(zhuǎn)移的概率實(shí)際為零，也永遠(yuǎn)轉(zhuǎn)移不到G點(diǎn)，這也等同于被吸收。
從圖1看出，周期識別一旦轉(zhuǎn)移到兩端的狀態(tài)3或者狀態(tài)7，就將被吸收，永遠(yuǎn)停留在那里。所以把它們叫做吸收壁。
兩個(gè)吸收壁之間的三個(gè)狀態(tài)可以相互自由轉(zhuǎn)移，把它們叫做滑過狀態(tài)。三個(gè)滑過狀態(tài)的集合就叫做常返壓。狀態(tài)5叫做周期跟蹤點(diǎn)G。
周期識別的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣如下
根據(jù)矩陣分塊
可以計(jì)算周期識別的平均壽命、首次到達(dá)G點(diǎn)的時(shí)間、首次滑出G點(diǎn)的時(shí)間以及轉(zhuǎn)移概率的極限分布等，從而可以找出提高周期識別可靠性的途徑。
如果把地波周期識別可靠性定義為Pi和PiG/k的乘積之和Rc=Σi⊆Tpi·pic/R]]>式中T為所有滑過狀態(tài)。
可見提高上式中兩個(gè)因子的值，是提高地波周期識別可靠性關(guān)鍵。
前述A報(bào)告AD872028提出的導(dǎo)出包絡(luò)如圖2所示。
圖2中，G為地波過零點(diǎn)，它的位置主要由地波所決定，也受到天波起始段的干擾;I為天波過零點(diǎn)，它的位置主要由天波所決定，也受到地波峰值段的干擾;C點(diǎn)為天線波混合反向過零點(diǎn)，是天地波在這里混合達(dá)到均勢的結(jié)果。當(dāng)周期識別處于G點(diǎn)時(shí)，有兩個(gè)受干擾的取樣數(shù)據(jù)。同時(shí)在G點(diǎn)的左邊，由于f((2N-1)、f(2N-2)的值隨著N的減小先是增大，然后，逐漸下降至零，故其滑過狀態(tài)數(shù)只有一個(gè)，即40μs點(diǎn)，而在30μs～10μs點(diǎn)，因其達(dá)不到門限GP值，故而不能自由轉(zhuǎn)移到G點(diǎn)。，這樣，在高噪聲強(qiáng)天波干擾下，不但首次進(jìn)入滑過狀態(tài)的概率大大降低，而且在進(jìn)入滑過狀態(tài)之后，在有限轉(zhuǎn)移步數(shù)k之內(nèi)，滑向相位跟蹤點(diǎn)G的條件概率PiG/k也將大大減小，使得周期識別不能正常進(jìn)行。故必須尋求一種全新的導(dǎo)出包絡(luò)E(N)，將EO(N)的滑過狀態(tài)數(shù)向左和向右拓展，這樣才能提高進(jìn)入滑過狀態(tài)的概率Pi及滑向相位跟蹤點(diǎn)的條件概率PiG/k。
本發(fā)明設(shè)計(jì)一種全新的單取樣導(dǎo)出包絡(luò)，以求把E0(N)的滑過狀態(tài)數(shù)向左拓展，即E(N)＝f(7)-f(2N-3)
式中f(7)是f(t)的第7個(gè)半周幅度值，對一個(gè)具體的接數(shù)機(jī)來說，它是一個(gè)常數(shù)，f(2N-3)是唯一的一個(gè)實(shí)時(shí)取樣數(shù)。同時(shí)，設(shè)計(jì)了導(dǎo)出包絡(luò)的優(yōu)化組合以求把EO(N)的滑過狀態(tài)數(shù)向右拓展，即EC(N)＝E(N)+E(N-1)式中的“+”號并不表示真正意義的相加，而只是表示E(N)和E(N-1)之間的組合關(guān)系，上式中E(N-1)定義為E(N-1)＝f(5)-f(2N-5)由于在夜間，大氣噪聲高而天波延時(shí)大，專門為夜間的周期設(shè)計(jì)了導(dǎo)出包絡(luò)EN(N)＝f(9)-f(2N-1)及其組合，ENC(N)＝EN(N)+EN(N-1)在設(shè)計(jì)導(dǎo)出包絡(luò)和導(dǎo)出包絡(luò)優(yōu)化組合以及夜間的單取樣包絡(luò)及其組合之后，通過運(yùn)用現(xiàn)代檢測技術(shù)，在周期識別的任一滑過狀態(tài)上，對子樣容量的各組數(shù)據(jù)之間實(shí)施最小二乘遞推濾波，以提高周期識別的信噪比，充分提高條件概率Pig/k之值，并采用Wald序貫檢測方法，把它同最小二乘遞推濾波結(jié)合起來，以縮短鎖定時(shí)間k，把條件概率PiG/k提高到最大值。
由于設(shè)計(jì)出了合理的導(dǎo)出包絡(luò)E(N)和Ec(N)，獲得了對EO(N)滑過狀態(tài)數(shù)的向左和向右拓展。如圖2所示，當(dāng)周期識別處于G點(diǎn)時(shí)，E(N)和EO(N)的均值都為零，此時(shí)，E(N)只有一個(gè)受干擾的數(shù)據(jù)，而EO(N)存在有兩個(gè)受干擾的數(shù)據(jù)，故E(N)的信噪比要比EO(N)高出約3dB，這將有利于條件概率PiG/k的提高。在G點(diǎn)的左邊，由于E(N)的值隨著N的減小而單調(diào)地增加至f(7)，E(N)就把EO(N)的滑過狀態(tài)數(shù)至少向左擴(kuò)大了三個(gè)，實(shí)現(xiàn)了常返區(qū)的左拓展。當(dāng)周期識別落在C點(diǎn)附近時(shí)，導(dǎo)出包絡(luò)EO(N)已受到天波的嚴(yán)重干擾，然而這時(shí)的導(dǎo)出包絡(luò)E(N-1)仍然沒有受到天波的嚴(yán)重干擾，故仍然實(shí)現(xiàn)從C點(diǎn)向左轉(zhuǎn)移而最后到達(dá)G點(diǎn)，即導(dǎo)出包絡(luò)的優(yōu)化組合實(shí)現(xiàn)了把EO(N)的滑過狀態(tài)數(shù)向左拓展了一個(gè)狀態(tài)。通過常返區(qū)的左、右拓展之后，常返區(qū)的滑過狀態(tài)數(shù)由原來的3個(gè)增加至7個(gè)，這不僅提高了初始概率Pi之和，也提高了條件概率PiG/k。同樣，夜間工作導(dǎo)出包絡(luò)及其組合的設(shè)計(jì)，躲避了夜間大氣噪聲高的問題。另外，現(xiàn)代檢測技術(shù)的運(yùn)用，把條件概率PiG/k提高到了最大值，使得地波周期識別的可靠性得到提高，突破了天地波混合區(qū)嚴(yán)重的大氣噪聲和天波干擾對羅蘭C接收機(jī)地波作用距離的限制。
以下結(jié)合流程圖對本發(fā)明的實(shí)施作進(jìn)一步的描述。
圖3為本發(fā)明的主程序的流程4為本發(fā)明的中斷服務(wù)子程序的流程圖。
參照圖3，首先對中斷子程序中各計(jì)數(shù)器置零，然后根據(jù)接收機(jī)所指示的當(dāng)?shù)貢r(shí)間判斷是白天還是夜間，規(guī)定當(dāng)?shù)貢r(shí)5～20時(shí)為白天，其余為夜間，當(dāng)判斷為白天時(shí)，設(shè)置白天導(dǎo)出包絡(luò)常數(shù)，如果為夜間，則設(shè)置夜間導(dǎo)出包絡(luò)常數(shù)，然后打開中斷，停機(jī)等待中斷來臨。
參照圖4，1.進(jìn)行組重復(fù)周期內(nèi)的長脈沖積累，以提信噪比，然后對各個(gè)組重復(fù)周期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行1024個(gè)重復(fù)周期的積累，3.生成導(dǎo)出包絡(luò)E(N)，E(N-1)，4.完成白天/夜間導(dǎo)出包絡(luò)的切換。
5.實(shí)施衰減記憶最小二乘遞推濾波，一方面提高數(shù)據(jù)的信噪比。
6.對導(dǎo)出包絡(luò)及其組合的序貫檢測。
7.周期識別過程完成。
權(quán)利要求
1.一種高噪聲強(qiáng)天波干擾下的羅蘭C地波周期識別中的導(dǎo)出包絡(luò)，在對射頻取樣生成法中采用的由兩個(gè)相領(lǐng)的取樣值線性組合而成的導(dǎo)出包絡(luò)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種全新導(dǎo)出包絡(luò)，其特征在于它是采用單取樣而設(shè)計(jì)的導(dǎo)出包括。(1)單取樣導(dǎo)出包絡(luò)及其優(yōu)化組合E(N)=f(7)-f(2N-3)EC(N)=E(N)+E(N-1)(2)夜間單取樣導(dǎo)出包絡(luò)及其組合EN(N)=f(9)-f(2N-1)ENC(N)=EN(N)+EN(N-1)。
2.一種采用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行羅蘭C地波周期識別的方法，包括由主程序和中斷服務(wù)工程序組成，其特征在于(a)主程序流程①對中斷程序中計(jì)數(shù)器初始化;②對白天、夜間進(jìn)行判斷;③如果是白天，則設(shè)置白天導(dǎo)出包絡(luò)常數(shù)，如果是夜間則設(shè)置夜間噪出包絡(luò)常數(shù)。④開中斷，停機(jī)等待中斷到來。(b)中斷服務(wù)子程序流程①進(jìn)行組重復(fù)周期內(nèi)的八脈沖積累，如果積累數(shù)小于8則繼續(xù)積累;如果大于8則程序繼續(xù)進(jìn)行;②對各個(gè)組重復(fù)周期間的數(shù)據(jù)進(jìn)行1024個(gè)重復(fù)周期積累，如果積累數(shù)小于1024，則程序結(jié)束，如果積累數(shù)大于1024，則程序繼續(xù);進(jìn)行檢測③生成導(dǎo)出包絡(luò)E(N)，E(N-1);④白天/夜間導(dǎo)出包絡(luò)的切換;⑤實(shí)施衰減記憶最小二乘遞推濾波;⑥對導(dǎo)出包絡(luò)及其組合進(jìn)行序貫檢測;
全文摘要
本發(fā)明涉及無線電導(dǎo)航技術(shù)，特別是一種高噪聲強(qiáng)天波干擾下的羅蘭C地波周期方法，它是在對射頻取樣生成法中采用的由兩個(gè)相鄰的取樣值線性組合而成的導(dǎo)出包絡(luò)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出一種全新的單取樣導(dǎo)出包絡(luò)及其優(yōu)化組合，即E(N)＝f(7)-f(2N-3)和Ec(N)＝E(N)+E(N-1)，同時(shí)利用現(xiàn)代檢測技術(shù)編制軟件應(yīng)用于羅蘭C接收機(jī)中，解決了目前羅蘭C接收機(jī)存在的識別可靠性低和抗天波能力差等問題，它適用于各種羅蘭C接收機(jī)中。
文檔編號G01S5/12GK1090646SQ93114600
公開日1994年8月10日 申請日期1993年11月15日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月15日
發(fā)明者薛俊 申請人:電子工業(yè)部第二十研究所