第23卷第6期海軍航空工程學(xué)院學(xué)報Vol 23 No 62008年11月Joumal of Naval Aeronautical and Astronautical UniversityNov.2008文章編號:1673-1522(2008)06054903空分加時分(空時分集)通信天線的跟蹤問題研究馬烈(海軍駐西安二十所軍事代表室,西安710068)摘要:在時分多址通信體制下,采用相掃天線是抗截獲、抗干擾的最有效途徑。在時分多址通信體制下解決相掃天線節(jié)點間相互跟蹤和通信是關(guān)鍵問題。文中詳細地闡述了計算補點的方法,分析了方位角、航向角、舷角與掃描跟蹤角之間的關(guān)系,并給出了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和補點算法的過程關(guān)鍵詞:掃描;跟蹤;補點算法中圖分類號:TN91文獻標志碼:A且跟蹤節(jié)點丟失就有可能打亂時序節(jié)拍而導(dǎo)致系1問題的提出統(tǒng)混亂、通信中斷。為了提高時分多址通信體制的抗截獲和抗干擾為防止這種現(xiàn)象的出現(xiàn),本文提出一種雙保險能力,采用相掃天線的空分加時分多址的通信體制的辦法,即常規(guī)的邊搜索邊跟蹤加計算補點的方法。是最有效的途徑3該通信體制的相掃天線是如何進行相互跟蹤而不丟失目標是人們極為關(guān)注的問2基本算法題。在一般情況下,相掃天線采用邊搜索邊跟蹤的21概念辦法對目標實施跟蹤5,而在時分多址的通信體制下,相掃天線除了采用該方法之外,還要按照通方位角:目標與真北坐標系原點的連線與真北信時隙的規(guī)定按時序節(jié)拍有序地進行跟蹤。軸逆時針夾角稱之為方位角,記為BE[0,360)。眾所周知,時分多址通信體制的基本原理是:航向角:船首方向與真北軸逆時針夾角稱之為在某一時刻T系統(tǒng)中只有一個成員處在發(fā)射狀態(tài),航向角,記為C∈[0,360°)。而其他成員處在接收狀態(tài),假設(shè)發(fā)射成員采用全向舷角:目標與船首原點的連線與船首的夾角稱天線工作,而接收成員采用相掃天線接收,那么接之為腦角,記為q,在船首的右側(cè)稱之右舷角,左收成員的相掃天線必須對準發(fā)射天線。也就是說側(cè)稱之左航角,分別記為±qn∈[0,±180)在T時刻接收天線必須跟蹤上發(fā)射天線在該時刻的掃描角:相掃天線零度的輻射方向與掃描線之位置,并在規(guī)定的駐留時間中完成通信,而在另間的夾角稱之為掃描角,在零度輻射方向的右側(cè)記時刻接收天線如果不處在發(fā)射狀態(tài),該天線要對準為+0,左側(cè)記為-0,0∈[0,180°)。夾角關(guān)系見圖1其他發(fā)射成員的天線并在規(guī)定的駐留時間內(nèi)(駐留船首方向時間的長短與通信速率和相互間作用距離有關(guān))實零輻射施通信,周而復(fù)始,連續(xù)不斷地按照時序表時序節(jié)目標方向拍實施跟蹤通信。這種跟蹤通信體制我們稱為空分加時分的通信體制。采用該體制進行通信,如果僅采用經(jīng)典相掃天線的邊搜索邊跟蹤方法,可能會出現(xiàn)這樣一種情況:圖1夾角關(guān)系示意圖收稿日期:2007-05-14;修回日期:2008-0828作者簡介:馬烈(1976),男,工程師,碩士。海軍航空工程學(xué)院學(xué)報第23卷22角之間的關(guān)系當02q≥-90°時,則0=90-k為正值,當180°2|8C|時:當B1C20時,則180°9290°.則=-(-90°)q=BxC(右舷);當BC0時,則q=B-C零度輻射(左舷)。360°BC叫≥180°時:當B-C≥0時,則q=360°+Bk-C,(左舷);當B-C.≤0時,則零度輻射q.=360°+Bk-Cw(右舷)a)同向b)反向23已知兩點經(jīng)緯度求方位角Bk先由已知兩點經(jīng)緯度求方位和大地線距離:零度輻射A=√1+ecosB(1)零度輻射B=√1+e2cos2c)逆時針垂直d)順時針垂直△B=B2-B1(4)圖2舷角與掃描角的關(guān)系示意圖+,△BsinE=sin dcos a(6)25預(yù)測φ角=A(L2-L1)/2,預(yù)測ρ角就是預(yù)測它平臺的經(jīng)緯度和本平臺的F= sin axBcos B1cosD-sinB1sinD),(8)經(jīng)緯度,因為預(yù)測了兩點經(jīng)緯度即可預(yù)測其方位距離,也就是預(yù)測了φ角。tana=(象限由E、F的符號判定),(9)假設(shè)節(jié)點在基準橢球面上運動,航向為Cw,航am= tan a(sin B+ Bcos B, tan D),(0)速為v,那么在T時間內(nèi)移動的經(jīng)度△L和緯度△BH(11)為a21=a0+H±180°。(12)△Ln=75c(31+(-) 2 Bo)2,(4上式中:B、L為1點的經(jīng)緯度;B2、L2為2點的經(jīng)緯度;a2+b2A=a1=2(0+0-sB)2(5(13)則在第i個時刻的節(jié)點經(jīng)緯度為:式中:a、b分別為地球的長短半軸;a2表示2點相對1點方位角;a21表示1點相對2點方位角。Bn=B+△B,式(14)、(15)中:∫為橢球的扁平系數(shù)。24舷角q與掃描角的關(guān)系分4種情況討論,如圖2所示。相控陣面零度3補點的方法和過程輻射方向與船首線方向一致,0=q,見圖2a),當各節(jié)點在入網(wǎng)以后,按照通信時序要求,每個q為正時,θ也為正,反之亦然;相控陣面零度輻時隙利用通信同步信號,以和差通道方式實現(xiàn)發(fā)射射方向與船首線方向差180°,見圖2b),當q為正信源的搜索和跟蹤。在入網(wǎng)的同時發(fā)送方將本平臺時,0q-180°,當q為負時,θ=180°-k;相控的經(jīng)緯度發(fā)送給接收平臺,接收平臺利用發(fā)送平臺陣面零度輻射方向與船首線方向逆時針垂直,見圖和本平臺經(jīng)緯度信息計算出掃描對準角2c),當90°≥q彐°時,則θq-90°為負值,當發(fā)送方每隔若干時隙就將經(jīng)緯度信息發(fā)出,使180°29290時,則=q-90°為正值;相控陣面零接收方始終能夠獲取兩平臺之間的方位關(guān)系。當通度輻射方向與船首線方向順時針垂直,見圖2d),信由于突發(fā)信道干擾或遮擋等原因中斷,測角信號6期馬烈:空分加時分(空時分集)通信天線的跟蹤問題研究處理器無法通過和差路通道跟蹤到它平臺的信源時,則通過經(jīng)緯度信息計算產(chǎn)生的掃描對準角換算4結(jié)論成天線相位控制碼,控制天線波束指向,使天線波在空分加時分的通信體制下,相掃天線采用邊束重新回到它平臺信源方位。一旦信道恢復(fù)即可使搜索邊跟蹤再加計算補點的方法,可以很好地解決兩平臺以正確的掃描對準角進行通信。從而完成和節(jié)點間天線的相互跟蹤和通信問題,本文詳細介紹差通道測角中斷之后的補點。了該方法的原理和步驟,給出了數(shù)學(xué)模型和算法流通過兩點經(jīng)緯度計算產(chǎn)生的掃描對準角具有較程圖。此方法已經(jīng)在實驗中得到了很好的驗證高的精度,比和差通道測量產(chǎn)生的掃描對準角的精度高出幾個數(shù)量級,因此能夠有效保證信道中斷之參考文獻:后進行補點的正確性。圖3為補點的流程圖。[]李躍.一種實用有限相掃天線系統(tǒng)的分析與實踐[J現(xiàn)代雷達,1993(4):44-52已知初始兩點經(jīng)緯度求出初始方位角B[2]吳明德.聲雷達的相掃天線門電子工程信息,1989據(jù)初始方位角,航向角求出初始孜觸角q3):11[3]馮祖?zhèn)?一種新穎的制導(dǎo)雷達天線:平板波導(dǎo)饋電的從初始我舷角求出初始扌描對準角eC波段一維相掃天線[現(xiàn)代雷達1989(3):98-101[4]張文明,羅鵬飛.多雷達多目標跟蹤仿真系統(tǒng)軟件設(shè)根據(jù)第二點的經(jīng)緯度利用2.5節(jié)方法求出計U.宇航學(xué)報,2001(5):8791第三點的經(jīng)緯度[5]彭鵬菲,楊露菁.多雷達多目標航跡跟蹤法U]船舶圖3補點的流程圖工程,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