摘?要：根據(jù)理論設(shè)計出不同工作模式下的基準脈沖，作為本地脈沖序列并進行0、1編碼，接收機接收到TACAN信號后，依據(jù)相同的規(guī)則進行0、1編碼，把本地脈沖編碼序列與接收到編碼序列進行相關(guān)，通過相關(guān)峰值判斷是否存在TACAN信號。

關(guān)鍵詞：TACAN信號；相關(guān)峰值；編碼序列

1 概述

導航己成為現(xiàn)代生活中重要的一部分 , 比如車輛駕駛、信息定位等各個方面，在軍事方面，導航的作用突出了它的重要性。1955 年，美國軍方研制出了近程無線電導航系統(tǒng)，簡稱為塔康（TACAN），塔康的作用是同時完成測位與測距。近程無線電導航系統(tǒng)主要組成部分是機載設(shè)備和塔康地面設(shè)備，還包括信標模擬器和信標監(jiān)測器、塔康指示控制設(shè)備等，該系統(tǒng)的實現(xiàn)方式是按照地面設(shè)備為中心、以 350~500 公里為半徑，從而對在此區(qū)域內(nèi)的飛機進行導航服務，因此又稱航空無線電近程導航系統(tǒng)。

塔康是現(xiàn)代飛機 CNS 系統(tǒng)中不可或缺的環(huán)節(jié)，其主要作用在于可以實現(xiàn)以下功能：測距、測向和信標臺識別。在實際應用中，需要與塔康機載設(shè)備相適應的塔康信標模擬器，從而實現(xiàn)機載設(shè)備的測試；模擬信標的設(shè)計方式一般采取的是與硬件相結(jié)合。隨著技術(shù)發(fā)展，新的概念不斷被提出，其中之一便是“綜合航電”，它意味著航電測試系統(tǒng)的對象從之前的單一化航電系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性航電多系統(tǒng)。

2 TCAN信號模型

如圖 1 所示，塔康系統(tǒng)的調(diào)制方式有兩種：脈沖調(diào)制（PM）以及調(diào)幅調(diào)制（AM）。

其中調(diào)幅調(diào)制方式原理如下：主要塔康地面信標臺中央天線經(jīng)過旋轉(zhuǎn)，從而生成了輻射信號；輻射信號在經(jīng)過第一級調(diào)制器件后，該調(diào)制器件會不斷地旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為每 s15 圈，產(chǎn)生 15 Hz 脈沖包絡(luò)調(diào)制信號；輻射信號在經(jīng)過第二級調(diào)制器件后，該調(diào)制器件會不斷的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為每 s135 圈，產(chǎn)生 135 Hz 脈沖包絡(luò)調(diào)制信號。

塔康脈沖包絡(luò) AM 調(diào)制信號的函數(shù)表達式為：

塔康也稱為近程極坐標式無線電導航系統(tǒng)，它可以為飛機提供距離和方位的導航相關(guān)信息。其中，方位信號由兩部分構(gòu)成，基準信號以及包絡(luò)信號。

基準信號由視頻編碼脈沖序列組成，該序列有其固定的編碼特征；視頻編碼脈沖的組成部分包括主基準脈沖、輔基準脈沖。

塔康系統(tǒng)分為兩種工作模式：X 模式和 Y 模式，工作模式的不同所對應的脈沖序列編碼特征也不一樣。

在 X 工作模式下，它的主基準脈沖是脈沖對編碼序列，脈內(nèi)時間間隔是 12 μs ，脈沖對時間間隔是 18 μs ；在 Y 工作模式下為 30 μs 。

在 X、Y 工作模式下，它們的輔基準脈沖是連續(xù)脈沖序列，其間隔時間分別是 12 μs ，15 μs。

本次實驗中以 X 工作模式下為例，對塔康信號完成檢測仿真實驗分析。

3 X模式主基準脈沖序列檢測識別分析

3.1 X模式主基準脈沖本地序列編碼

塔康信號由脈沖這一基本單元組成，它的形狀如圖 2 所示。

圖2 塔康信號脈沖示意圖

TOA：脈沖上升沿處于半峰值時相應時刻，其意義為脈沖的到達時間。TOA 的兩種物理意義：當前信號的時刻以及當前脈沖與相鄰脈沖和脈沖對之間的間隔時間。這是 TACAN 信號的特征參數(shù)之一。

PW：脈沖上升沿半峰值以及其下降沿半峰值之間所形成的時間差值，也稱為脈沖寬度。PW = 3.5 ±0.5 μs。

PA：脈沖的最高點所對應的數(shù)值，即脈沖幅度。主要制約因素有信號功率、以及信號之間的傳輸距離等，PA 可以作為當接收端需要分辨離散出不同信號源的信號的時候重要的參考部分。

脈沖的上升時間 = 2.0±0.25 μs。

脈沖的下降時間 = 2.5±0.25 μs。

根據(jù) TCAN 協(xié)議，X 工作模式下，它的主基準脈沖序列如圖 3 所示。

假設(shè)采樣率為 1 MHz，在 X 工作模式下，對其主 基準脈沖序列實現(xiàn) 01 編碼，01 編碼的規(guī)則是在脈沖的峰值處為 1，剩余部分為 0，該序列在進行編碼完成后， 其值為 [1000000000001,...1000000000001]。

3.2 X模式主基準脈沖序列檢測

接收機接收到信號后，下變頻到基帶 IQ 信號，并求出幅度值，其計算公式如下：

根據(jù)幅度門限 thd，在時域上提取出脈沖信號，并進行峰值提取，確定峰值的位置；根據(jù) 3.1 中的方法進行脈沖序列量化，量化后的脈沖序列與本地量化后的脈沖序列進行相關(guān)運算。當接收到的信號為 X 模式主基準脈沖序列時，最大的相關(guān)峰值為 24，考慮到在實際應用中，受到環(huán)境影響，存在誤碼的可能，設(shè)置相關(guān)峰值最小門限為 23，最大門限為 25，若相關(guān)峰值落在此門限范圍內(nèi)的值，則認為檢測到X模式主基準脈沖序列。其檢測流程如圖 4 所示。

4 仿真及結(jié)果分析

接收機的采集帶寬為 1 MHz，采樣率 fs 為 1.6 MHz，圖5為通過基帶IQ求出幅度的數(shù)據(jù)，橫坐標為采樣點數(shù)，縱坐標為幅度值，圖 6 為接收序列編碼后與本地編碼序列相關(guān)峰值圖，橫坐標為采樣點數(shù)，縱坐標為相關(guān)峰值。

從圖 5 中可以看出，在 1 356 點處出現(xiàn)了 X 模式主基準脈沖序列，從圖 6 中可以看出，在 1 365 點處存在峰值為 24 的相關(guān)峰，說明通過本文中的方法，能夠準確的識別出 TCAN 信號并初步確定 X 模式主基準脈沖序列的起始位置，從而驗證了此方法的可行性。

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(注：本文轉(zhuǎn)載自《電子產(chǎn)品世界》雜志2022年10月期)