TTNT數據鏈收發機消息處理機制的MATLAB仿真

徐達峰，楊建波

（空軍航空大學 吉林 長春 130022）

TTNT數據鏈收發機消息處理機制的MATLAB仿真

徐達峰，楊建波

（空軍航空大學 吉林 長春 130022）

戰術目標瞄準網絡技術作為Link 16數據鏈的補充鏈路，能夠更好地補充Link 16在網絡邊緣處通信性能的不足。因此，在借鑒Link 16數據鏈收發機制的基礎上，首先分析了TTNT數據鏈消息處理機制的原理，然后運用MATLAB的SIMULATION仿真模塊對消息處理機制進行了模塊構建，最后得到了TTNT的信號模擬波形。

航空電子對抗；TTNT數據鏈；消息處理機制；MATLAB仿真

隨著網絡技術的飛速發展,戰爭形式也正在經歷從原來的機械化向高科技化的轉變。美軍在使用Link 16數據鏈的過程中,出現了戰場數據傳遞緩慢、地面目標瞄準精度不足等缺點,正是基于此原因,美軍開發了新一代數據鏈——TTNT[1]。而最適合TTNT數據鏈的收發機消息處理機制,對于TTNT用戶之間進行快速、安全的信息交換具有非常大的影響,通過MATLAB的SIMULATION仿真模塊對消息處理機制進行仿真,可以以最低成本驗證該機制的有效性和實用性,以便更有效地進行對美軍TTNT數據鏈的研究。

1 消息處理機制原理

TTNT數據鏈收發機包括了RS(Reed-Solomon)編碼器、符號交織器、循環碼移鍵控(CCSK)調制器、高斯最小頻移鍵控(GMSK,Gaussian Minimum Keyed)碼片調制器等單元[2],其結構模型如圖1所示。

圖1 TTNT收發機的消息處理模型Fig.1 The model of TTNT's message processing mechanism of transceiver

1)RS編碼

RS編碼會使用m個比特進行排列組合來得到M個符號,即M=2m。在一個TTNT信息到達物理層時,會按5bit標準被分成多個數據組。35bit的報頭數據被分成7組后,每組5bit數據段經過RS(16,7)編碼,就得到了16個5bit的報頭數據段分碼組；而含有報文頭的 15個符號數據經過 RS (31,15)編碼后進入到符號交織單元。

2)符號交織

對消息進行交織的目的是為了提高消息的抗干擾能力,以減少由于消息頭部符號受到干擾而導致通信介質傳輸性能的下降,在接收端只需作相反的處理既可還原消息。

3)CCSK調制

一個32碼片長度的序列經過向左位移后,與所有的32碼片長度的序列進行互相關,以此來確定應該接收的碼字。

4)GMSK調制

與Link 16數據鏈采用的MSK調制相比,GMSK在調制前采用了高斯濾波器進行預調制濾波,減小載波在切換頻點時的跳變能量,可以最大化信道的吞吐量,有效減少誤碼率[3]。

GMSK調制過程如圖2所示。

圖2 GMSK調制過程Fig.2 The modulation process of GMSK

輸入信號ak經過預調濾波器后,原本一個字符的傳送周期(碼元寬度T)會被擴展成kT(k∈KN+,k＞2)。預調濾波器的沖激響應可以表示為：

經過差分編碼、串/并轉換等運算后可以得到GMSK信號的表達式：

式(2)中,a表示輸入數據,T表示碼元寬度。

其中g(t)在[0,L]上可以表示為

5)GMSK解調

GMSK解調過程如圖3所示。調制信號經過中頻濾波器濾波出去高頻分量后,分成兩路進行處理,其中一路經過2T的延遲,另一路不做變化,兩路信號相乘再經低通濾波器處理后,由判決門得到解調后的信息[4]。

圖3 GMSK解調過程Fig.3 The demodulation process of GMSK

2 消息處理機制模型

根據上述的消息處理機制原理,下面使用MATLAB的SIMULINK功能模塊對TTNT收發機的消息處理機制進行模型搭建[5-6]：

1)CCSK模塊

CCSK模塊中包含了clock、counter、bit2integer converter、unipolar2bipolar converter、subsystem、multiport switch等子模塊,其結構如圖4所示。

圖4 CCSK模塊Fig.4 CCSK module

2)GMSK模塊

GMSK 模 塊 中 包 含 了 AWGN Channel、Modulator Baseband、Error Rate Calculator、Error Rate、Binary Generator和Spectrum Scope等子模塊,其結構如圖5所示。

3)FH模塊

FH 模 塊 包 含 了 GMSK modulator baseband、GMSK demodulator baseband、assemble packets、AWGN channel等子模塊,其結構如圖6所示。

3 機制仿真

在真實作戰場景中,TTNT收發機的天線采用了全向模式,以便及時與周圍同伴進行聯系。下面取其中一個方向進行模擬仿真,同時TTNT信號采用以TTNT頻率群為載波頻率的形式進行空間通信,得到的TTNT信號波形如圖7所示。

從圖7中可以看出,兩個作戰單元在一個方向使用TTNT模式進行通信時,每個傳輸序列中包含16個脈沖,每

個脈沖的載波頻率在TTNT數據鏈的16個頻點中隨機選取；而4個方向同時進行并行傳輸,信號彼此之間就不會產生干擾,結果與預期相符合。

圖5 GMSK模塊Fig.5 GMSK module

圖7 TTNT信號波形Fig.7 TTNT's signal waveform

4 結論

以TTNT數據鏈的收發機消息處理機制為主線,首先簡單分析了其消息處理機制的原理,之后通過MATLAB的SIMULINK模塊對消息處理機制進行了模型搭建,最后得到了TTNT的信號波形圖。從實驗結果來看,仿真得到的TTNT波形與實際的發射波形樣式相同,說明此模型可以有效反映TTNT數據鏈收發機消息處理機制的特性,具有很好的實用性。

追蹤的有軌電車軌道識別算法能夠有效識別軌道,準確提取感興趣區域。經過大量試驗驗證,在上文提到的軟硬件環境下,算法耗費的時間約為0.15 s,滿足實時性要求。

4 結論

本文提出一套從圖像預處理到軌道模型構建、覆蓋整個流程、滿足實時性要求的有軌電車軌道識別算法。該算法首先利用有軌電車凹形軌實際特征提出基于多閾值的軌道區域分割方法,結合骨架提取思想提出具有較強抗干擾性的像素追蹤方法,最后利用最小二乘分段二次擬合方法構建軌道模型。從試驗結果可以看出,有軌電車軌道識別的準確性和實時性均可以得到滿足。本文提出的算法的參數大多使用經驗閾值,不具備自適應性,這是本文尚存在的不足,也是未來研究的方向。此外,在智能交通領域,真正具有實際應用價值的圖像視覺系統應當是對采集的圖像實時處理,動態追蹤,因而將單幀算法應用到系統中去,真正實現實時獲取實時處理也是下一步的工作方向。

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The MATLAB simulation on TTNT's message processing mechanism of transceiver

XU Da-feng,YANG Jian-bo
(Aviation University of Air Force,Changchun 130022,China)

As an important addition to Link 16 data link,Tactical Targeting Network Technology could supple-ment the communication performance of Link 16 data link,which has shortage at the edge of its network.As for,on the basis of Link 16's message processing mechanism of transceiver,it analyses the principle of TTNT's message processing mechanism of transceiver firstly.Then,it gives a model of its message processing mechanism of transceiver by means of the simulation module of MATLAB.Finally,it gets the simulative waveform of TTNT's signal.

aerospace electronic warfare；tactical targeting network technology data link；message processing mechanism of transceiver；MATLAB simulation

TN915.04

：A

:1674-6236(2015)23-0155-03

2015-04-08稿件編號：201504068

徐達峰(1989—)，男，浙江臨安人，碩士。研究方向：通信前沿技術。