導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術(shù)分析

楊治林

（迪慶香格里拉機(jī)場(chǎng) 云南迪慶 674400）

導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術(shù)分析

楊治林

（迪慶香格里拉機(jī)場(chǎng) 云南迪慶 674400）

目前，導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)已廣泛運(yùn)用于各領(lǐng)域。本文首先介紹了導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)的主要原理，然后分析了導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)的重要指標(biāo)，最后對(duì)該系統(tǒng)總體技術(shù)進(jìn)行了探討，以期能推動(dòng)相關(guān)研究發(fā)展進(jìn)步。

導(dǎo)航；定位；通信；一體化；技術(shù)分析

導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)是對(duì)空中與空中的單元進(jìn)行目標(biāo)導(dǎo)航精確定位，其影響范圍的定位準(zhǔn)確程度可以直接改變導(dǎo)航定位的精度?？罩袉卧芾肎PS獲得確切的方位坐標(biāo)，空中應(yīng)答儀則要針對(duì)該方位進(jìn)行坐標(biāo)調(diào)整?？罩械穆曇羲俣染哂卸嘧冃裕曇魝鞑サ淖兓瘯?huì)引起測(cè)量誤差。

1 導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)的原理

1.1 導(dǎo)航原理

在導(dǎo)航時(shí)，距離測(cè)試儀的能量置換器會(huì)不斷發(fā)射出查詢信息，各個(gè)應(yīng)答儀會(huì)接收這一信息并依據(jù)自己的情況進(jìn)行回答。導(dǎo)航距離測(cè)試儀的回答信息能測(cè)試出傳播的延遲時(shí)間，其目標(biāo)擁有較高的行動(dòng)速度，因此發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)通常不能重疊，所以每組延遲測(cè)試都會(huì)確定一個(gè)橢圓球面，把發(fā)射與接收點(diǎn)設(shè)置成焦點(diǎn)，解出各個(gè)橢圓球面的共有焦點(diǎn)，就能夠算出目標(biāo)的具體方位。

1.2 定位通信原理

定位通信功能分支較多，運(yùn)用起來也更加復(fù)雜。先設(shè)定飛機(jī)距離測(cè)試儀的時(shí)間延遲是Toi（k）=Tai（k）+Tyi（k）+Tdi，Tyi（k）是應(yīng)答訊息傳遞到坐標(biāo)的時(shí)間延遲。因應(yīng)答儀的方位坐標(biāo)已知，所以距離測(cè)試儀的能量置換器可從GPS獲得，因此可知，空中目標(biāo)和應(yīng)答儀的距離用公式表示為：Ri=Tai（k）-Tyi（k）-Tdi·c。最終可算出空中目標(biāo)的具體坐標(biāo)。

2 導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)重要指標(biāo)分析

2.1 定位導(dǎo)航精度分析

導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)對(duì)裝配了問答儀的空中目標(biāo)實(shí)施導(dǎo)航與定位監(jiān)控，并經(jīng)由測(cè)試聲音訊號(hào)抵達(dá)測(cè)試范圍的延遲數(shù)值算出其抵達(dá)目的地的距離，同時(shí)運(yùn)用空間曲面交叉法算出目標(biāo)具體方位。定位檢測(cè)運(yùn)用球面交叉法實(shí)現(xiàn)核算，導(dǎo)航則采用橢圓球面交叉法實(shí)現(xiàn)核算。

2.2 檢測(cè)精度分析

針對(duì)定位檢測(cè)原理，運(yùn)用球面交叉法，結(jié)合方程式對(duì)其精度實(shí)行具體分析，由全微分原理可得出：（x-xi）dx+（y-yi）dy+（z-zi）dz，該式結(jié)果等于ti2cdc+c2tidti+（x-xi）dxi+（y-yi）dyi+（z-zi）dzi，i=1，2，3，4……n。其中dx、dy、dz代表的是空中目標(biāo)的方位誤差值，而dxi、dyi、dzi則代表i號(hào)航空范圍的方位誤差值，dc是空氣中聲音速度誤差值，dti是應(yīng)答信息傳送時(shí)間誤差值。

3 系統(tǒng)總體技術(shù)分析

3.1 空中應(yīng)答儀方位測(cè)量技術(shù)

在空中應(yīng)答儀范圍內(nèi)行駛的目標(biāo)，要將應(yīng)答儀視為參照物，據(jù)此測(cè)出應(yīng)答儀控制范圍內(nèi)的具體方位，并完成導(dǎo)航任務(wù)。應(yīng)答儀的坐標(biāo)位置是重要參考條件，它的測(cè)試精確度能對(duì)系統(tǒng)導(dǎo)航定位的效果產(chǎn)生直接影響。

方位地面坐標(biāo)測(cè)量法包括垂線交叉法和絕對(duì)測(cè)量法。垂線交叉法即運(yùn)作飛機(jī)在離空中應(yīng)答儀較近的部位進(jìn)行兩次直線行駛，盡量減慢飛行速度，促使兩條直線能垂直交叉。飛機(jī)上的距離測(cè)量?jī)x和應(yīng)答儀之間要互相詢問并回答，分別在以上兩條航行軌跡里找出距離測(cè)試儀能量置換器和應(yīng)答儀之間斜距最短的地方，并經(jīng)過該方位作垂直線。根據(jù)幾何立體定理可得出，這兩條線的交叉部位就是應(yīng)答儀在空中的映射，而交叉位置的地面坐標(biāo)就是應(yīng)答儀的地標(biāo)[1]。應(yīng)答儀在空中的方位可定為O，假設(shè)運(yùn)作飛機(jī)行駛軌道和經(jīng)線或緯線保持平行狀態(tài)，而運(yùn)作飛機(jī)在距離O點(diǎn)適宜的位置從南往北進(jìn)行直線飛行，其軌跡定為SN，那么SN就平行于經(jīng)線。在SN內(nèi)能發(fā)現(xiàn)離O的斜距最短的B，其坐標(biāo)可定成（N1，E1）。在空中經(jīng)由B作SN的垂直交線BC，那么BC平行于緯線。飛機(jī)在離O適合的位置從西往東進(jìn)行直線行駛，軌跡定成WE，那么WE平行于緯線。同理可知，WE內(nèi)也存在和O點(diǎn)斜距最短的點(diǎn)，定成（N2，E2）。經(jīng)由A作WE的垂直交線AD，那么AD和BC相交與O’（N1，E2），O’就是應(yīng)答儀在空中的映射，因而得出應(yīng)答儀經(jīng)緯度是（N1，E2）。

絕對(duì)測(cè)量法則是運(yùn)作飛機(jī)在GPS系統(tǒng)指導(dǎo)下圍繞準(zhǔn)備測(cè)試的應(yīng)答儀行駛，運(yùn)用升降設(shè)備把能量置換器經(jīng)由飛機(jī)的底門放到空中，再挑選測(cè)試位置，經(jīng)過詢問與回答的方法測(cè)出能量置換器和應(yīng)答儀中間的距離長(zhǎng)短。記載下測(cè)試位置GPS方位的信息，利用空間曲面交叉法計(jì)算出應(yīng)答儀的地面坐標(biāo)。實(shí)際上，絕對(duì)測(cè)量法是經(jīng)由空中的許多測(cè)試點(diǎn)針對(duì)一個(gè)應(yīng)答儀而確定方位。測(cè)量過程中，升降設(shè)備會(huì)被運(yùn)送出底門，這時(shí)運(yùn)作飛機(jī)需要減速行駛，保證速度低于5節(jié)，可將發(fā)射點(diǎn)看作與接收點(diǎn)重疊，利用球面交叉法按同步模式實(shí)施方位確認(rèn)。假設(shè)應(yīng)答儀的坐標(biāo)是（x，y，z），則在不同測(cè)試點(diǎn)中飛機(jī)能量置換器的坐標(biāo)是（xi，yi，zi），應(yīng)答時(shí)延伸值是t，聲音傳播速度為c，則（xi-x）2+（yi-y）2+（zi-z）2=（c×ti）2，i=1，2，3，4……n。應(yīng)答儀布置結(jié)束后，開始絕對(duì)測(cè)量，運(yùn)作飛機(jī)要依據(jù)既定的線路行駛，實(shí)施方位測(cè)量。任意選出三個(gè)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行核算，就能夠獲得應(yīng)答儀A的具體方位。

3.2 SUNO系統(tǒng)技術(shù)

SUNO系統(tǒng)主要包含了浮標(biāo)分系統(tǒng)與應(yīng)答儀分系統(tǒng)。浮標(biāo)分系統(tǒng)通常運(yùn)用于空中無人看守的情況，其主要功能是根據(jù)問答信息進(jìn)行聲音距離測(cè)試，并把測(cè)試結(jié)果與自己的方位數(shù)據(jù)經(jīng)由無線電波輸送到運(yùn)作飛機(jī)上。它還有一個(gè)功能就是接受飛機(jī)的命令，對(duì)空中應(yīng)答儀進(jìn)行調(diào)控與管理。浮標(biāo)的坐標(biāo)是極為重要的信息，可將GPS當(dāng)作該系統(tǒng)定位的主要方法。GPS板塊鑲嵌進(jìn)浮標(biāo)內(nèi)，可隨時(shí)獲取最高精確度的方位測(cè)定消息，簡(jiǎn)單快捷。GPS板塊除了提供方位信息，還可以測(cè)出秒脈沖數(shù)據(jù)（1PPS），其偏差值在200ns以內(nèi)。該系統(tǒng)同步周期是3～9s，并可利用1PPS修改時(shí)鐘的偏差，可以使系統(tǒng)達(dá)到高精確度的同步運(yùn)算[2]。

浮標(biāo)的主要形態(tài)是積木式構(gòu)造，利用天線、浮體、電子船艙以及空中聽聲器等部件組成。其中，電子艙里準(zhǔn)備了電池與其他電子設(shè)備，天線則可搭設(shè)GPS信號(hào)線、航標(biāo)燈等。要讓浮標(biāo)長(zhǎng)期在空中正常運(yùn)作，可以采取以下三種措施：

①減輕噪音干擾。要避免噪音的干擾，可以采用電源隔離和線性隔離兩種方法。前者是利用數(shù)字與接收儀進(jìn)行分別供電，全部電子儀器的電源都來自于通訊操作板，并實(shí)施了低能耗設(shè)計(jì)。后者則是讓數(shù)字和接收儀不進(jìn)行電源共享。②電源管理。即電源由通訊控制儀實(shí)行規(guī)范管理，運(yùn)用板塊進(jìn)行分開供應(yīng)。為節(jié)省能耗，可以將浮標(biāo)設(shè)為作業(yè)與休息兩類模式。③自我檢查。浮標(biāo)可以對(duì)故障進(jìn)行自我檢測(cè)，以確認(rèn)各部件的運(yùn)作是否順利進(jìn)行。自檢程序包含聲音、GPS、無線電波與充電電池等。

應(yīng)答儀分系統(tǒng)主要是進(jìn)行空中目標(biāo)導(dǎo)航與定位工作，其最主要的功能就是“應(yīng)答”。在該系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)答儀能夠利用聲音控制通訊，轉(zhuǎn)變運(yùn)作狀態(tài)，從而完成自我檢測(cè)、參數(shù)調(diào)整、漏氣預(yù)警、電壓匯報(bào)等任務(wù)。應(yīng)答儀主要運(yùn)用于空中作業(yè)，利用電池供電，其內(nèi)部空間有限，電池容量也不高，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意其低耗性與高效性。

4 結(jié)束語

設(shè)計(jì)測(cè)量方案可以提高測(cè)試精確度，從而促進(jìn)導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術(shù)發(fā)展。經(jīng)過空中實(shí)驗(yàn)方案的驗(yàn)證，說明導(dǎo)航定位通信一體化系統(tǒng)總體技術(shù)的重點(diǎn)指標(biāo)都能夠符合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，因此該技術(shù)具有較高的可行性。

[1]羅續(xù)成.編隊(duì)導(dǎo)航定位測(cè)量通信一體化系統(tǒng)的交互鏈路技術(shù)[J].遙測(cè)遙控，2012（S1）：102～107.

[2]李增路，易中凱，李文偉.定位導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)通信能力的需求分析[J].火力與指揮控制，2009（02）：110～113.

P733.2

A

1004-7344（2016）04-0278-02

2016-1-20

楊治林（1983-），男，迪慶香格里拉人，助理工程師，本科，研究方向?yàn)橥ㄐ艑?dǎo)航。