TACAN信號(hào)偵收處理技術(shù)?

龐育才，張朝柱，董海，廖剛

TACAN信號(hào)偵收處理技術(shù)?

龐育才1，張朝柱1，董海2，廖剛2

（1.哈爾濱工程大學(xué)信息與通信學(xué)院，哈爾濱150001；2.中國(guó)西南電子技術(shù)研究所，成都610036）

介紹了TACAN信號(hào)的格式和基本特征，提出了一種通過對(duì)TACAN信號(hào)的分選、識(shí)別，獲得主、輔基準(zhǔn)群脈沖，計(jì)算基準(zhǔn)群與包絡(luò)相位零點(diǎn)之間的相位差，得到TACAN方位信息的處理方法。利用MATLAB對(duì)TACAN信號(hào)分選以及方位處理進(jìn)行了仿真分析。仿真結(jié)果表明，此方法能夠獲得精確的TACAN方位信息。

電子偵察；TACAN；信號(hào)分選；方位處理

1 引言

戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)（TACAN）是美國(guó)1955年研制并投入裝備的近程無線電導(dǎo)航系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱塔康［1］。目前，塔康導(dǎo)航系統(tǒng)是一種被廣泛使用的導(dǎo)航裝備，也廣泛應(yīng)用于航空母艦編隊(duì)，為航空母艦艦載飛機(jī)提供導(dǎo)航服務(wù)。因此，TACAN信號(hào)的偵收及處理是電子偵察的一個(gè)重要方向，具有十分重要的意義。

對(duì)塔康信號(hào)的偵收及處理，國(guó)內(nèi)的研究還較少。本文通過對(duì)脈沖間隔、主輔基準(zhǔn)群脈沖個(gè)數(shù)等參數(shù)的匹配，識(shí)別出塔康信號(hào)的工作模式，這是已有的研究還未曾涉及的。

目前，一般都是通過測(cè)向的方法來獲得方位信息，但是測(cè)向需要專門的測(cè)向天線陣，較為復(fù)雜。針對(duì)塔康信號(hào)的特點(diǎn)，本文提出了一種通過對(duì)塔康信號(hào)的分選及識(shí)別，獲得主、輔基準(zhǔn)群脈沖，然后再分別計(jì)算主、輔基準(zhǔn)群與15 Hz和135 Hz包絡(luò)零點(diǎn)相位之間的相位差，從而得到TACAN方位信息的處理方法。本文采用MATLAB［2］對(duì)分選過程及方位信息的提取進(jìn)行了仿真分析。

2 TACAN系統(tǒng)基本原理

TACAN機(jī)載設(shè)備與地面信標(biāo)臺(tái)構(gòu)成TACAN導(dǎo)航系統(tǒng)。TACAN導(dǎo)航系統(tǒng)是一種采用脈沖調(diào)制技術(shù)的極坐標(biāo)系統(tǒng)，其距離測(cè)量是基于二次雷達(dá)測(cè)距原理，方位測(cè)量是通過旋轉(zhuǎn)地面信標(biāo)天線得到一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多波瓣方向圖，提供粗、精方位信息［3］。

TACAN地面信標(biāo)臺(tái)以15 Hz和135 Hz復(fù)合調(diào)制的旋轉(zhuǎn)場(chǎng)向空中發(fā)射脈沖，形成15 Hz和135 Hz脈沖包絡(luò)調(diào)制信號(hào)，這些信號(hào)包含指北基準(zhǔn)群脈沖（又稱主基準(zhǔn)群）、輔助基準(zhǔn)群脈沖、臺(tái)站識(shí)別脈沖、距離應(yīng)答脈沖和隨機(jī)填充脈沖。其中，TACAN脈沖包絡(luò)調(diào)制信號(hào)的函數(shù)式為

式中，f1=15 Hz，f2=135 Hz，m1、m2分別為兩個(gè)脈沖包絡(luò)的調(diào)制度。機(jī)載設(shè)備在接收并識(shí)別出基準(zhǔn)群脈沖后，計(jì)算主基準(zhǔn)群脈沖與15 Hz和135 Hz包絡(luò)零點(diǎn)的相位差，即可得到TACAN方位信息。

3 TACAN信號(hào)簡(jiǎn)介

塔康信號(hào)的工作模式包括空／地X模式、空／地Y模式、空／空X模式、空／空Y模式以及DME／P功能下的X、Y、Z、W模式。在塔康的不同工作模式下，其信號(hào)由單脈沖或脈沖對(duì)按照一定的編碼組成。

在空／地X模式下調(diào)制脈沖是由3 600對(duì)秒脈沖組成。在這些脈沖對(duì)中，有900對(duì)是方位基準(zhǔn)脈沖群（主基準(zhǔn)和輔助基準(zhǔn)），其余的2 700對(duì)組成隨機(jī)（有或無距離回答脈沖）或識(shí)別和均衡脈沖。所有的脈沖對(duì)都被15 Hz和135 Hz正弦調(diào)制信號(hào)調(diào)制，其主、輔基準(zhǔn)群脈沖形式如圖1和圖2所示。

在空／地Y模式下，調(diào)制脈沖由用于方位基準(zhǔn)脈沖群的單個(gè)脈沖、隨機(jī)脈沖對(duì)、識(shí)別或均衡脈沖對(duì)組成，速率為7 155個(gè)／秒。在這些脈沖中1 755個(gè)為方位基準(zhǔn)脈沖群，余下的5 400個(gè)（2 700對(duì)脈沖）為隨機(jī)脈沖（有或無距離回答脈沖），或識(shí)別和均衡脈沖對(duì)，所有這些脈沖都被15 Hz和135 Hz正弦調(diào)制信號(hào)調(diào)制。其主、輔基準(zhǔn)群脈沖形式如圖3和圖4所示。

4 TACAN信號(hào)處理

4.1 總體設(shè)計(jì)

如圖5所示，信號(hào)由偵測(cè)天線接收后，寬帶接收機(jī)將頻率為962～1 213MHz的信號(hào)偵收進(jìn)來，通過頻譜分析，找到信號(hào)的中心頻率，并由窄帶接收機(jī)偵收以中心頻率為中心、帶寬為1 MHz的信號(hào)，然后經(jīng)過中頻數(shù)字化處理，對(duì)得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量、信號(hào)模式識(shí)別、分選，得到的數(shù)據(jù)再進(jìn)行方位信息分析提取。

4.2 信號(hào)偵收

接收機(jī)將TACAN射頻信號(hào)變頻到70 MHz中頻，在中頻直接對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣。根據(jù)帶通采樣定理［4］，以40 MHz采樣率進(jìn)行中頻采樣，在第一奈奎斯特區(qū)域得到中心頻率為10 MHz、帶寬為20 MHz的基帶信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字下變頻（DDC）得到中心頻率在零點(diǎn)的數(shù)字基帶信號(hào)，得到的基帶信號(hào)如圖6所示。

4.3 TACAN信號(hào)分選

在對(duì)TACAN信號(hào)分選識(shí)別之前，首先要獲得TACAN信號(hào)的脈沖參數(shù)，對(duì)檢測(cè)到的脈沖包絡(luò)進(jìn)行參數(shù)測(cè)量，可得到脈沖幅度（PA）、脈沖寬度（PW）、脈沖到達(dá)時(shí)間（TOA）等特征參數(shù)，形成脈沖描述字（PDW）。通過寬帶接收機(jī)和窄帶接收機(jī)，已經(jīng)完成了對(duì)RF的分選。利用PA以及PW進(jìn)行預(yù)分選。PA跟距離遠(yuǎn)近以及功率大小有關(guān)，通過PA可以將輻射源較近的TACAN信號(hào)源分選出來。TACAN信號(hào)的PW是一個(gè)固定值，通過PW可以剔除其它的信號(hào)。通過預(yù)分選，得到的信號(hào)是單個(gè)輻射源的TACAN信號(hào)。

然后，由測(cè)得的TOA計(jì)算出每個(gè)脈沖的PRI值，塔康信號(hào)參數(shù)庫中存儲(chǔ)著塔康各種工作模式下主、輔基準(zhǔn)群的PRI值，如果測(cè)得的PRI滿足式（2），則將該脈沖分選出來，從而完成信號(hào)模式的識(shí)別，并獲得主、輔基準(zhǔn)群脈沖。

式中，PRIi指的是某種工作模式下的主基準(zhǔn)群脈沖或者輔助基準(zhǔn)群脈沖的PRI值，PRI-rc指的是PRI的容差。

4.4 方位信息提取

基準(zhǔn)群與包絡(luò)零點(diǎn)相位之間的相位差和飛機(jī)相對(duì)于地面臺(tái)的方位或地面臺(tái)相對(duì)于飛機(jī)的方位是一一對(duì)應(yīng)的。若計(jì)算出基準(zhǔn)群與包絡(luò)相位零點(diǎn)之間的相位差，就得到了方位信息。于是計(jì)算通過前面得到的主基準(zhǔn)群與15 Hz包絡(luò)相位零點(diǎn)之間的相位差，便得到了飛機(jī)相對(duì)于地面信標(biāo)臺(tái)的方位。本算法中采用的是計(jì)算主基準(zhǔn)群與15 Hz包絡(luò)波谷相位之間的相位差，從而間接得到主基準(zhǔn)群與15 Hz包絡(luò)相位零點(diǎn)之間的相位差。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

用同樣的方法計(jì)算輔助基準(zhǔn)群與135 Hz包絡(luò)相位零點(diǎn)之間的相位差，便可得到精測(cè)的方位信息。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在本實(shí)驗(yàn)中采用JBM-3型模擬器作為信號(hào)源，利用接收機(jī)偵收信號(hào)，偵收到的信號(hào)如圖7所示。將收到的信號(hào)讀入MATLAB中，利用MATLAB對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析。

偵收到的信號(hào)通過參數(shù)測(cè)量獲得PDW，并利用模板匹配的方法識(shí)別出信號(hào)的模式，獲得主、輔基準(zhǔn)群脈沖，如圖8和圖9所示。

上面的分選及識(shí)別的結(jié)果是通過MATLAB仿真得到的，圖10給出的結(jié)果是該方法在實(shí)際應(yīng)用中所得到的，其中包括幅度大小、信號(hào)頻率、信號(hào)模式等。

計(jì)算得到的基準(zhǔn)群與包絡(luò)零點(diǎn)相位之間的相位差，得到TACAN信號(hào)的方位信息，如表2所示。

6 結(jié)論

通過對(duì)TACAN信號(hào)偵收及處理過程的仿真分析，證明了本文提出的通過對(duì)TACAN信號(hào)分選得到主、輔基準(zhǔn)群脈沖，并識(shí)別出塔康信號(hào)模式，然后計(jì)算基準(zhǔn)群脈沖與包絡(luò)零點(diǎn)相位之間的相位差從而得到TACAN方位信息的方法是可行的，能夠獲得精確的TACAN方位信息，具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值。

［1］袁仁清，楊云志，王焱濱.TACAN信號(hào)處理的MATLAB仿真技術(shù)分析［J］.電訊技術(shù)，2007，47（1）：196-198.

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FANChang-xin，CAO Li-na.Communication Principle［M］. Beijing：National Defense Industy Press，1995.（in Chinese）

Reconnaissance Receiving and Processing Technique for TACAN Signals

PANGYu-cai1，ZHANGChao-zhu1，DONGHai2，LIAO Gang2
（1.Harbin Engineering University，Harbin 150001，China；2.Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China）

The format and characters of TACAN signal are introduced，amethod is proposed that themajor reference group and auxiliary reference group are sorted from TACAN signals，then phase difference between reference group and zero phase of envelope is calculated to get the information on its position relative to ground station. Signal sorting and the bearing processing are analysed based on MATLAB.Simulation results show that the algorithm can get the precise bearing information of TACAN.

electronic reconnaissance；TACAN；signal sorting；bearing processing

?收到的TACAN信號(hào) Fig.7 The

TACAN signal

TN971

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.10.014

龐育才（1987—），男，四川遂寧人，哈爾濱工程大學(xué)信息與通信學(xué)院碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾盘?hào)處理。

1001-893X（2011）10-0067-04

2011-07-15；

2011-08-16

PANG Yu-cai was born in Suining，Sichuan Province，in 1987.He is now a graduate student.His research direction is signal processing.

Email：pangyucai＠yeah.net