DME/N詢問脈沖波形優(yōu)化與計(jì)算

羅方明

摘 要：測距儀（Distance Measurement Equipment，DME）中DME/N是廣泛應(yīng)用于民航系統(tǒng)的一種測距導(dǎo)航設(shè)備，由于其體積小、精度高，在航路、終端以及最后進(jìn)近階段都發(fā)揮著重大的作用。1959年起，測距儀已經(jīng)成為國際民航組織（ICAO）批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)測距系統(tǒng)，它是通過測量電波在空間的傳播時(shí)間來獲取距離信息的，這種方式類似于現(xiàn)在的北斗、GPS等星基導(dǎo)航的測距方式。作者曾聽中國民航大學(xué)倪育德教授講過：“ DME/N發(fā)展到現(xiàn)階段，精度已經(jīng)達(dá)到甚至超過GPS的精度”，這使作者對提高DME/N的精度研究產(chǎn)生了濃厚的興趣。作者在前一篇論文中就DME/N的地面應(yīng)答波形進(jìn)行了優(yōu)化和計(jì)算，我們知道DME的測距過程還包括機(jī)載設(shè)備的詢問，兩者都提高精度才能使得整個(gè)DME測距精度得到提升，本文就對機(jī)載DME/N詢問信號進(jìn)行優(yōu)化與計(jì)算。

關(guān)鍵詞：測距儀;波形優(yōu)化;計(jì)算

中圖分類號：TN925 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）19-0228-02

1 數(shù)據(jù)計(jì)算

下面我們就DME/N的波形進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算。為了方便計(jì)算，我們將波形設(shè)置為峰值為t軸0點(diǎn)的高斯波形，公式為，DME波形滿足高斯波形，由高斯公式可知，a的值決定波形電壓幅值大小，c的值決定高斯波形的尖銳程度，c越小表明波形越尖銳，反之則波形越平滑。設(shè)τ為脈寬，脈寬為兩個(gè)半幅度點(diǎn)之間的時(shí)間差，變?yōu)?，，得知c=0.42466τ;上升沿（或下降沿）為10%峰值到90%峰值之間的t，，，，，DME/N詢問波形的上升沿為。

得出c后，由c=0.42466τ可求出在頻域內(nèi)滿足ICAO附件十：“DME機(jī)載詢問信號在脈沖發(fā)射期間，包含在標(biāo)稱波道頻率的上下0.8MHz為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率，比標(biāo)稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率低23db，包含在標(biāo)稱波道頻率的上下2MHz為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率，比標(biāo)稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率低38db”要求的最小脈寬分別是1.2831微秒和0.5786微秒。可以看出式子（12）也就是“包含在標(biāo)稱波道頻率的上下0.8MHz為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率，比標(biāo)稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內(nèi)有效輻射功率低23db”為更加嚴(yán)苛的條件，當(dāng)DME詢問波形滿足高斯函數(shù)時(shí)，我們就可以在面下只對這個(gè)條件進(jìn)行研究，當(dāng)它滿足要求時(shí)，另一個(gè)條件肯定滿足，我們可以看出ICAO對DME/N的詢問波形的要求不再限定功率而是限定和中心功率的比值，應(yīng)該是考慮到機(jī)載設(shè)備的功率限制，這使得DME/N機(jī)載設(shè)備和地面設(shè)備的波形要求有很大差別。

2 優(yōu)化方法

看到這里，不少人肯定會想：附件十不是已經(jīng)對脈沖寬度有要求了么？3.5±0.5微秒，脈寬一旦確定，在規(guī)定比值的要求下，高斯脈沖就有了唯一性，作者前面的一系列計(jì)算的意義何在？

是的，這里我們就要提出本文的核心觀點(diǎn)：要使得脈沖有盡可能陡峭的上升沿，又要能符合ICAO附件10對DME/N脈寬、波形、時(shí)域及頻域功率分布的要求，作者提出的優(yōu)化方案是：將DME詢問脈沖信號由原來的一個(gè)高斯函數(shù)變?yōu)橛蓛蓚€(gè)等a值高斯函數(shù)組成，上升沿為脈寬τ更小的高斯函數(shù)，以滿足提高精度和提高抗干擾能力的需求，下降沿由脈寬τ較長的高斯函數(shù)組成，以滿足附件十對脈寬及頻譜功率分布的需求。之所以還選擇由高斯波形組成脈沖而不是用三角波或梯形、矩形波等來組成，是因?yàn)楦咚共ㄐ尉哂心芰考?，頻譜窄的特點(diǎn)，且能很好的滿足附件十對DME/N的其他要求。

3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

下面我們來計(jì)算在這種波形優(yōu)化思路下，滿足ICAO附件十中相關(guān)規(guī)定的情況下，波形函數(shù)需要滿足的條件。該波形時(shí)域公式為： ? ?（14）

我們知道高斯函數(shù)在到上進(jìn)行積分是滿足公式（2）、（3）的，值為，的高斯公式是一個(gè)偶函數(shù)，故高斯函數(shù)在到0上的積分等于0到的積分，為，該波形的頻域公式為：

4 結(jié)論

通過以上計(jì)算我們可知，在本文的優(yōu)化思路下，DME/N的詢問波形上升沿大于0.567微秒、脈寬τ為3.5±0.5微秒，下降沿不超過3.5微秒這幾個(gè)條件，波形就能完全滿足ICAO附件十的要求，而這將帶來精度和抗干擾能力提高4倍左右的顯著變化，而現(xiàn)階段新型的DME/N詢問器的波形都由數(shù)字芯片產(chǎn)生，都能很好的實(shí)現(xiàn)該波形的產(chǎn)生。

5 結(jié)語

對DME/N的詢問和應(yīng)答波形的研究是一種基礎(chǔ)性的研究，隨著民航和導(dǎo)航的發(fā)展，更高精度、抗干擾能力更強(qiáng)的DME/N有著廣泛需求，不斷的加強(qiáng)民航設(shè)備基礎(chǔ)理論的研究是建設(shè)民航強(qiáng)國的迫切需求。

參考文獻(xiàn)

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