基于指令信息識別目標的多目標測控體制*

(西安衛星測控中心 三亞站，海南 三亞 572427)

1 引 言

碼分多址(CDMA)通信系統中，用不同的編碼序列來區分不同用戶，利用若干不同的互相正交的碼序列實現多址通信。CDMA通信的關鍵是能夠找到足夠多的不同正交地址碼來實現多用戶對同一頻帶的共用，把這些序列碼作為不同用戶的地址碼，在收信端再利用相關檢測技術進行解擴處理，恢復出與本地碼序列完全相同的有用信號。在目前國內的多目標測控中，同樣通過碼分多址[1]方式區分各路信號，地面設備具備同時對多個目標進行測控的能力。但是，采用碼分多址在一個信道中傳輸存在以下問題：如果選擇的擴頻碼相關性不好，在衛星接收端容易產生碼間干擾，一方面會影響接收機的鎖定，另一方面會對遙測誤碼、遙控誤碼、測距、測速精度產生影響，而且多目標功率的調整也對功放的適應性提出了很高的要求。因此，碼分多址存在的問題是多目標測控必須考慮的重要因素。為了解決碼分多址測控存在的如上問題，更好地適應未來多星測控的要求，本文提出了通過指令信息識別多目標的多目標測控方法。

2 現行的多目標測控體制

現行的多目標測控體制分為相干擴頻模式和非相干擴頻模式[2]兩種，無論是相干擴頻模式還是非相干擴頻模式，在地面信號上行調制時各個目標使用不同的PN碼來擴頻不同的信息，但是具有相同的碼片速率和載頻，星上解調時根據不同的PN碼對接收信號進行解擴解調得到對應的信息，以達到根據不同PN碼來區分各個目標的目的，這就是通常是所說的碼分多址。為了徹底弄清楚多目標測控體制的原理及實現過程，下面對多目標測控體制的非相干擴頻模式的原理進行具體分析，如圖1所示。

圖1 非相干擴頻模式的多目標測控體制Fig.1 Multi-object TT&C system of noncoherent spread spectrum

在非相干擴頻模式中，調制器能同時產生三路遙控BPSK和三路測距BPSK信號。六路BPSK信號均采用1 023位Gold短碼擴頻，六路BPSK信號在基帶分系統內部合成一路經過地面上行鏈路發往星上。

星上各個目標接收到信號后，經過各自的下行鏈路，將送來的6路碼分BPSK信號進行濾波、AGC控制、采樣和預濾波后，送入每個目標的下行解調鏈路，每條鏈路處理一個目標的下行信息，包括一路遙測BPSK信號和一路測距BPSK信號。

由分析知，對多目標測控而言，星上接收信號是通過碼分多址來區分6個PN碼組成的信號，這對PN碼本身的自相關性和PN碼間的互相關性提出了很高的要求。

3 碼分多址存在的問題

3.1 給PN碼選取造成困難

對衛星上的PN碼捕獲來說，每個支路的PN碼捕獲，要在本地進行自相關計算，根據自相關值是否大于設定的門限來確定PN碼是否捕獲，因此PN碼捕獲首先考慮的是PN碼本身的自相關特性，PN碼的自相關性越好越容易捕獲，抗干擾能力越強。自相關性的好壞通常用自相關函數[3]來表示，自相關函數是指信號與它自身相移以后的相似性。擴頻信號的自相關函數定義為

式中,f(t)為信號的時間函數，τ為時間延遲。

圖2 PN碼自相關函數特性圖Fig.2 Characteristic graph of PN code autocorrelation function

PN碼除自相關性外，與其它PN碼的相似性和相關性也很重要。對多目標測控而言，多個目標共用一個信道，要區分不同目標的信號，就得靠相互之間的區別或不相似性來區分。換句話說，就是要選用互相關性小的信號來表示不同的目標。兩個不同信號f(t)與g(t)之間的相似性用互相關函數來表示：

(2)

通常希望兩個信號的互相關值越小越好，則它們越容易被區分，且相互之間的干擾也小。

綜合上面的分析，我們在PN碼的選取方面，既要考慮PN碼本身的自相關性，又要考慮與其它PN碼的互相關性，對三目標測控而言，我們要選取6組自相關性好、相關之間互相關性小的偽碼是相當困難的，沒有經過嚴格的理論計算選取，是很難滿足多目標測控要求的。

3.2 星上容易出現假鎖、錯鎖現象

在和聯試應答機進行聯試時發現，如果PN碼選取不好，一個目標的PN碼很容易鎖定到其它的PN碼上，出現錯鎖、假鎖現象，這樣解調出來的信息就不是本目標對應的信息，影響了操作人員的判決，給目標的正常聯試帶來了很大的困難。

4 指令信息識別目標的可行性分析

由于PN碼過多引起CDMA的如上問題，如果我們能減少PN碼的數量，通過其它方法來達到區分多目標的目標，無疑能很好地解決如上問題。因此，本文提出了一種通過指令信息識別多目標的方法，具體思路如下：

(1)地面在上行信息中增加每個目標對應的目標代號和信息，多個目標的同一種信息用同一PN碼進行擴頻處理，代替以前的多目標同一種信息用不同PN碼進行處理的方法，這樣可以將同一種信息使用的PN碼數量大大減少；

(2)星上在接收到地面信號后，同樣要對接收到的信息進行解擴處理，信息解調出來后，每個目標通過尋找信息中的目標代號去執行對應位置的指令信息，也就是通過指令信息[4]達到區分多目標的目的。

目前，我們使用的信息有測距信息和遙控信息兩種，下面我們對兩種信息格式進行具體分析，分析是否能通過目前的信息格式達到區分不同目標的目的。

圖3 測距和遙控信息格式Fig.3 Ranging and remote control signal information format

由圖3可知，測距信息和遙控信息中都包括目標代號及信息內容，不同的是測距信息中不同目標占用的是不同的字段，而遙控信息中不同目標占用的是相同的字段，但是衛星上不同目標的信號在使用相同的PN碼捕獲后，經過解擴解調，都可以通過信息格式中的字段內容區分不同目標，進而執行對應的指令內容。

我們設想的通過信息識別多目標的框圖如圖4所示。

圖4 指令信息識別多目標的多目標測控體制Fig.4 Multi-object TT&C system for target identification based on using information

由圖4可知，對三目標測控而言，通過指令信息識別多目標，星上設定的PN碼數量由6個減少為2個，3個目標的3條測距支路通過一個測距PN碼的捕獲跟蹤實現解擴解調功能，經過位同步、譯碼、碼型變換、幀同步進行測量控制信息的提取，然后每條支路通過信息中對應的目標代號字段進行判別，如果是和星上設定的目標代號一致則處理執行對應的信息，否則對信息進行丟棄處理。3個目標的3條遙控支路通過一個遙控PN碼的捕獲跟蹤實現解擴解調功能，經過位同步、譯碼、碼型變換、幀同步進行遙控信息的提取，同樣每條支路通過信息中對應的目標代號字段進行判別，如果是和星上設定的目標代號一致則處理執行對應的信息，否則對信息進行丟棄處理。要注意的是，由于3個目標的遙控信息占用的是相同的字段，所以這要求地面設備不能同時對3個目標發送遙控信息，遙控信息要采用分時發送的方式。

5 碼分多址和指令信息識別的比較

經過分析，可以得到指令信息識別多目標和碼分多址識別多目標的區別：

(1)簡化了上行鏈路

對多目標而言，由于地面設備只需發送兩路PN碼，所以地面設備的硬件電路可以做得更簡化。另外，兩路BPSK信號對多目標功率調節能夠更好地適應，算法實現更簡單，在很大程度上節省了硬件資源。

(2)PN碼數量大大減少

對N目標測控而言，通過指令信息識別多目標，衛星上的PN碼數量由以前的2N個減少為2個，這樣對PN碼的自相關性和互相關性降低了要求，PN碼的選取變得更加容易，增加一個目標的測控，只需在信息中增加目標的目標代號和信息即可，不需再增加PN碼，不需再考慮PN碼的自相關性和互相關性。

(3)減少了假鎖、失鎖現象

由于PN碼的數量大大減少，所以要選取自相關性和互相關性都符合的PN碼比較容易，在PN碼進行捕獲時，可以很快地進行捕獲，減少了假鎖、失鎖的概率。

6 結 論

本文指出了多目標測控體制的碼分多址存在的問題，分析了指令信息識別多目標方法的可行性。該方法實現簡單，可以應用在未來的多星測控領域，能夠更好地適應多星測控的要求。需要注意的是，由于多個目標的遙控信息占用的是相同的字段，所以這要求地面設備不能同時對3個目標發送遙控信息，遙控信息要采用分時發送的方式。

參考文獻：

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