DME/N詢問脈沖波形優化與計算

羅方明

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

關鍵詞：測距儀;波形優化;計算

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

1 數據計算

下面我們就DME/N的波形進行數據計算。為了方便計算，我們將波形設置為峰值為t軸0點的高斯波形，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τ為脈寬，脈寬為兩個半幅度點之間的時間差，變為，，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可求出在頻域內滿足ICAO附件十：“DME機載詢問信號在脈沖發射期間，包含在標稱波道頻率的上下0.8MHz為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率，比標稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率低23db，包含在標稱波道頻率的上下2MHz為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率，比標稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率低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“包含在標稱波道頻率的上下0.8MHz為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率，比標稱波道頻率為中心0.5MHz帶寬內有效輻射功率低23db”為更加嚴苛的條件，當DME詢問波形滿足高斯函數時，我們就可以在面下只對這個條件進行研究，當它滿足要求時，另一個條件肯定滿足，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，應該是考慮到機載設備的功率限制，這使得DME/N機載設備和地面設備的波形要求有很大差別。

2 優化方法

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

是的，這里我們就要提出本文的核心觀點：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、時域及頻域功率分布的要求，作者提出的優化方案是：將DME詢問脈沖信號由原來的一個高斯函數變為由兩個等a值高斯函數組成，上升沿為脈寬τ更小的高斯函數，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，是因為高斯波形具有能量集中，頻譜窄的特點，且能很好的滿足附件十對DME/N的其他要求。

3 數據驗證

下面我們來計算在這種波形優化思路下，滿足ICAO附件十中相關規定的情況下，波形函數需要滿足的條件。該波形時域公式為： ? ?（14）

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

4 結論

通過以上計算我們可知，在本文的優化思路下，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，而現階段新型的DME/N詢問器的波形都由數字芯片產生，都能很好的實現該波形的產生。

5 結語

對DME/N的詢問和應答波形的研究是一種基礎性的研究，隨著民航和導航的發展，更高精度、抗干擾能力更強的DME/N有著廣泛需求，不斷的加強民航設備基礎理論的研究是建設民航強國的迫切需求。

參考文獻

[1] 吳大正，楊林耀，張永瑞，等.信號與線性系統分析[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2] 劉明亮，陸福敏，朱江淼，等.現代脈沖計量[M].北京：科學出版社，2010.