航空遥测信道特性浅析

航空遥测信道特性浅析

周益,易小谦,赵臣,霍惠敏,刘天畅

中国商用飞机有限责任公司民用飞机试飞中心

摘要:滑动相关器被广泛应用于信道特性的测量.但航空遥测信道的大延迟衰落会严重限制测量系统的测量性能,甚至测量无法完成。为了更加精确地测量航空遥测信道,本文提出一种基于Zadoff-Chu(ZC)序列的滑动相关器，研究其在航空遥测信道测量系统中的信道测量能力。与传统分析方法不同,首先从频域给出测量系统中每个干扰分量的解析表达,然后给出多径环境下的平均动态范围,最后分别基于ZC序列根、归一化滑动因子、信噪比(SNR)和测量序列长度等干扰因素的仿真分析每个干扰分量对测量性能的影响。仿真结果表明:所提的滑动相关器会明显抑制由加性噪声产生的干扰,且在归一化滑动因子大于2和信噪比大于10 dB时,测量性能比传统滑动相关器至少提高2 dB，因此所提滑动相关器的滑动相关峰会更加明显，能更利于航空遥测信道中每条多径分量的检测。

关键词：信道探测；ZC序列；模拟

1航空遥测信道测量系统模型

基于滑动相关器的航空遥测信道测量系统主要包括发射端的测量脉冲发生器、航空遥测信道以及接收端的本地存储脉冲发生器、低通滤波器。信号处理流程如下:测量脉冲发生器产生器的测量脉冲首先经过航空遥测信道得到接收测量脉冲;其次，接收测量脉冲与本地存储脉冲发生器产生的本地脉冲通过直接相关构成了航空遥测信道测量系统中的滑动相关器;最后，滑动相关输出通过低通滤波器来消除干扰的影响。

在发射端，经过测试脉冲发生器提供的测试脉冲被描述为

式中：N为计算数列的周长或时间；为测量序列的第n项，指示时间为的矩形形成脉冲。检测序列一般都必须具备较好地自相关特征，以便于对信道特性的收集。矩形成形脉冲也可描述为

航空遥控通道的基带脉冲反馈，可以描述为

式中：M为最多径传输路线的总数；为第m条最多径传输路线的总增益；即为第m条多径传递路径的传播时延；而直接传递路径的增益和端到端时延则分别有标准物质中心= 1和=0。另外，所有多径传递路径的增益和端到端时延都与反射面的粗糙程度正相关，而加性噪声ωt则遵从平均数为0、平均方差为的复高斯分布。

而相对于检测脉冲和本地脉冲，滑动相关输出通常拥有更小的宽度和更大的时钟分辨率，这也为测试更大宽度的通道特征创造了机会。低通滤波后的滑动相关输出可以描述为

2平均动态范围

测量系统动态范围是一种评价滑相关器测量特性的主要技术指标，定义范围为滑相对峰值和滑相对最大扰动值之间的比。ZC脉冲的自相关函数可以描述为

式中：表示速度为和幅度为的三角脉动区域，并具有PN脉冲自相应函数的直流位移，所以PN序列滑动相关器的动态区域并不能用于ZC序列。

3仿真结果

通过对 ZC序列所有可取根进行遍历来分析基于ZC序列滑动相关器的测量性能。图1为200次蒙特卡洛仿真结果，其中信噪比取10 dB,序列长度分别取31.63和127.实线条表示所有可取根中测量性能最差的,虚线条表示所有可取根中测量性能最好的。从仿真结果可以看出，在相同序列长度下,最好和最差测量性能的最大差距约0.2dB,即不同根对测量性能的影响不大,可以忽略,所以为了便于分析,以下所有仿真中ZC序列的根均取1。

从归一化滑动因子角度分析 PN和ZC这2种序列在航空遥测信道测量系统中的测量性能。图1为200次蒙特卡洛仿真结果，其中信噪比取10 dB,序列长度分别取31、63和127。首先平均动态范围随归一化滑动因子的增加而增加，说明滑动相关自干扰对滑动相关峰的干扰程度随归一化滑动因子的增加而减小。其次,在较小归一化滑动因子时,本文提出滑动相关器的平均动态范围较小,且归一化滑动因子大于2时的平均动态范围提高约2 dB,说明滑动相关峰在较小归一化滑动因子时的主要干扰因素是滑动相关自干扰,ZC序列对滑动相关自干扰比较敏感。最后在归一化滑动因子大于2时，平均动态范围基本不再发生改变，说明此时滑动相关本身干扰可以忽略。

图1不同2C序列根下的平均动态范围

从信噪比角度分析 PN和ZC2种序列在航空遥测信道测量系统中的测量性能。图1为200次蒙特卡洛仿真结果,其中归一化滑动因子分别取1、2、3和4，序列长度为63。首先平均动态范围随信噪比的增加而增加。说明加性噪声对滑动相关峰的干扰程度随信噪比的增加而减少。其次，在较大归一化滑动因子时,本文提出滑动相关器的平均动态范围较大,且归一化滑动因子大于2时的平均动态范围至少提高2dB,说明滑动相关峰在较大归一化滑动因子时的主要干扰因素是加性噪声干扰,ZC序列对加性噪声干扰的抵抗能力更强。最后在对应信噪比和归一化滑动因子大于2时，平均动态范围基本不再发生改变，可以认为此时只存在加性噪声干扰。

4结论

针对航空遥测信道的测量技术要求，能够更精确测量每条多径分量的技术要求，我们将采用一个ZC系列的滑动相关器，通过分析它们在飞机遥测信道测量技术中的计算特性，可以得出以下结果：

1）相对于普通PN系列，ZC系列可以更大程度地控制在飞机遥控通道与测试控制系统中的加性噪声影响，但也因为它对滑相关的自干涉更为灵敏，故而对滑相关自干涉的控制幅度相对较小。

2)ZC系列的特性分别随序列宽度、信噪比和归一性滑动因素的提高而改变，且与ZC.系列的取根方式没关系。

3）相对于一般滑动相关器，当归一性滑动因子超过二和信噪比超过10dB后，我们认为滑动相关器的检测能力应该增加2dB。

4）滑行有关自干涉对滑相关器测量性能的影响通常与归化滑因子值有关，但在当归一的滑因子值超过二后，滑行有关自干涉即可忽略不计。

综上所述，经过对检测序列的改善，航空遥测信道测量设备的检测效能也获得了提高，而文中给出的ZC系列滑相关器比较适合于飞机遥控通道的检测，且本文研究结果将对滑动相关参数的选择给出合理依据。

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