基于多径效应微波着陆系统的数字信号处理方法.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2015/11/12,#,基于多径效应微波着陆,系统的数字信号处理方法,名词解释,多径效应,是电波传播信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应。在实际的无线电波传播信道中，常有许多时延不同的传输路径。各条传播路径会随时间变化，参与干涉的各分量场之间的相互关系也就随时间而变化，由此引起合成波场的随机变化，从而形成总的接收场的衰落。因此，多径效应是衰落的重要成因。多径效应对于数字通信、雷达最佳检测等都有着十分严重的影响。,微波着陆系统（,MLS,）,是一种工作在,C,波段的机上导出引导数据的自主式进场着陆系统，其引导精度及作用距离是飞机安全快速着陆的关键因素。,一、引言,微波着陆系统在工作过程中，由于附近障碍物（如机棚、建筑物、大型飞机等）对电磁波的反射作用，会产生多路径效应，尤其当表面比较光滑时，多路径效应比较严重。多路径效应会使接收到的信号产生误差，从而降低系统引导能力。,为了提高多径干扰下机载接收机的测角精度，在深入分析多径效应带来的测角误差的基础上，提出了一种针对多径效应的数字信号处理方法，有效降低了多径干扰下机载接收机的测角误差。,二、测角原理及多径误差分析,MLS,系统是在方位角和仰角扇区内用个窄波束以匀速分别进行左右和上下“往”和“返”扫描，当处于某个角位置,的飞机检测到该扫描信号时，测,量连续次扫描波束,峰值间的时间差，完,成角度测量，如图,所示。,先用比峰值电平低,3dB,的门限电平对往返脉冲进行限幅 然后测定该脉冲截断处前沿和后沿的时间 ，这个时,间的中点就是往返脉冲的中点 也就是脉冲的到达时间。,波束扫描脉冲在没有受到多径效应影响的情况下，方位（或仰角）角度值,可由下式得到：,由测角原理可知，当扫描波束扫过飞机时，进入角度处理器的信号为接收信号中超过,-3dB,门限电平的那部分，也就是天线主瓣宽度内的部分而当扫描波束受到波束内多路径干扰发生畸变时，也就是说当扫描波束,-3dB,门限电平以上的波形发生畸变，才会产生测角误差，多径条件下测量误差的产生也是由于多径信号对主瓣干扰而形成的。,用,MLS,编码方程式将式,(1),微分后得到角误差公式：,对于一般的误差源，式（,2,）的一次近似值为：,式中：,为峰值误差的度数；,为干扰信号幅值与有用信号幅值的比值，这个值具有普遍的适用范围。,因此可以看到影响峰值误差度数 的主要因素为波束宽度,当存在多径干扰，产生角度偏移时，波束宽度 越小或者当,近似为时，则峰值误差的度数,越小或者近似为。,三、中频数字信号处理的设计,多径干扰的误差源主要是由于机场附近障碍物对电磁波的反射和地面天线扫描波束产生的快速跃变和调制。,要降低多径干扰对测角精度的影响，首先是针对误差源即输入信号的处理，机载接收机数字信号处理部分有,2,个关键的滤波器，一个是,带通滤波器,，一个是,波束包络滤波器,。,3.1,带通滤波器的设计,在,A/D,采样中频信号之后采用,1,个带宽为,26KHz,的,Chebyshev Type II,型带通滤波器。该滤波器的作用是选通当前频点的有效信号，抑制带内和带外干扰对后续信号处理的影响。带通滤波器的幅频特性设计见图,2,。,3.2,波束包络滤波器的设计,在调幅（,AM,）信号解调过程中采用一个带宽为,26KHz,的低通滤波器，该滤波器的作用是选通未扭曲的波束包络，而抑制那些由地面天线扫描波束产生的快速跃变和调制。此滤波器的引入能把波束包络从高频跃变的干扰信号中分离出来，有效减少进入后续信号处理的畸变波形。滤波器的幅频特性和相频特性设计如图,3,所示。,图,3,波束包络滤波器的幅频特性,四、多径信号的处理,式（,3,）中波束宽度 可由图,4,中,T,1,、,T,2,计算得到：,图,4,多径效应测量误差图,当存在多径信号，波束包络波形发生畸变时，会有如下偏移量：,因此在计算测量误差时，,3,个点发生的偏移都要考虑。通过实际分析扫描信号波形发现，当多径干扰出现在主包络上升沿的时候，,1,和,f,偏移值很大，,2,偏移值相对较小；当多径干扰出现在主包络下降沿的时候，,2,和,f,偏移值很大，而,1,偏移值相对较小。,基于上述现象分别做一个相对锁住闸门,及时长为,的验证时间，以排除瞬间奇异值，保持锁定输出角度为当前角度真值。这样当当前角度发生变化时，,3,个角度值偏移量应基本相近且都保持超过时长,，则输出取,f,；当多径效应产生偏移时，其中,2,个角度值偏移较大，而另一个偏移较小且在锁住闸门门限以内时，保持时间超过时长,，则输出取偏移较小值（,1,或者,2,）。这样就可以在有多径干扰且波束宽度,sw,已知的情况下，使用,1,或者,2,得到最终误差较小的角度,fm,输出。,五、实验验证,该处理方法已在实际产品中得到应用，能够有效提高多径干扰情况下的测角精度。实际信号处理过程中各信号,Chipscope,采集波形如图,7,、图,8,、图,9,所示。,图,10,是存在多路径干扰时最终解算的角精度，图,11,是采用上述处理方法后实际解算的角精度。,从图,11,可以看到，该处理方法能够有效降低多径干扰对角度测量误差的影响。,六、结束语,通过对基于多径效应考虑的微波着陆系统的测角原理以及多径误差的深入分析。提出一种在数字信号处理中实现有效降低多径条件下机载接收机的测角误差的方法。实验结果表明，采用,窄带带通滤波器,和,波束包络滤波器,抑制多径干扰误差源及利用扫描波束包络单边受多径干扰影响小的信号特性可以有效提高存在多路径干扰情况下的测角精度。,谢 谢,