專利名稱：展布頻譜飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，具體地說是一展布頻譜飛機(jī)著陸降落制導(dǎo)系統(tǒng)，它具有一對(duì)相對(duì)于跑道精確定位的發(fā)射機(jī)，用于發(fā)射固定的波束信號(hào)，此信號(hào)受到贗噪聲調(diào)制后在寬頻帶上展開;此系統(tǒng)還包括一機(jī)載的接收機(jī)，用于接收和解調(diào)展布頻譜信號(hào)，并比較解調(diào)后的波束信號(hào)對(duì)幅度，從而提供關(guān)于飛機(jī)偏離所要求的飛行航線的量度。
已知有多種飛機(jī)著陸降落制導(dǎo)系統(tǒng)，包括儀表著陸系統(tǒng)(ILS)和微波著陸系統(tǒng)(MLS)。作為機(jī)場的永久性設(shè)施，ILS站一般受其天線尺寸太大的限制。MLS站使用的頻率比ILS站的高，因而所用天線比ILS站的小得多。但MLS站非常昂貴，并且一般是不可移動(dòng)的。
有一著陸降落制導(dǎo)系統(tǒng)是在X頻帶的頻率下工作，其天線非常小，從而系統(tǒng)是可移動(dòng)的。此已知系統(tǒng)包括，至少兩個(gè)能在飛機(jī)與跑道中心線對(duì)準(zhǔn)時(shí)發(fā)出重迭的左、右束等強(qiáng)度波束的天線，以及至少兩個(gè)能在飛機(jī)與著陸降落航線的滑翔道角度對(duì)準(zhǔn)時(shí)發(fā)出重迭的等強(qiáng)度波束的天線。一微波開關(guān)(或其他同類器件)順序地將一X頻帶信號(hào)接到每一天線，以脈沖形式發(fā)出制導(dǎo)波束，波束通過相對(duì)于制導(dǎo)波束脈沖前的識(shí)別碼脈沖群的出現(xiàn)時(shí)間來識(shí)別。機(jī)上所載接收機(jī)接收并處理制導(dǎo)波束脈沖，以確定飛機(jī)與所要求的降落航線的偏離。盡管此系統(tǒng)在非惡劣環(huán)境下工作很好，但易受干擾和信號(hào)攔截。再者，只有有限數(shù)目(在40個(gè)的量級(jí))的這種系統(tǒng)能同時(shí)工作。
本發(fā)明克服了原有飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)中的許多缺點(diǎn)。這種飛機(jī)著陸降落制導(dǎo)系統(tǒng)采用固定的波束信號(hào)，信號(hào)相對(duì)于著陸降落飛機(jī)航線是成對(duì)的，并由贗噪聲調(diào)制。這樣，當(dāng)發(fā)射時(shí)信號(hào)在寬頻帶上展布，從而改善了系統(tǒng)的抗干擾能力，并能減少被攔截的可能性。
本發(fā)明中的飛機(jī)著陸降落系統(tǒng)包括一發(fā)射機(jī)，它發(fā)出多個(gè)連續(xù)波，是相對(duì)著陸降落飛行航線成對(duì)的固定波束信號(hào)，以提供方位和仰角信息。每個(gè)固定波束信號(hào)都由不同的贗噪聲碼調(diào)制，以產(chǎn)生在寬頻帶上展布的發(fā)射信號(hào)，其中的每個(gè)贗噪聲碼起識(shí)別調(diào)制后的特定波束的作用。一接收機(jī)(飛機(jī)所載)包括一跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器，用于將接收機(jī)產(chǎn)生的多個(gè)贗噪聲碼之一與所接收到信號(hào)的噪聲碼同步，以識(shí)別及解調(diào)(或在頻譜上變窄)接收到的信號(hào)。此窄頻譜信號(hào)然后加到矩環(huán)形解調(diào)器，以確定每個(gè)窄頻譜信號(hào)的幅度并從中提取信息。一數(shù)據(jù)制導(dǎo)處理及顯示控制對(duì)被解調(diào)的波束信號(hào)對(duì)進(jìn)行比較，以提供飛機(jī)偏離所要求的著陸降落飛機(jī)航線的指示。
更具體地說，本發(fā)明中的系統(tǒng)包括兩個(gè)發(fā)射裝置、一個(gè)定位裝置及一個(gè)滑翔斜率指示裝置。定位裝置發(fā)射出四個(gè)等頻率的連續(xù)波展布頻譜波束信號(hào)，這些信號(hào)分別是右扇區(qū)波束、左扇區(qū)波束、右精確制導(dǎo)波束及左精確制導(dǎo)波束?；栊甭手甘狙b置發(fā)射出三個(gè)等頻率的連續(xù)波展布頻譜波束信號(hào)，分別為扇區(qū)波束、一向上精確制導(dǎo)波束和一向下精確制導(dǎo)波束。接收機(jī)包括一跟蹤延遲同步碼的第一環(huán)形相關(guān)器和處理所接收到的定位器信號(hào)的矩環(huán)形解調(diào)器，以及一跟蹤延遲同步碼的第二環(huán)形相關(guān)器和同時(shí)處理接收到的滑翔斜率指示信號(hào)的矩環(huán)形解調(diào)器。
用于調(diào)制固定波束的贗噪聲碼是一組相互正交的碼，提供發(fā)送信道的碼分多址連接方式，以增加同時(shí)工作的系統(tǒng)的數(shù)目。由于本發(fā)明中的系統(tǒng)采用連續(xù)波發(fā)送，而不是順序脈沖發(fā)送，于是可以盡可能高的集成化，從而提高了基于接收到的波束信號(hào)幅度的制導(dǎo)計(jì)算的精確度。再者，因?yàn)樗卸ㄎ黄靼l(fā)送信道是載波相干的，并且碼時(shí)鐘相互同步，一旦有一信道通過贗噪聲碼同步而被接通，系統(tǒng)便被控制自動(dòng)地跟蹤從裝置的其他信道接收到的信號(hào)，而無需進(jìn)行另外的再接通過程?；栊甭手甘狙b置的情況也是如此。
本發(fā)明的上述及其他目的、優(yōu)點(diǎn)及新特征，以及所給出實(shí)施例的細(xì)節(jié)情況，可以通過下面的描述及附圖得到更充分的認(rèn)識(shí)。


圖1是跑道透視圖，示出了本發(fā)明中飛機(jī)著陸降落制導(dǎo)系統(tǒng)的滑翔斜率和定位器發(fā)射機(jī)裝置的位置，以及這些裝置發(fā)出的固定波束;
圖2是圖1中所示定位器發(fā)射機(jī)的方框圖;
圖3是本發(fā)明中接收機(jī)的方框圖;
圖4中的方框圖示出了本發(fā)明的發(fā)射機(jī)及接收機(jī)中所用的贗噪聲碼發(fā)生器;
圖5中的方框圖示出了圖3中所示的跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相干器;
圖6a-c中的圖形分別示出了圖5中相關(guān)器前后信道的相關(guān)函數(shù)，以及一前一后復(fù)合相關(guān)函數(shù);
圖7是本發(fā)明中矩環(huán)形解調(diào)器的方框圖。
本發(fā)明中的展布頻譜飛機(jī)著陸制導(dǎo)系統(tǒng)包括兩個(gè)發(fā)射機(jī)裝置、一個(gè)定位器裝置10及一個(gè)滑翔斜率指示裝置12(如圖1所示)，用于引導(dǎo)帶有接收機(jī)(見圖3)的飛機(jī)沿與跑道16中心線14相關(guān)并成一滑翔傾斜角的預(yù)定著陸航線飛行。定位裝置10位于跑道16中心線14的末端，發(fā)射出四個(gè)波束18、19、20及21，以向正在降落的飛機(jī)提供相對(duì)跑道中心線14的方位的右/左制導(dǎo)信息?；栊甭手甘狙b置12位于跑道16上所要求的接地點(diǎn)附近，發(fā)射出三個(gè)波束22、23和24，以向正在降落的飛機(jī)提供相對(duì)于滑翔傾斜角豎直位置的上/下制導(dǎo)信息。
具體地說，定位器波束18及19是成對(duì)的右及左扇區(qū)波束，提供相對(duì)于跑道中心線14的方位為+35°和-35°的覆蓋范圍。成對(duì)的滑翔斜率波束22及23是上和下精確制導(dǎo)波束，提供大約±10°的方位內(nèi)滑翔傾斜角附近+1.5°到-1.5°仰角范圍的比例制導(dǎo)。滑翔斜率波束24是扇區(qū)波束，能在±35°方位范圍內(nèi)提供模擬航向保護(hù)。雖然定位器扇區(qū)波束18和19及滑翔斜率扇區(qū)波束24不如精確制導(dǎo)波束20、21、22及23準(zhǔn)確，但扇區(qū)波束能提供角度比較寬的導(dǎo)航信號(hào)，以引導(dǎo)飛機(jī)進(jìn)入能獲得精密制導(dǎo)波束的位置。
18、19及20、21波束對(duì)中每一定位器波束的強(qiáng)度這樣設(shè)定，即經(jīng)直沿中心線14向跑道16降落的飛機(jī)能接收到等強(qiáng)度(或幅度)的右/左扇區(qū)波束信號(hào)及等強(qiáng)度(或幅度)的右/左精密制導(dǎo)波束信號(hào)。而當(dāng)飛機(jī)在中心線14-側(cè)向跑道16降落時(shí)，飛機(jī)接收到的右波束信號(hào)或左波束信號(hào)強(qiáng)度會(huì)比在跑道另一側(cè)時(shí)的強(qiáng)度要大。類似地，上/下滑翔斜率波束22及23的每一個(gè)的強(qiáng)度這樣來設(shè)定，即沿滑翔斜率徑直向跑道降落的飛機(jī)會(huì)接收到等強(qiáng)度或幅度的上/下精密制導(dǎo)波束信號(hào);而以大于或小于滑翔傾斜角向跑道16降落時(shí)，飛機(jī)接收到的上或下精密制導(dǎo)波束信號(hào)的強(qiáng)度會(huì)比另一波束信號(hào)的要大。
定位器發(fā)射裝置10(圖2中較詳細(xì)地示出)包括一經(jīng)過烘烤的晶體振蕩器26，能提供19MHz的時(shí)鐘信號(hào)。振蕩器26的輸出加到倍增器28上，能將19MHz的時(shí)鐘信號(hào)倍頻490倍至9310MHz成為載波信號(hào)。此載波信號(hào)被放大器30放大后達(dá)到裝置的滿發(fā)射功率水平，其輸出耦合到回路功率分配器32。后者分別向四個(gè)輸出通道34、36、38及40提供等功率的信號(hào)，產(chǎn)生左扇區(qū)波束信號(hào)、左精密制導(dǎo)波束信號(hào)、右精密制導(dǎo)波束信號(hào)及右扇區(qū)波束信號(hào)。具體地說，通道34、36、38和40中的9310MHz載波信號(hào)分別加到平衡調(diào)制器42、44、46和48上，后者利用贗噪聲碼調(diào)制載波信號(hào)，使之在每一個(gè)通道中在寬頻帶上展布。在所示實(shí)例中，載波的調(diào)制是通過移相鍵控調(diào)制實(shí)現(xiàn)的，不過，也可采用其他調(diào)制方式，例如移頻鍵控調(diào)制。
為在每一輸出通道中產(chǎn)生載波信號(hào)的二進(jìn)相移鍵控調(diào)制，設(shè)置了分別與四個(gè)輸出通道40、38、36及34相應(yīng)的四個(gè)贗噪聲碼發(fā)生器50、52、54及56，從振蕩器26發(fā)出的19MHz時(shí)鐘信號(hào)則耦合到每一發(fā)生器50、52、54及56上，以提供時(shí)鐘。每一贗噪聲碼發(fā)生器50、52、54及56都產(chǎn)生相同的一簇相互正交碼，最好是平衡Gold碼(見下文的詳述)。而微處理器58則通過起動(dòng)時(shí)的不同初始條件控制發(fā)生器50、52、54及56同時(shí)輸出不同的碼。輸出通道34、36、38及40的碼分多址聯(lián)接方式使天線60、62、64及66在每一輸出通道都能以同樣的9310MHz頻率同時(shí)發(fā)射連續(xù)波的波束信號(hào)。因?yàn)樵谥茖?dǎo)期間每個(gè)發(fā)射機(jī)輸出通道都在連續(xù)工作以產(chǎn)生連續(xù)波的波束信號(hào)，在接收機(jī)中進(jìn)行的測量(下面有討論)由于信號(hào)積分的時(shí)間較長而更加精確。
從振蕩器26發(fā)出的19MHz輸出還用于給數(shù)據(jù)發(fā)生器68定時(shí)鐘。具體說，19MHz的信號(hào)送到能將振蕩器時(shí)鐘信號(hào)分190，000分之一的分頻器70上，產(chǎn)生的100Hz時(shí)鐘信號(hào)送到數(shù)據(jù)發(fā)生器68。后者以100位/秒的速度把數(shù)據(jù)送到加法器72、74、76及78中的每一個(gè)，求模2和，即把數(shù)據(jù)與贗噪聲碼發(fā)生器50、52、54和56中的每一個(gè)的輸出加起來。數(shù)據(jù)與從加法器72、74、76及78中的每一個(gè)發(fā)出的贗噪聲碼的模2和又各自送到平衡調(diào)制器48、46、44和42，對(duì)每一輸出通道32中的9310MHz載波信號(hào)進(jìn)行相移鍵控調(diào)制，將載波信號(hào)在寬頻帶上展布。從天線60、62、64及66發(fā)射的展布頻譜信號(hào)包含了同樣的數(shù)據(jù)，但已由不同的贗噪聲碼調(diào)制，這樣，用發(fā)射出的信號(hào)的贗噪聲碼可以有效地識(shí)別信號(hào)是右或左扇區(qū)波束信號(hào)、或者右或左精密制導(dǎo)波束信號(hào)。給出有關(guān)飛機(jī)著陸制導(dǎo)信息的是裝備接收機(jī)(以下有討論)的飛機(jī)所接收到的波束信號(hào)的強(qiáng)度或幅度。發(fā)射信號(hào)中包含的數(shù)據(jù)與導(dǎo)航可能有關(guān)，也可能無關(guān)。例如，數(shù)據(jù)可以包含有關(guān)跑道16長度的信息，或者包含給飛機(jī)駕駛員的指令，或者有關(guān)跑道附近正在進(jìn)行的活動(dòng)的信息。
滑翔斜率指示裝置12與圖2所畫的定位器裝置其余部分相同，只是所用功率分配器是三路的，以向三個(gè)輸出信道中的每一提供功率相等的9310MHz載波信號(hào)。每個(gè)輸出信道都與三個(gè)贗噪聲碼發(fā)生器、模2加法器及平衡調(diào)制器之一耦合。鑒于此，滑翔斜率指示裝置12沒有詳細(xì)示出?；栊甭手甘狙b置12的載波信號(hào)無與定位器發(fā)射機(jī)裝置10的載波信號(hào)同步。這是一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槎ㄎ黄餮b置10與滑翔斜率指示裝置12通常相距很遠(yuǎn)，要求同步的話需要兩個(gè)裝置間的通訊。不過，若有公共載波信號(hào)波的話，兩裝置可使用此公共信號(hào)源。
本發(fā)明中的接收機(jī)(圖3所示)置于飛機(jī)上，作用是引導(dǎo)飛機(jī)沿所要求的相對(duì)跑道16的著陸降落航線飛機(jī)。接收機(jī)的接收天線80接收9310MHz的展布頻譜發(fā)射信號(hào)，并送至下變頻器82。后者具有9234MHz的本機(jī)振蕩器頻率，由經(jīng)烘烤的晶體振蕩器84產(chǎn)生，提供76MHz的中頻(IF)信號(hào)。振蕩器84輸出的頻率這樣選擇，即下變頻器的輸出頻率是發(fā)射機(jī)19MHz時(shí)鐘信號(hào)的倍數(shù)，以輔助接收機(jī)的跟蹤和解調(diào)功能。76MHz的IF信號(hào)送到帶寬為19MHz的帶通濾波器86。帶通濾波器86能提高系統(tǒng)的信號(hào)處理增益，因?yàn)樵肼晭挶幌拗圃?9MHz了。經(jīng)帶通濾波器86放大后，76MHz的IF信號(hào)經(jīng)具有自動(dòng)增益(AGC)的IF放大器88放大。放大后的76MHzIF信號(hào)再送到一定位器相關(guān)器和解調(diào)裝置90及一滑翔斜率相關(guān)器及解調(diào)裝置92，它們同時(shí)工作以獲得和跟蹤從定位器及滑翔斜率指示器發(fā)射機(jī)裝置10及12發(fā)射的定位器及滑翔斜率波束信號(hào)。
定位器相關(guān)器及解調(diào)器90包括一跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器94，其作用是通過與一信道的特定贗噪聲碼同步以獲取定位器輸出信道60、62、64或66之一。它通過在輸入IF信號(hào)及本機(jī)產(chǎn)生的贗噪聲碼尋找相關(guān)來實(shí)現(xiàn)，其中本機(jī)贗噪聲碼發(fā)生器的信號(hào)產(chǎn)生率稍加改變，使之能遇到輸入的IF信號(hào)。一旦本機(jī)產(chǎn)生的贗噪聲碼與輸入的IF信號(hào)匹配，跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器便輸出一頻譜變窄的信號(hào)，并送至矩環(huán)形解調(diào)器98。矩環(huán)形解調(diào)器98完成載波同步，以進(jìn)行IF信號(hào)的相干幅度檢測，并從信號(hào)中提取數(shù)據(jù)。
滑翔斜率指示相關(guān)器的跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器96及解調(diào)器92和相關(guān)器94的工作方式相同，以通過與其特定贗噪聲碼同步而達(dá)到滑翔斜率指示器三個(gè)輸出信道之一。實(shí)現(xiàn)同步后，滑翔斜率波束信號(hào)頻譜變窄并加到矩環(huán)形解調(diào)器100上;后者與解調(diào)器98的工作方式相同，即實(shí)現(xiàn)載波同步，以檢測滑翔斜率波束信號(hào)幅度并提取數(shù)據(jù)。
從解調(diào)器98及100輸出的表示經(jīng)同步和跟蹤的波束信號(hào)幅度的信號(hào)送至一自動(dòng)增益控制，后者在調(diào)模式下控制IF放大器88的增益，使增益由所要求的信號(hào)而非干擾來設(shè)定，在信道獲取過程中，一獲取/跟蹤/再獲取控制器108通過自動(dòng)增益控制器105控制放大器88的增益，以輔助獲取過程。
從矩環(huán)形解調(diào)器98及100輸出的表示定位器波束信號(hào)及滑翔斜率波束信號(hào)幅度的信號(hào)還送至比較器106，以和參考電壓VT比較。比較器106用來確定何時(shí)相關(guān)器94與96實(shí)現(xiàn)同步，并在實(shí)現(xiàn)同步后輸出一指示信號(hào)至獲取/跟蹤/再獲取控制器108?？刂破?08把分別與一定位器輸出信道和一滑翔斜率輸出信道相關(guān)的初始狀態(tài)矢量分別送入相關(guān)器94及96的本機(jī)贗噪聲碼發(fā)生器，并在相關(guān)器94和96中進(jìn)一步控制碼發(fā)生器相位前移，直至比較器106確定完成了同步。一旦定位器相關(guān)器94獲取了一個(gè)定位器輸出信道，便無須重復(fù)獲取過程，因?yàn)槎ㄎ黄鬏敵鲂诺朗禽d波相干的，并且碼時(shí)鐘是相互同步的。獲取/跟蹤/再獲取控制器108僅將對(duì)下一個(gè)定位器發(fā)射機(jī)輸出信道合適的狀態(tài)矢量輸入到相關(guān)器94的贗噪聲碼發(fā)生器94，而相關(guān)器將自動(dòng)跟蹤此信號(hào)。類似地，一旦一滑翔斜率輸出信道被獲取，第二及第三滑翔斜率輸出信道則通過控制器108將合適的狀態(tài)矢量裝入相關(guān)器96的贗噪聲發(fā)生器而被獲取。
來自定位器及滑翔斜率指示相關(guān)器和解耦器裝置90和92的數(shù)據(jù)及幅度信息被送到一數(shù)據(jù)制導(dǎo)處理及顯示控制器102。后者對(duì)于兩成對(duì)波束信號(hào)，例如右及左精密制導(dǎo)波束信號(hào)做出響應(yīng)，以確定飛機(jī)對(duì)所要求的著陸降落航線的相對(duì)位置，即飛機(jī)是在跑道中心線14的右側(cè)、左側(cè)還是正對(duì)著。這由控制器102通過與其中存儲(chǔ)的成對(duì)波束信號(hào)進(jìn)行幅度比較來實(shí)現(xiàn)。如果一對(duì)波束信號(hào)的一個(gè)的幅度比另一個(gè)的大，那么控制器102便可確定飛機(jī)已經(jīng)偏離的所要求的飛行航線，即在跑道中心線的右側(cè)或左側(cè)，或者在滑翔傾斜角之上或之下?？刂破?02一旦確定了飛機(jī)對(duì)所要求的著陸降落飛行航線的相對(duì)位置，便控制顯示器104顯示出飛機(jī)對(duì)準(zhǔn)或偏離航線的情況。類似地，控制器102解碼定位器及滑翔斜率解調(diào)器裝置90及92的數(shù)據(jù)輸出并控制顯示器104顯示出適當(dāng)信息。數(shù)據(jù)制導(dǎo)處理及顯示控制102可以是個(gè)微處理器控制，作為構(gòu)成獲取/跟蹤/再獲取控制器108的微處理器控制的一部分或與之分開。再有，顯示器可以是常規(guī)ILS系統(tǒng)中所用的，或者帶有描繪制導(dǎo)信息及數(shù)據(jù)的復(fù)雜圖形的CRT。
根據(jù)本發(fā)明，由于利用了一簇相互正交碼的信道碼分多址聯(lián)接方式，一個(gè)或多個(gè)展布頻譜飛機(jī)著陸系統(tǒng)的每一輸出信道都可同時(shí)工作，以9310MHz的相同頻率發(fā)射連續(xù)波波束信號(hào)。在最佳實(shí)施例中采用了平衡Gold碼，Gold碼是由成對(duì)的優(yōu)選最大長度序列的模2加法產(chǎn)生等長度的一簇形成。一簇碼的全部成員在局部自相關(guān)峰及對(duì)相互關(guān)峰都具有相同界。平衡Gold碼是指“1”的數(shù)目比“0”的數(shù)目恰好多1。平衡Gold碼具有比非平衡碼優(yōu)越的譜性質(zhì)，因此是最佳的。
產(chǎn)生平衡Gold碼的贗噪聲碼產(chǎn)生器示于圖4中，它適合用于定位器及滑翔斜率指示器發(fā)射裝置10及12，以及定位器及接收機(jī)的滑翔斜率相關(guān)器及解調(diào)器裝置90和92中。贗噪聲碼發(fā)生器包括兩個(gè)11級(jí)的線性反饋移位寄存器110及112，其在線114及116上的輸出被送到模2加法器118上，以在線120上產(chǎn)生平衡Gold碼。移位寄存器110的發(fā)生器多項(xiàng)式是f(X)＝1+X2+X3+X4+X6+X7+X9+X10+X11，其中第2、3、4、6、7、9、10及11級(jí)項(xiàng)是加法器122的模2求和結(jié)果，其輸出被反饋到移位寄存器110的輸入。移位寄存器112的發(fā)生器多項(xiàng)式是G(X)＝1+X2+X11其中第2及11級(jí)項(xiàng)是加法器124的模2求和，其輸出被反饋到移位寄存器112的輸入。移位寄存器112的初始條件是除第11級(jí)外的所有級(jí)都包含一個(gè)0而第11級(jí)包含一個(gè)1。而移位寄存器110的唯一初始條件是第11級(jí)包含一個(gè)0。因?yàn)橐莆患拇嫫?10的1至10級(jí)可以有210或1024種可能組合，所以圖4的贗噪聲發(fā)生器可以產(chǎn)生1024個(gè)不同的平衡Gold碼。圖4的贗噪聲發(fā)生器可用于多至1024/7或146個(gè)同時(shí)工作的系統(tǒng)中，每個(gè)系統(tǒng)發(fā)射7個(gè)波束信號(hào)(4個(gè)定位器及3個(gè)滑翔斜率波束信號(hào))，其中每個(gè)波束信號(hào)具有與之相聯(lián)系的不同的平衡Gold碼。對(duì)具有更多移位數(shù)的系統(tǒng)來說，可同時(shí)工作的系統(tǒng)還會(huì)更多，而使用較短的移位寄存器可實(shí)現(xiàn)較少數(shù)目的同時(shí)工作系統(tǒng)。
跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器94及96(詳細(xì)情況見圖5所示)包括一前信道130，一后信道132，及一工作時(shí)間信道134，分別加有來自IF放大器88的76MHz的IF信號(hào)輸出。前、后信道130及132中的76MHzIF信號(hào)分別被一本機(jī)贗噪聲碼發(fā)生器138的前后贗噪聲碼調(diào)制。具體地說，贗噪聲碼發(fā)生器138的輸出被耦合到一移位寄存器139上，其第(n-1)級(jí)輸出140加到-9.5MHz的低通濾波器142上，向一平衡調(diào)制器144提供一前贗噪聲碼，用來調(diào)制前信道130的146中的76NHzIF信號(hào)。移位寄存器139的第n級(jí)輸出146被送到-9.5MHz的低通濾波器148，產(chǎn)生一后贗噪聲碼，送至一平衡調(diào)制器150，用于調(diào)制后信道132中的76MHzIF信號(hào)。
加到調(diào)制器150的后贗噪聲碼與加到調(diào)制器144的前贗噪聲碼相同，但在時(shí)間上延遲了一個(gè)基片寬度。這一點(diǎn)可以通過圖6a中所示的前信道相關(guān)函數(shù)和圖66中所示的后信道相關(guān)函數(shù)看出。每個(gè)三角形峰的寬度都是2Tc，這里Tc是碼基片的寬度，每個(gè)峰相對(duì)離開峰點(diǎn)水平的高度對(duì)圖4發(fā)生器產(chǎn)生的贗噪聲碼來說是211＝66.2dB。相關(guān)器94及96的延遲同步環(huán)151的作用是從前相關(guān)器信道輸出減去后相關(guān)器信道輸出，以產(chǎn)生如圖6所示的具有跟蹤點(diǎn)136的復(fù)合函數(shù)。
當(dāng)本機(jī)產(chǎn)生的贗噪聲碼與展布76MHzIF信號(hào)的贗噪聲碼同步時(shí)，環(huán)151通過在復(fù)合相關(guān)函數(shù)的跟蹤點(diǎn)136工作而維持同步。具體地說，當(dāng)前或后贗噪聲碼中的任一個(gè)與76MHzIF信號(hào)的贗噪聲碼在一個(gè)基片寬度內(nèi)同步時(shí)，平衡調(diào)制器144、150會(huì)輸出一尖銳的相關(guān)峰，從平衡調(diào)制器144、150輸出的此相關(guān)峰分別送到8KHz的帶通濾波器152和154，構(gòu)成后置相關(guān)器IF帶寬。窄帶通濾波器對(duì)獲得所要求的系統(tǒng)的信號(hào)處理增益很重要，應(yīng)當(dāng)窄到足夠容納可能出現(xiàn)的任何頻移即可。濾波器152及154的輸出分別送至包絡(luò)檢波器156及158，后者的輸出再分別送至一運(yùn)算放大器160的倒相及非倒相輸入端。運(yùn)放160從前信道信號(hào)中減去后信道信號(hào)，所產(chǎn)生的輸出電壓加至一跟蹤環(huán)形濾波器162，后者構(gòu)成一低通濾波器。濾波器162的輸出送到一電壓控制振蕩器164，后者設(shè)置贗噪聲碼發(fā)生器138的時(shí)鐘脈沖重復(fù)頻率。根據(jù)運(yùn)放160輸出的差信號(hào)改變電壓控制振蕩器164的輸出，便可容納多普勒頻移及發(fā)射機(jī)振蕩器26輸出中出現(xiàn)的變化。
接收機(jī)被打開后，獲取/跟蹤/再獲取控制器108將初始狀態(tài)矢量送入贗噪聲碼發(fā)生器138，并使之在每段靜態(tài)時(shí)間Td末尾步進(jìn)半個(gè)基片寬度，直至前面提到過的比較器106確定其實(shí)現(xiàn)了同步。初始狀態(tài)矢量可以對(duì)應(yīng)例如由定位器裝置或滑翔斜率指示裝置碼發(fā)生器產(chǎn)生的贗噪聲碼之一。靜態(tài)時(shí)間Td這樣來選擇，即長到讓矩環(huán)形解調(diào)器98及100獲得頻譜變窄信號(hào)。出現(xiàn)同步后，加到平衡調(diào)制器166上的時(shí)域贗噪聲碼便與用于展布輸入IF信號(hào)的贗噪聲碼精確匹配。加在調(diào)制器166上的時(shí)域碼由移位寄存器140的第(n-1)級(jí)輸出被一延遲器168延遲半個(gè)基片寬度后得到。延遲器168的輸出送至一低通濾波器170后其輸出即是時(shí)域碼。用平衡解調(diào)器166將同步后的時(shí)域贗噪聲碼與輸入IF信號(hào)相乘后，用于展布輸入IF信號(hào)的贗噪聲碼便被去掉了。在定位器/滑翔斜率指示器發(fā)射裝置中與贗噪聲碼模2相加的數(shù)據(jù)保留在載波上，因此時(shí)域相關(guān)器信道134從8KHz帶通濾波器172的輸出便是具有二進(jìn)相移鍵控?cái)?shù)據(jù)調(diào)制的頻譜變窄IF信號(hào)。
從跟蹤非相干延遲同步碼的環(huán)形相關(guān)器94、96輸出的頻譜變窄信號(hào)送至圖7所示的矩環(huán)形解調(diào)器98、100。具體地說，頻譜變窄的76MHzIF信號(hào)被送到倍頻器174，后者也可用平方電路代表。倍頻器174產(chǎn)生用以完成相干幅度檢測的載波信號(hào)。因?yàn)橄嘁奇I控調(diào)制的信號(hào)具有抑制載波，在倍頻或平方的過程中，信號(hào)將去掉所有相移鍵控調(diào)制，并產(chǎn)生一兩倍頻率的載波。應(yīng)注意到，如果用平方電路代替倍頻器174的話，將產(chǎn)生一直流分量。后者需要用變流耦合的辦法或者高通濾波的辦法去掉。
倍頻器174輸出的152MHz信號(hào)被送到鎖相環(huán)176的輸入端，鎖相環(huán)包含一平衡混頻器178，其輸出通過一環(huán)路濾波器180耦合到電壓控制振蕩器182。當(dāng)鎖相環(huán)176被鎖住時(shí)，它能保持電壓，控制振蕩器182鎖到152MHz的信號(hào)。由于鎖相環(huán)產(chǎn)生的載波信號(hào)在相位上與鎖相環(huán)輸入信號(hào)有90°相位差，所以需要有一個(gè)90°的相位補(bǔ)償。此補(bǔ)償由一個(gè)90°移相器184來實(shí)現(xiàn)，其輸出用平衡混頻器186與倍頻器的152MHz輸出相乘，產(chǎn)生相干AM調(diào)制。平衡混合器186的輸出被送到一低通濾波器188，后者的輸出代表所接收到信號(hào)的幅度。數(shù)據(jù)制導(dǎo)處理及顯示控制器102利用此代表幅度的信號(hào)產(chǎn)生一關(guān)于飛機(jī)偏離所要求的飛行航線的指示。
鎖相環(huán)176的輸出還被送至一個(gè)二分頻電路;以再現(xiàn)一個(gè)頻域的載波信號(hào)。分頻器190的輸出被送到一平衡混頻器192，后者將頻域載波信號(hào)與輸入的頻譜變窄IF信號(hào)相乘，以恢復(fù)相移鍵控調(diào)制了的數(shù)據(jù)。平衡混頻器192的輸出被送到-150Hz的低通濾波器194，以每秒100位的速率產(chǎn)生數(shù)據(jù)，送到數(shù)據(jù)制導(dǎo)處理及顯示控制器102中?？梢钥吹?，在從頻譜變窄的76MHzIF信號(hào)中恢復(fù)數(shù)據(jù)的同時(shí)，幅度也可同時(shí)確定，因?yàn)檫@些過程是正交的。這一點(diǎn)與原有系統(tǒng)不同，原有系統(tǒng)中是數(shù)據(jù)脈沖取代制導(dǎo)脈沖，它們分別在不同時(shí)刻被處理。
本發(fā)明中的頻譜展布飛機(jī)著陸制導(dǎo)系統(tǒng)不僅減少了從定位器及滑翔斜率指示器裝置發(fā)射出的信號(hào)被攔截的可能性，而且還改善了抗干擾能力，比起原有系統(tǒng)來，系統(tǒng)不易受干擾，并能夠在信號(hào)密集的環(huán)境下工作。再有，由于輸出信道采用了碼分多址聯(lián)接方式可同時(shí)工作系統(tǒng)的數(shù)目大大增加，增至146個(gè)這樣的系統(tǒng)(此數(shù)目由系統(tǒng)所采用的移位寄存器的長度來決定)。本發(fā)明中的贗噪聲直接頻譜展布技術(shù)可以容易地分解，以尋求更多的保護(hù)。將系統(tǒng)的敏感性壓縮到多路后，制導(dǎo)精確度可以進(jìn)一步改善。
權(quán)利要求
1.一飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其特征在于它包括以固定波束發(fā)射相對(duì)飛行航線成對(duì)的至少兩個(gè)連續(xù)波信號(hào)的發(fā)射裝置，所述發(fā)射裝置包括用不同贗噪聲碼調(diào)制所述信號(hào)中的每一個(gè)，以產(chǎn)生在寬頻帶上展布的調(diào)制信號(hào)的裝置；飛機(jī)上所載用于引導(dǎo)飛機(jī)沿所述飛行航線飛行的制導(dǎo)裝置，所述制導(dǎo)裝置包括用于接收所述受調(diào)制信號(hào)波束并用與之相聯(lián)系的贗噪聲碼解調(diào)每一所接收到的受調(diào)制信號(hào)的裝置；用于確定每一所述受調(diào)制信號(hào)幅度的裝置；及用于比較所述受調(diào)制信號(hào)幅度以確定與所述飛行航線偏離情況的裝置。
2.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述由發(fā)射裝置發(fā)出的信號(hào)頻率相同，而且所述贗噪聲碼是相互正交的;
3.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述由發(fā)射裝置發(fā)射出的信號(hào)頻率相同，而且所述贗噪聲碼為Gold碼。
4.權(quán)利要求3中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述贗噪聲碼是平衡Gold碼。
5.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述調(diào)制裝置包括多個(gè)贗噪聲碼發(fā)生器，每個(gè)都與一不同波束相聯(lián)系，所述贗噪聲碼發(fā)生器在不同時(shí)刻產(chǎn)生相同簇的碼，這樣，所述調(diào)制裝置可以用相同簇碼的不同碼來調(diào)制每一波束。
6.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述發(fā)射裝置包括在相對(duì)跑道中心線的方位發(fā)射連續(xù)波形式的四個(gè)固定波束的裝置，其中兩個(gè)波束代表跑道右側(cè)及左側(cè)的扇區(qū)波束，另兩個(gè)代表跑道右側(cè)及左側(cè)的精密制導(dǎo)波束。
7.權(quán)利要求6中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述發(fā)射裝置包括具有能產(chǎn)生四個(gè)同頻率載波信號(hào)的四路功率分配器的裝置，以及用不同的贗噪聲編碼信號(hào)調(diào)制所述四個(gè)載波信號(hào)以分別產(chǎn)生四個(gè)方位波束的裝置。
8.權(quán)利要求7中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)一步還包括一數(shù)據(jù)發(fā)生器;同時(shí)產(chǎn)生四個(gè)相互正交的贗噪聲碼的裝置及用所述數(shù)據(jù)模2相加每一所述贗噪聲碼以產(chǎn)生所述的不同贗噪聲編碼信號(hào)的裝置。
9.權(quán)利要求7中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述調(diào)制裝置包括用于相移鍵控調(diào)制每一所述載波信號(hào)的裝置。
10.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述發(fā)射機(jī)包括在相對(duì)一飛行航線的滑翔傾斜角的仰角范圍內(nèi)以三個(gè)連續(xù)波形式發(fā)射固定波束的裝置，波束之一代表滑翔斜率扇區(qū)，另兩個(gè)代表所述滑翔傾斜角上和下的精密制導(dǎo)波束。
11.權(quán)利要求6中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述發(fā)射裝置包括具有能產(chǎn)生三個(gè)同頻率的載波信號(hào)的三路功率分配器的裝置，以及用不同的贗噪聲編碼信號(hào)調(diào)制所述三個(gè)載波信號(hào)以分別產(chǎn)生所述三個(gè)滑翔斜率波束的裝置。
12.權(quán)利要求11中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述調(diào)制裝置包括用于相移鍵控調(diào)制每一所述載波信號(hào)的裝置。
13.權(quán)利要求11中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)還進(jìn)一步包括一數(shù)據(jù)發(fā)生器，用于同時(shí)產(chǎn)生三個(gè)相互正交贗噪聲碼的裝置，及用所述數(shù)據(jù)模2相加每一所述贗噪聲碼以產(chǎn)生所述的不同贗噪聲編碼信號(hào)的裝置。
14.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中的幅度確定裝置包含一矩環(huán)形解調(diào)器。
15.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述調(diào)制裝置包括一數(shù)據(jù)發(fā)生器，用于對(duì)每一待調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生不同贗噪聲碼的裝置，以及用所述數(shù)據(jù)模2相加每一所述贗噪聲碼以為所述信號(hào)的調(diào)制提供不同的贗噪聲碼和。
16.權(quán)利要求15中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)一步包括同時(shí)以所述幅度確定裝置從所述被解調(diào)信號(hào)中提取數(shù)據(jù)的裝置。
17.權(quán)利要求15中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述幅度確定裝置包括一矩環(huán)形解調(diào)器，用于同時(shí)確定被解調(diào)信號(hào)的幅度并從中提取數(shù)據(jù)。
18.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)，其中所述接收裝置包括一自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，其對(duì)所述幅度確定裝置進(jìn)行響應(yīng)，根據(jù)所述解調(diào)信號(hào)的幅度調(diào)整所述接收裝置的增益。
19.權(quán)利要求1中陳述的飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生與所述調(diào)制裝置耦合的數(shù)據(jù)信號(hào)的裝置，用此數(shù)據(jù)信號(hào)來調(diào)制所述連續(xù)波信號(hào)。
全文摘要
展布頻譜飛機(jī)制導(dǎo)系統(tǒng)包括定位器發(fā)射機(jī)裝置和滑翔斜率指示器發(fā)射機(jī)裝置，它們都發(fā)射連續(xù)波的固定波束信號(hào)。前者發(fā)射的信號(hào)提供飛機(jī)偏離著陸航線的信息，后者發(fā)射的信號(hào)提供偏離降落滑翔航線之上或之下的信息。它們由一簇相互正交碼中的不同贗噪聲碼調(diào)制，以將發(fā)射波束的頻率在寬頻帶上展布。飛機(jī)上的接收機(jī)可同時(shí)在頻譜上變窄和解調(diào)接收的定位器及滑翔斜率的信號(hào)，以確定其幅度，并從中產(chǎn)生對(duì)飛機(jī)偏離航線的量度。
文檔編號(hào)G01SGK1038702SQ8910332
公開日1990年1月10日 申請(qǐng)日期1989年5月17日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月17日
發(fā)明者埃德溫·L·凱特 申請(qǐng)人:森德斯特蘭德數(shù)據(jù)控制公司