塔康空空測(cè)距工作模式應(yīng)用研究

丁永強(qiáng)

(空軍工程大學(xué)航空機(jī)務(wù)士官學(xué)校 航空電子工程系，河南 信陽 464000)

塔康是戰(zhàn)術(shù)空中導(dǎo)航系統(tǒng)(Tactical Air Navigation System)的簡(jiǎn)稱[1]，作為一種重要的機(jī)載無線電導(dǎo)航設(shè)備，能提供相對(duì)于塔康地面臺(tái)的方位和距離信息，也可實(shí)現(xiàn)編隊(duì)飛機(jī)間的空空測(cè)距功能。塔康空空測(cè)距設(shè)置有兩種工作模式，分別是空空大和空空小，如不能根據(jù)具體飛行場(chǎng)景合理設(shè)置塔康空空測(cè)距工作模式，將發(fā)生無法測(cè)距或測(cè)距精度變低的問題。

1 塔康空空測(cè)距原理

塔康空空測(cè)距采用“詢問/回答”式脈沖測(cè)距方式[2]，長(zhǎng)、僚機(jī)配對(duì)工作，即設(shè)置成相同的X或Y模式，并相差63個(gè)波道，假設(shè)某架長(zhǎng)機(jī)工作于1X波道，則所有編隊(duì)僚機(jī)均應(yīng)設(shè)置為64X波道。在一個(gè)編隊(duì)內(nèi)，長(zhǎng)機(jī)只有1架，其余均為僚機(jī)，僚機(jī)能夠測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離，長(zhǎng)機(jī)僅能夠測(cè)量到最近僚機(jī)的距離，僚機(jī)間不能相互測(cè)距，一架長(zhǎng)機(jī)能同時(shí)完成多架僚機(jī)的應(yīng)答測(cè)距。塔康空空測(cè)距基本原理如圖1所示。僚1測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離D1、僚2測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離D2，長(zhǎng)機(jī)只能測(cè)量到僚1的距離D1。

圖1塔康空空測(cè)距基本原理示意圖

1.1 僚機(jī)到長(zhǎng)機(jī)距離的測(cè)量

以僚1測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離D1為例，先由僚1發(fā)出測(cè)距詢問信號(hào)(脈沖對(duì))，當(dāng)詢問信號(hào)被長(zhǎng)機(jī)接收以后，長(zhǎng)機(jī)經(jīng)過一個(gè)固定的時(shí)間延遲(t延)后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)(單脈沖)，僚1接收到長(zhǎng)機(jī)的應(yīng)答信號(hào)后，通過同步識(shí)別，獲取長(zhǎng)機(jī)對(duì)自己的應(yīng)答脈沖，根據(jù)式(1)計(jì)算出距離D1，其傳輸時(shí)間關(guān)系[3]如圖2所示。

圖2僚1到長(zhǎng)機(jī)測(cè)距信號(hào)傳輸時(shí)間關(guān)系

式中，C為光速。僚2測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離D2與D1測(cè)量過程一樣。為避免某架僚機(jī)接收到長(zhǎng)機(jī)對(duì)其它僚機(jī)的測(cè)距應(yīng)答信號(hào)，出現(xiàn)錯(cuò)誤距離跟蹤，每架飛機(jī)測(cè)距詢問設(shè)備都采用詢問速率隨機(jī)變動(dòng)的詢問方式[4]，測(cè)距接收設(shè)備只接收與自己同步的應(yīng)答脈沖。

1.2 長(zhǎng)機(jī)到僚機(jī)距離的測(cè)量

先由長(zhǎng)機(jī)發(fā)出測(cè)距詢問信號(hào)(脈沖對(duì))，無線電波覆蓋范圍內(nèi)的所有僚機(jī)均會(huì)接收到該測(cè)距詢問信號(hào)，各僚機(jī)分別進(jìn)行接收處理，經(jīng)固定的時(shí)間延遲(t延)后發(fā)出應(yīng)答信號(hào)(單脈沖)，長(zhǎng)機(jī)接收所有僚機(jī)的應(yīng)答信號(hào)，選取與詢問信號(hào)時(shí)間差最短的僚機(jī)應(yīng)答信號(hào)(收1)進(jìn)行鎖定，并根據(jù)式(1)計(jì)算出距離，測(cè)量距離為到最近僚機(jī)的距離，圖1中測(cè)量距離為到僚1的距離D1，其傳輸時(shí)間關(guān)系如圖3所示。

圖3長(zhǎng)機(jī)到僚機(jī)測(cè)距信號(hào)傳輸時(shí)間關(guān)系

2 不同工作場(chǎng)景下長(zhǎng)、僚機(jī)工作模式設(shè)置

2.1 雙機(jī)編隊(duì)

雙機(jī)編隊(duì)如圖4所示。長(zhǎng)機(jī)和僚機(jī)都設(shè)置為空/空-小工作模式，長(zhǎng)機(jī)測(cè)量到僚1的距離為D1，僚1測(cè)量到長(zhǎng)機(jī)的距離D1，測(cè)距精度高。如此時(shí)長(zhǎng)機(jī)設(shè)置為空/空-大，長(zhǎng)、僚機(jī)間測(cè)距精度變低。

2.2 3架及3架以上飛機(jī)編隊(duì)

3架及3架以上飛機(jī)編隊(duì)時(shí)，長(zhǎng)機(jī)需根據(jù)到僚機(jī)間的相對(duì)距離之比(距離比)進(jìn)行針對(duì)性設(shè)置。

圖4雙機(jī)編隊(duì)空空距離測(cè)量

圖5小距離比時(shí)空空距離測(cè)量

圖6 大距離比時(shí)空空距離測(cè)量

3 工作模式對(duì)測(cè)距距離比的影響分析

塔康空空測(cè)距與超短波話音通信最明顯的區(qū)別是，超短波話音接收機(jī)只接收一路射頻通信信號(hào)，接收電路根據(jù)該射頻信號(hào)的強(qiáng)弱自動(dòng)控制接收電路的增益倍數(shù)，即實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益控制[5]，而塔康空空測(cè)距，長(zhǎng)機(jī)接收設(shè)備需要同時(shí)接收多路射頻詢問信號(hào)，并進(jìn)行應(yīng)答，因此設(shè)置有兩種接收電路增益控制方式，分別對(duì)應(yīng)兩種工作模式，實(shí)現(xiàn)不同距離比的測(cè)量范圍和測(cè)量精度。

3.1 空/空-小模式時(shí)的測(cè)距距離比

當(dāng)長(zhǎng)機(jī)工作于空/空-小模式時(shí)，長(zhǎng)機(jī)接收電路增益控制方式與超短波話音接收電路一樣，接收電路增益控制方式為自動(dòng)增益控制，其放大倍數(shù)依據(jù)距離最近的僚機(jī)詢問信號(hào)，也即最先收到的詢問信號(hào)進(jìn)行鎖定，同時(shí)設(shè)計(jì)門限使接收電路具有向下12dB至15dB的動(dòng)態(tài)范圍。

根據(jù)無線電波自由空間傳播損耗公式[6]：

Lsys(dB)= 32.44+20lgd(km)+30lgf(MHz)+L大氣損耗(2)

傳播損耗與當(dāng)前工作頻率、信號(hào)傳播距離和大氣損耗有關(guān)，當(dāng)工作頻率和大氣條件確定后，傳播損耗只與信號(hào)傳播距離有關(guān)。如圖5所示，當(dāng)距離長(zhǎng)機(jī)最近的僚1以Pt(dBm)功率發(fā)射時(shí)，經(jīng)過距離D1(km)，損耗為

L僚1(dB)= 32.44+20lgD(km)+30lgf(MHz)+L大氣損耗(3)

長(zhǎng)機(jī)接收到的信號(hào)電平為

Pr僚1(dBm)=Pt(dBm)-L僚1(dB)

(4)

=Pt(dBm)-32.44-20lgD1(km)-20lgf(MHz)-L大氣損耗

(5)

長(zhǎng)機(jī)接收電路以此信號(hào)作為建立增益控制的基準(zhǔn)信號(hào)，并隨著該信號(hào)的強(qiáng)弱變化而自動(dòng)調(diào)整。對(duì)于僚2的詢問信號(hào)，假設(shè)其發(fā)射功率也為Pt(dBm)，經(jīng)過距離D2(km)，長(zhǎng)機(jī)接收信號(hào)電平為：

Pr僚2(dBm)=Pt(dBm)-L僚2(dB)

(6)

=Pt(dBm)-32.44-20lgD2(km)-20lgf(MHz)-L大氣損耗

(7)

由于接收電路具有12dB至15dB的動(dòng)態(tài)范圍，以最小值12dB計(jì)算，當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm)<12dB時(shí)，長(zhǎng)機(jī)接收電路能同時(shí)接收處理僚1和僚2的詢問信號(hào)。

當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm) >12dB時(shí)，由于超出長(zhǎng)機(jī)接收電路的動(dòng)態(tài)范圍，長(zhǎng)機(jī)接收電路不能正常處理僚2的詢問信號(hào)。

當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm) =12dB 時(shí)，將式(5)和式(7)帶入，得：

20lgD2-20lgD1=12dB

3.2 空/空-大模式時(shí)的測(cè)距距離比

當(dāng)長(zhǎng)機(jī)工作于空/空-大模式時(shí)，長(zhǎng)機(jī)接收電路增益控制方式為固定增益，長(zhǎng)機(jī)能接收處理的最強(qiáng)與最弱信號(hào)電平的差值不超過30dB。如圖6所示，對(duì)距離長(zhǎng)機(jī)最近的僚1發(fā)射的詢問信號(hào)，長(zhǎng)機(jī)接收信號(hào)電平為Pr僚1(dBm)，距離長(zhǎng)機(jī)最遠(yuǎn)的僚2發(fā)射的信號(hào)，長(zhǎng)機(jī)接收信號(hào)電平為Pr僚2(dBm)，由于長(zhǎng)機(jī)接收到最強(qiáng)與最弱信號(hào)電平的容許差值不超過30dB。

當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm)<30dB時(shí)，長(zhǎng)機(jī)接收電路能同時(shí)接收處理僚1和僚2的詢問信號(hào)。

當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm)>30dB時(shí)，由于超出長(zhǎng)機(jī)接收電路30dB的容許范圍，長(zhǎng)機(jī)接收電路不能正常處理處理僚2的詢問信號(hào)。

當(dāng)Pr僚1(dBm)-Pr僚2(dBm)=30dB時(shí)，將式(5)和式(7)帶入，得：

20lgD2-20lgD1=30dB

4 結(jié)語

本文針對(duì)塔康空空測(cè)距工作模式設(shè)置進(jìn)行了研究，給出了不同飛行場(chǎng)景下長(zhǎng)、僚機(jī)空空測(cè)距工作模式設(shè)置方式，為塔康空空測(cè)距的使用提供了有益借鑒?？湛站庩?duì)時(shí)，應(yīng)預(yù)先規(guī)劃好編隊(duì)隊(duì)形，并根據(jù)編隊(duì)隊(duì)形調(diào)整情況，合理設(shè)置長(zhǎng)、僚機(jī)塔康空空測(cè)距工作模式。