电子对抗环境下飞行器测控通信技术的发展_图文

第4卷

第2期















V01.4.No.2 Apr.,2006

2006年4月

INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING

电子对抗环境下飞行器测控通信技术的发展




(中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900)



要:讨论电子对抗环境下飞行器测控通信技术的发展,首先介绍了飞行器测控体制从统

一载波测控体制向扩频统一测控通信体制的演变,然后对扩频统一测控通信系统的主要关键技术 进行了分析,最后简要讨论了测控概念的演化与现代测控系统的大融合,以及无线电测控电子对 抗等问题。 关键词:通信技术;测控;电子对抗;扩频;航空航天飞行器 中图分类号: TN975 文献标识码:A 文章编号:1672—2892(2006)02—0081—08

DeVelopments of Vehicle Tracking Telemetry Command and Communication Techniques Under EnVironments of Electronic Countermeasure
ZHANG Jian (Institute of Electronic Engineering,cAEP,Mianyang
621900, c hina)

Abstract:

The developments of vehicle

Tracking Telemetry&

Command (TTC)techniques under the

environments of electronic countermeasure

are

addressed in this paper.At first,the transition of TTC system

f}om unified carrier system
gpectrum

to

unified spread spectrum system is introduced.Then,the key techniques of spread

TTC

are

analyzed.At last,the evolution of TTC concepts,the comprehensive integration of modern
as

measuring

and control systems,as well

the electronic countermeasure techniques of radio TTC

are

briefly

discussed.
Key

words:

communication spread spectrum;

techniques;

TTC

(Tracking

Telemetry



Command);

electronic

countermeasure;

aero&space vehicles



引言
飞行器测控“。51是指对火箭、导弹、卫星、航天飞船、无人驾驶飞机、飞艇等航天航空飞行器进行跟踪测量,

并控制其运动和工作状态的系统和技术。在国外,飞行器测控系统一般称为跟踪、遥测与指令(Tracking &command,TTC)系统或者遥测、指令与测距(Telemetry
Command and

Telemetry

Ranging,TCR)系统。飞行器测控系统主

要由四大部分组成:a)跟踪测量:捕获测量目标(即被测控的飞行器),跟踪测量飞行器的飞行轨道、姿态、方
向、距离、速度等参数;b)遥测:测量飞行器内部的参数;c)遥控:对飞行器的轨道、姿态以及内部设备的工 作进行控制;d)计算机与指控通信系统:完成测控站之间的信息传输和处理,形成测控通信网。 由于测控站与飞行器不在同一地方,故飞行器测控属于对合作目标的“遥”测控。实现“遥”测量的方式 有多种,主要包括无线电测量、光学测量、本地测量加无线传输等方式,无线电测量是最基本的方式。用无线 电方式实现的“遥”测控称为无线电测控,无线电测控的主要频段包括vHF,uHF,L,S,C等,目前正在向更高频 段发展。对导弹的测控称为导弹测控,对航天飞行器(如卫星、载人航天、深空飞行器)的测控称为航天测控, 由于导弹与航天测控有很多共同处,有时也将导弹、航天测控统称为航天测控。测控站可布设在陆地、海上, 现在正向空中和太空发展,分别称为陆基、海基、空基、天基测控。由于很多飞行器上的载荷均有通信传输要 求(如遥感数据、话音等),测控与通信进一步结合,称之为飞行器测控通信系统。 飞行器测控通信是航天航空技术和武器技术的重要支柱和基础,在近一、二十年来得到了迅猛发展。随着信 息化新军事变革的兴起,电子对抗环境成为飞行器测控通信系统必须考虑的一个重要因素,飞行器测控通信技 术的发展必将与电子对抗技术紧密结合起来。本文主要对适应电子对抗需要的飞行器测控通信体制的发展、测
收稿日期:2005—12—05:修回日期:2006_01—08

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控电子对抗、测控概念的演化及其与其它测控技术融合发展的趋势等问题进行讨论。


统一载波测控体制和扩频统一测控通信体制

2.1统一载波测控体制 统一载波测控体制的出现是航天测控的一个里程碑。20世纪50至60年代,跟踪、遥测和遥控是相互分离 的,各自使用不同的频率,这种测控系统称为分散体制测控系统。分散体制载频多,很容易产生相互干扰;每 一测控功能都需要一套收发信机和天伺馈跟踪系统,飞行器和测控站的设备均十分庞大。现在分散测控体制只 在某些特殊情况下才采用。60年代中期开始提出了跟踪、遥测、遥控共用载波的思想,即只用一个上行载波和 一个下行载波解决测速、测距、测角、角跟踪、遥控和遥测的全部问题,其特点是副载波频分复用技术,将不 同测控功能的多个副载波调制信号复用后调制到一个统一的载波,共用一套收发设备和跟踪系统,因而称为统 一载波测控系统u。’。射频载波主要选用S频段,故称为统一S频段测控(unified 系统,此后一直到现在uSB,uCB都是导弹、卫星的主要测控体制。 统一载波测控体制是对载波及其副载波进行角调制来实现各测控信号的传输与测量。射频调制一般采用调 相(Phased Modulation,PM)体制,具有残余载波,可采用单脉冲体制进行跟踪测角。统一载波测控系统的复合信 号为:




Band—Tracking Telemetry

&command,usB—TTc)系统,后来逐渐扩大到c及其以上频段。美国在阿波罗登月计划中首次使用了usB测控


11)

s(r)=4cos【qH△够c(f)+∑反sin(qf+依)】
七=l

式中:4。强为载波振幅和角频率;qf)∈±1为测距码;△舻const为测距码的调制相偏;屏sin(触f+∽为第价副载
波,当似为时间的函数仇(玲时,可表示遥测码、遥控码、测距数据等,当伽=const时可表示测距音。对于遥测遥 控,其传输体制一般为PcM(Pulse
code Modulation)一BPsK(Binary Phase shift Keying),DPsK(Differential Phase shift

Keying)一PM,有时也采用PCM—BPSK/DPSK—FM体制。 美国阿波罗工程统一载波测控信号的频谱如图1~2所示忙1,图1是上行信号频谱示意图,图2是下行信号频谱 示意图。
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spectnlm

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L^_-30km
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图1统一载波测控上行信号频谱示意图
Fig.1 Up link diagram of unified carrier TTC system

指鼻蕾-相相干蕞镀

叠月盼调棚相干藏谴

图2统一载波测控下行信号频谱示意图
Fig.2 Down link
spectrum

diagram of unified carrier TTC

system

统一载波测控系统接收端的信号分解逻辑图如图3所示。 2.2抑制载波扩频统一测控与通信体制 统一载波体制一直是飞行器测控系统的主要制式,其缺点是电子对抗能力弱,在抗干扰、信号隐蔽性、抗 截获、抗测向等方面性能较差。由于扩频技术在抗干扰抗截获方面的独到优势,扩频技术在飞行器测控系统中 的应用得到了高度重视,最早是伪码测距技术应用于雷达和USB中,接着伪码测距和CDMA(Code
Division Multiple

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Relay Satellite



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System)卫星导航系统中得到了
and Data

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Positioning

成功的应用。美国在其跟踪与数据中继卫星系统(Tracking

System,TDRsS)中实现了第一个天基、多目标、统一

数据流的扩频统一测控与高速数传系统。重庆大学杨士中院士20世 纪90年代在无人机测控中创造性地实现了国内第一个抑制载波扩频 统一测控与图像传输系统∞,。随着扩频统一测控技术的日趋成熟,欧 洲推出了GEO(Geostationary Satellite)同步卫星的扩频测控标准p1。同 时,扩频统一测控体制的发展与测控数传统一数据流技术、多目标 测控技术、天基测控技术、测控信息安全技术、测控组网与大测控 技术、软件无线电技术(综合基带、数字波束形成(Digital
Beam

图3统一载波测控系统信号分解逻辑图
Fig.3 Signal decomposition logic diagram of unified carrier TTC system

Fo珊ing,DBF)、数字存储)、深空探测与测控技术、毫米波与激光
测控通信技术、空中飞行器(无人机、飞艇、气球等及其载荷)测控通 信技术等现代测控技术的重要发展方向相互融合、相互渗透。 扩频统一测控系统(spread
Spectrum Unified TT&C

system)是适应电子对抗环境抗干扰抗截获要求并具有多目

标测控能力的测控体制,它抛弃了统一载波测控中用载波及其副载波来统一完成各种测控功能的概念,采用扩 频理论与技术实现多种测控功能的多个测控信号的“统一”。典型的扩频统一测控系统的构成如图4所示隅叫:
飞行器上测控分系统—— 遥测数据
PNdl

耸写她呈
扩频PSK PSK解调 PSK解调

蟊匠孬丽画习{
本地PNu3同步l r


下行通信
PNd2

遥控终端 上行通信 终端

遥控指令—刮扩频PsK



爰一

面丽丽砑斤群
爪询问信号

j//

钆么
。/H

磐絮<——斗瓯丽研
终端‘-———_1 11竺::竺些兰!=广

P№3—;纠PSK调制卜_一 询问信号——

椭面奇上涮埔锌垂体 …~………


厂,

遥测终端《}_[垂亟亟豇—{垂圃亚

宽带高放和下

跟踪 终端

馨膂∈恒圃卜压堕画
图4扩频统一测控系统示意图
Fig.4 Diagram of unified spread spectrum TTC sy8tem

假设采用BPsK平衡调制,对于上行通道,采用伪码直接扩频(Ds)的上行射频综合信号为:

£(f)=∑允叱(f一%)矾(f—r“)cos(2订‘¨%)+4,巩,(卜丁。3)cos(2叮『‘H优,)


(2)

式中:反,(力为遥控信号,矾l力为上行通信数字信号,矾』0为测距询问信号。
对于下行通道,采用伪码直接扩频(DS)的下行射频综合信号为:

0(f)=∑如叱(卜%)巩(卜%)cos(2玎‘f+纨)+43矾3(卜乃,)cos(2叮r分+吼,)


【3)

式中:幽(f)为遥测信号,如(力为下行通信数字信号,爿瞰f)为测距应答信号;爿瞰0与眺j(f)为同一PN码码型(故
在图4中均表示为PN。,),但存在时延和多普勒频移。 可见,不同功能的信号(遥测、遥控、测距、通信等)通过不同的PN码(实质上是码分复用技术)统一起来,共 用一个载频和收发设备。


扩频统一测控通信系统中的主要技术
下面讨论扩频统一测控中的几项主要技术: 1)扩频传输(遥测、遥控、通信)和伪码测距

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这是扩频统一测控理论的基本点之一。扩频提高了传输的抗干扰、抗截获能力和保密性;扩频用的伪码速 率一般都远高于数据速率,具有尖锐的二维模糊函数,可以实现很高的测距、测速精度与分辨率。系统设计时 扩频伪码的速率、长度等参数要根据传输速率、测距精度和分辨率、抗干扰抗截获等方面的要求来综合考虑。 测速可通过测量恢复载波的多普勒频移,或者同步后的本地PN码钟信号的多普勒频移来实现;在测得多普勒频 移后,应对本地PN码钟信号进行多普勒频移补偿,以消除伪码信号相关的多普勒敏感效应,进行精确测距。 2)一码两用‘蚰1 在图4中,PN,(PNn,或PN。,)仅用于测距,但实际上,PN,除了测距外,在上行、下行过程中均可有数据调制。 尤其是对于只有测距、遥测和遥控三种功能的场合,可将PN,首先对遥控数据扩频,然后将存在数据调制的PN, 信号作为上行询问信号;飞行器上接收时,先提取出PN,同步信号,然后对遥控指令解扩,同时用PN3对遥测数据 扩频,然后把存在遥测数据调制的PN,信号作为下行应答信号。这样,仅用一个PN码实现了三大功能的统一,不 需要其它伪码,也不存在多址干扰。同一伪码既用于数据扩频又用于测距,其实质是利用了伪码扩频信号固有 的测距能力。“一码两用”带来了一个特殊的问题,在单纯的伪码测距中,为了解决测量距离(解模糊)和快速捕 获的矛盾,可采用JPL(Jet
Propulsion

Laboratory)复码技术;在单纯的扩频通信中,伪码周期也较短,一般一个数据 JPL复码因其相关值具有较大的旁瓣不能使用,

码元宽度等于一个PN码周期。但在“一码两用”统一测控中,

因此或者采用长序列PN码,或者利用调制在PN码上的数据特征(帧或路标志)来解算距离模糊,即使采用后者, PN码仍然较长,数据码元宽度远小于PN码周期。设遥测或遥控数据率为Rb,PN码速率为Rc,PN码周期长度为L, 则扩频增益为G=Rc/Rb,在一般的扩频系统中L≤G,而在扩频统一测控中, 3)测控与宽带图像等信号的统一数据流技术 对于窄带话音等信号,将其数字化后与测控信号统一传输没有任何技术问题。但测控信号与宽带图像等信 号的统一传输则有一定困难,有以下两种方法: a)与模拟图像信号复合传输峥’ 对于模拟图像信号,在扩频统一测控系统中,由于扩频后的测控综合信号功率密度较低,可将测控综合信 号和模拟图像信号复合:
.5幺(f)=蜀.5×f)+&.£(0 (4)
L>>G,

即在一个PN码周期中存在

数据调制变化,故“一码两用”技术必须勰决低信噪比下,存在高速数据调制的长序列PN码的快速捕获问题。

联疗为测控综合信号,S(疗为图像信号,&(母为下行复合信号。
地面站收到复合信号后,对测控综合信号解扩,由于扩频处理增益很大,可将模拟图像信号视为噪声,测 控综合信号依然可以提取出来。然后把提取的已知的测控综合信号重新扩频并从复合信号中减去,即可恢复出 宽带模拟图像信号。 b)与数字图像信号或其它高速数据统一传输¨卅 由于数字图像等有效载荷数据速率高达几十兆至几百兆bps,最初一般采用双点频方案,高速数传点频采用 抑制载波调制,即PcM,BPsK或PcM,QPsK,以充分利用载波功率;测控点频仍采用具有残余载波的统一载波测 控体制,两个点频可占用同一频段,也可占用不同频段。这种体制在通信卫星、Tv直播卫星和导航定位卫星上 广泛使用,卫星用户只接收应用数据,不关心卫星本身的位置和状态。随着遥感卫星和载人航天的出现,有了 新的需求。对于成像观测遥感卫星,用户不仅需要接收遥感数据,同时也需要知道遥感器获取数据时卫星的位 置、速度、姿态、时间和其他有关的遥测信息,因而需要将遥感数据和测控数据统一成一条数据流以简化通信

测控设备,带宽和功率利用率低的多副载波和多载波体制不再适用。对于载人航天器,除常规的’押&c和遥感图
像外,增加了多种科学实验的参数测量和控制,以及宇航员的语音通信和监视Tv的传输问题,因而需要将这多 种速率、格式不同和传输质量各异的数据流统一起来传送。适应这种需要,产生了国际空间数据系统协商委员 会(consultative
Orbiting committee for space Data

system,cCsDs),并制定出分包遥测、遥控和高等在轨系统(Advanced

同,并向IsDN(Integrated

system,AOs)等国际标准。AOs的数据构造最终将发展成对称结构,消除遥测、遥控在数据结构上的不 services Digital Network)和互联网数据格式靠拢。
Pha8e shift

4)抑制载波统一调制及其跟踪测角技术 A0s将各种数据流统一起来后最有效的传送方式为抑制载波的PcM—BPSK,QPsK(Quadrature Keying)调制,射频功率可得到充分利用。usB TTc中的测距侧音是模拟信号,不可能合并到数字化的AOS中去传 送,为了解决外测、AOs统一用一个载波的传送问题,测距均采用伪码测距u“。利用同一载频的cos载波和sin载 波进行正交传输,即I/Q正交载波调制技术,相当于存在两个并行信道,却只用了一个载频和一套收发设备,这 也是扩频统一测控中采用的一项重要技术,因为在I、Q信道上可分别调制完全不同码型、不同长度的伪码,在I、 Q信道上可分别独立使用CDMA,cDM技术,或者利用I、Q信道实现异体制传输,如在GPs和TDRSS中都使用了这

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一技术,并在I、Q信道上分别调制不同序列的长码和短码,利用短码引导长码实现快速捕获。TDRSS采用QPSK 调制将高速数据的AOs通信和外测的伪码测距统一在一个载波上。BPsK/QPSK信号已无残余载波存在,不能再象 统一载波体制那样利用残余载波进行多普勒测速和角跟踪。这种具有宽带数据调制的无载波信号的自动跟踪和 测角具有一定难度,主要方法有两种: a)单脉冲比幅法跟踪测角:分相干和非相干两种。相干方式是将由QPsK恢复出来的无调制载波再用作多普 勒测速和角跟踪,这种方式跟踪接收机灵敏度可以达到很高,但复杂度也很大。非相干方式不提取载波,其中 频滤波器带宽与传输数据速率有关,由于中频滤波器存在门限,其信噪比至少要在3dB以上,因此跟踪接收机的 灵敏度主要取决于中频带宽,将远逊于相干方式。当然跟踪接收机是为了提取误差信号,而不是进行信号解调, 因此并不要求中频滤波器通过整个信号频带,一般可选择其带宽为信号频谱主瓣的1,10”l/50。非相干方式的另 一个局限是不能进行测速,其优点是实现较为简单可靠。 b)比相法:采用两个单元天线构成变基线跟踪干涉仪,兼有捕获引导和精跟踪的双重作用。 5)多目标和多站测控 对不同测控功能的信号分配不同的伪码进行扩频,复用后调制在同一载波上,称为码分复用(code—Division Multiplex,CDM),这是实现扩频统一测控的重要基础。对于多站构成的测控系统或多目标测控系统,对不同测 控站或目标分配彼此基本正交的伪码进行扩频测控,共用同一载频,称为码分多址(Code—Division CDMA)扩频统一测控…。1
Interference,CCI),
31。

Multiple Access,

cDMA,cDM带来的问题是多址干扰(Multiple

Access

Interference,MAI)。多址干扰也称为共信道干扰(cochannel

源于各个伪码之间的不完全正交,由多址干扰引起的一个相关问题就是远近效应,此时传

统的解扩接收机不能正常工作。为了克服多址干扰,可以采用以下措施:a)减小不同伪码间的互相关性,若系统 所需伪码数量不多,寻找互相关值很小的优选码是很有效的;b)同步多址技术;c)功率控制技术;d)多用户信 号检测技术(Multi—User Detection,MuD);e)DBF自适应天线技术,即用窄波束对准期望目标,在其它目标的方 向上形成波束零点。 我国现有的航天测控站基本不具有对多目标同时测控的能力,根本原因在于现有测控站是用一个大的窄波 束天线捕获并跟踪目标,这样天饲馈系统不可能使庞大的硬天线在多个航天器之间跳动跟踪(即硬天线在一个 △t内跟踪航天器A,在下一个△t内跟踪航天器B,…)…1。DBF技术可较好地解决这一问题,当然对于CDMA 扩频信号的DBF系数处理器(相当于传统的跟踪接收机功能)是一个关键技术。如果具有4个以上的测控站, 则可采用基于遥测信号的3△t无源定位技术实现多目标的跟踪定位,即通过精确测量目标遥测信号到达不同测 控站的时刻,只要得到3个到达时间差就可进行目标的位置解算””。3△t无源定位的精度主要取决于到达时间差 测量精度和多个测控站形成的定位几何因子(Geometry 6)空中无人飞行器扩频统一测控通信系统¨叫 空中无人飞行器包括无人机、气球、飞艇等平台及其内部载荷。以无人机来说,其飞行高度一般在几百米 到十几公里,飞行作用距离在十几公里到几百公里,其测控与航天测控有较大区别,表现在: a)由于飞行高度不高但飞行距离较远,其跟踪难度较大。如果在视距范围内且功率裕量足够的话,可在机 上、地面均采用全向天线。如果功率裕量不够,则必须采用定向跟踪天线,对于地面跟踪天线要解决低仰角跟 踪问题,对于机上跟踪天线要解决平台对准和随动跟踪控制问题。如果在视距范围外,则必须采用中继测控方 式,中继平台可采用另一个空中飞行器中继或者卫星中继。 b)抗干扰抗截获方面的高要求:无人机处于低空飞行,低空存在复杂的电磁波反射、折射,存在各种民用 电磁设备的干扰;对于军用无人机必须有很高的电子对抗要求。因此无人机的测控一般均要求采用高扩频增益 系统,其处理增益高,抗干扰能力强;同时其功率谱密度低,对其它设备干扰很小(甚至同频段共存),电磁兼 容性好,抗敌方截获能力强。 c)GPs导航技术和外测技术:采用机载GPs接收机输出的位置、速度信息给飞行控制系统进行无人机的导 航(姿态控制一般仍然需要惯导系统),同时将位置、速度信息通过遥测信道发送到地面测控站,实现外测功能。 GPs外测技术不仅使系统构成非常简单,而且可以解决低仰角跟踪接收问题,采用简单的全向天线即可。 d)低空多目标测控技术:对于上行遥控,由于遥控指令速率较低,可以采用时分多址技术实现多目标遥控; 对于下行遥测,采用码分多址技术实现多目标遥测。与航天多目标测控相比,除了可采用全向天线覆盖整个测 控范围的情况外,由于无人机群飞行高度不高但飞行距离较远的特点,采用中继平台是一个较好的方式,卫星 中继平台可用于少数场合,大部分场合采用另一个无人飞行器中继,中继平台与各个任务平台基本处于一个平 面。
Dilution of

Position,GDOP)。多目标测控是测控领域的一

个难题,“cDMA+DB F,,和“cDMA+3△t无源定位”是实现多目标测控的两种重要方法。

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除DBF+MuD、中继测控等技术外,空中无人飞行器测控的主要关键技术是快速捕获高扩频增益全数字匹配 滤波解扩技术。遥控系统大都工作于突发方式,要求实现快速捕获和同步,滑动相关延迟锁定环解扩的捕获时 间较长,不适合于这种工作方式,需要采用匹配滤波解扩。尽管SAwTDL匹配滤波器可以在中频进行解扩,但 SAwTDL的抽头数一般在二、三百位以下,不适合于高扩频增益解扩。故全数字化匹配滤波解扩是最好的选择, 也符合软件无线电技术发展的趋势,而且采用全数字化匹配滤波解扩可以在基带进行频率补偿。但是能够进行 频率补偿的快速捕获高扩频增益全数字匹配滤波解扩技术的实现目前仍有很大难度,其中高效的算法是关键。 7)测控信息安全技术 测控信息安全技术主要包括信号安全和数据安全两个层次。采用扩频技术主要从信号安全层次提高了信号 的抗干扰、抗截获和电磁兼容能力。数据安全层次主要是采用编码技术来实现信息安全,包括信源数据加密和 信道纠错编码。信道纠错编码技术应用已较为广泛,尤其是遥控系统。在IRIG(Inte卜Range Instrumentation Group) 和ccsDs标准中均有关于遥测、遥控的纠错编码规范。无线电遥测遥控的信息加密分两种情况,一种是信道误 码率较低的场合,可采用常规的分组加密技术,如ccsDs中的数据加密标准;另一种情况是信道误码率很高的 场合,如再人遥测信道是一种强衰落信道,其误码率一般都在10~一10“之间,即使是采取信道纠错后,仍然无 法做到很低的误码率,同时再人遥测是单向信道,无法采用检错重发等反馈措施,此时分组加密技术在解密时 将产生很强的误码扩散而无法采用,这种场合一般只能采用序列加密技术,其难点是如何实现随机性很强的“一 次一密”,以及如何实现解密时的同步。由于序列加密主要应用于军事领域,相关的研究文献不多。 8)高频段、超高码率、高BEM数据传输技术 在遥感应用中对数据率的要求越来越高,如果将多路图像与各种测控数据统一为一个数据流,则数据率将 更高,国际测控界正在研究码速率达到1Gbps以上的微波数据传输技术,包括带宽利用率高(Bandwidth Efficient Modulation,BEM)的调制解调技术,调制与编码结合技术,超高码率的软件无线电数字波形成型与全数字化接收 机技术等。在调制体制方面,SOQPsK(Shaped
Minimum Shift Offset Quadrature Phase Shift

Keying),GMSK(Gaussian

Filtered

Keying),CPFSK(Continuous

Phase Frequency Shift

Keying),FQPSK(Feher’s Quadrature

Phase Shift

Keying),8PsK一4D—TcM等研究正引起高度重视。由于传输速率的提高客观上希望提高射频频段,同时射频频段 的提高也有助于提高电子对抗能力,Ka频段以及毫米波频段的高速数据传输是下一步的重点发展方向。在星际 链路中,激光通信是一种可选方式。

4测控概念的演化与现代测控系统的大融合
随着测控技术的发展,测控的概念也在不断地发展和丰富。早期的测控概念,我们称之为“狭义”的测控, 主要包括“计算机测控”(以计算机为中心的采集、测量、处理与控制系统)和“无线电遥测遥控”两种测控系 统。 计算机测控与自动化技术相结合,在很多领域得到了广泛的应用和发展。随着航空航天技术的发展,传统 的无线电遥测遥控与测角、测速、测距、定位定轨等外测技术相结合形成了一门复杂的尖端技术,即“无线电 测控技术”,加上其它远程测控技术(主要是光测),产生了“中义”的测控概念,一般称为“飞行器测控”或 “航天航空测控”(Tracking Telemetry Command,TTC),除遥测遥控外,还包括了目标的跟踪与飞行轨迹测量(简 称外测,如雷达外测、光学外测等);后来在卫星、无人机和载人航天等领域,测控又与通信相结合,形成了“测 控通信(Tracking
Telemetry

command&communieation,TTc&C)”、“跟踪通信(将TTC&c简称为T&C,即Tracking

&communication)”,通信的含义指遥感图像传输、宇航员话音与电视图像传输等。一般,将对外部飞行轨道的 “跟踪测量”称为“外测”,将对内部参数的“遥测”称为“内测”,有时将“外测”和“内测”统称为“遥测”, 显然这里有一个“大遥测”(包含内测、外测)和“小遥测”(只包含内测)之分。 随着信息化武器的出现和发展,如信息化弹药、信息化作战平台、c4KIsR(command
computer Kiu Intelligence surveillance contr01 Communications

Reconnaissance)等,测量、控制、通信成为信息化武器中的核心部分,产

生了“广义”的测控概念,即信息的感知、传输、处理与控制,除遥测、遥控、外弹道测量定位外,信息获取 还包括雷达探测、遥感和其他信息敏感方式,控制还包括制导控制、引信控制、火力控制等,传输方式包括有 线、无线、光学等。 测和控相互独立又相互联系,其针对的对象可能相同,也可能不同。在军事领域,被控的对象是己方目标, 而被测的对象既包括己方目标,又包括敌方目标。此时己方目标称为合作目标,而敌方目标称为非合作目标。 因此根据测、控的对象是否为同一个对象,测控分为两大类:一是合作目标的测控,此时测和控的对象是同一 个对象,如航天航空测控、制导控制、工业测控自动化等。二是非合作目标的测控,测和控的对象不是同一个

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健:电子对抗环境下飞行器测控通信技术的发展

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对象,非合作主要针对测量而言,控制对象仍是合作的,如引信、电子对抗等测量的是敌方的目标,控制的是 己方的武器,对非合作目标的测量一般称为探测(Detection)或侦测。在c4KISR中则比较复杂,即包括对敌方 目标的侦察探测,也包括对己方武器位置状态的测量,即同时包括了合作目标和非合作目标的测控。根据测控 装置和被测控对象是否在同一地方,将测控分为“遥”测控和“本地”测控。本文讨论的飞行器测控属于“遥” 测控,而导航、制导、飞行控制、引信等则属于“本地”测控。根据测量装置是否与外界有信号联系,将测量 分为自主测量和非自主测量,前者不发射和接收任何信号,如惯性测量,后者需要发射或者接收某种信号,如 无线电波、光波、红外等。对于非自主测量,如果只接收不发射,则称为无源测量,如GPS、红外测量等;如果 需要发射信号,则称为有源测量。在具体应用场合,一个测控系统的功能往往只是上述定义的一部分。 测控概念的演化体现了现代测控技术和测控系统的大融合趋势u“”,。从测量方法来说,无线电测量、惯性 测量、光学测量相互融合,互为补充。从系统功能构成来说,现代测控系统包含了三大主体:1)对合作目标“遥” 测控:以航空航天测控为代表的飞行器测控(包括合作目标跟踪雷达、遥测、遥控);2)对非合作目标的“遥” 探测:以目标探测雷达为主;3)嵌入式测量与控制系统:以导航、制导、引信为主。随着装备信息化和武器、 平台的互连互通,上述测控系统的界限逐渐模糊,从弹药级到平台级,再到大系统级,构成了探测、跟踪测量、 通信、计算、指挥、控制和打击等融为一体的复杂大系统,呈现出以网络中心战为主要形式的信息化战争形态, 现代“大测控”技术成为其中的灵魂。作为分系统之一的飞行器测控系统必须适应这种结构发展的需要,即把 飞行器测控扩展为大测控,或者说飞行器测控在大测控环境下发展。


无线电测控电子对抗
在飞行器测控技术发展的同时,飞行器测控对抗技术,尤其是针对无线电测控的电子对抗技术也得到了迅

猛发展。按照广义的大测控概念,测控电子对抗也可视为一类测控系统,即通过对敌方测控信号的侦测,控制 己方干扰武器对敌方测控信号进行干扰。测控电子对抗与一般的雷达电子对抗和通信电子对抗既有联系又有区 别。由于无线电测控中的外部轨迹跟踪测量技术可视为合作目标的雷达测量技术,因此通常的雷达对抗技术同 样适用于外部轨迹跟踪测量的对抗;由于无线电测控中的遥测、遥控与数传技术属于通信技术的特殊分支,因 此通常的通信对抗技术同样适用于遥测、遥控与数传对抗,这是它们的共同点。 测控电子对抗与一般的雷达电子对抗和通信电子对抗相比又有很多特殊性。由于无线电外测是针对合作目 标,当采用有源应答时,测控站接收的应答信号比针对非合作目标的探测雷达接收的回波信号要强得多,且应 答信号形式基本已知,不象回波信号受回波规律的影响;当采用信标、遥测或数传信号进行自跟踪时,则主要 体现为对跟踪接收机的对抗。无线电遥测、遥控主要采用统一载波测控体制或者扩频统一测控体制,其对抗与 一般的通信对抗有较大差别u”。 无线电测控电子对抗包括测控信号侦察、测控信号干扰、测控电子反对抗。测控电子反对抗的目的是保护 己方测控系统,上面讨论的适应电子对抗需要的飞行器测控通信体制的发展以及测控技术的大融合均属于这一 范畴。 无线电测控信号侦察的主要研究问题包括:a)统一载波信号的侦察与识别;b)高频段宽带调制信号的跟踪 测向和接收;c)低功率谱扩频信号(包括跳频)的侦察与识别等。 无线电测控信号干扰的主要研究问题包括:a)统一载波信号的干扰,包括载波(副载波)频率跟踪瞄频干 扰和全频段干扰;b)具有高度抗干扰能力的扩频信号(包括跳频)的有效干扰;c)自适应天线的有效对抗方法; d)宽带与超宽带信号的干扰;e)测向跟踪接收机的干扰等。


结束语
飞行器测控通信的本义是针对合作目标的,并不与武器和战争发生关系。但在信息化战争和空间对抗条件

下,飞行器测控通信与其它测控技术,如对非合作目标的探测技术和电子侦测技术、内嵌于飞行器中的导航与 飞行控制技术、内嵌于飞行武器中的目标探测与起爆控制技术,以及指挥控制通信技术等相互融合并构成网络 化的综合体系,从而产生了c4KIsR和网络中心战,即广义的现代测控通信技术,它是传统的测控、雷达、通信、 电子对抗、计算机、网络技术的有机结合。现代测控通信成为了主战武器系统的有机组成部分,并成为武器发 挥作用的基础和性能的倍增器。无庸置疑,现代测控通信技术是信息化新军事变革的核心和实质。同时在战场 环境下,电子对抗武器与主战武器紧密结合在一起,无线电测控通信的对抗与反对抗是“矛”和“盾”的关系, 不能割裂,各自的有效性和脆弱性是相对的,这种关系也决定了现代测控通信技术与电子信息对抗技术的发展

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信息与电子工程

第4卷

方向。
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作者简介: 张

健(1968一),男,四川省大竹县人,博士,研究员,博士生导师,中国工程物理研究院电子工程研究所科学技

术委员会副主任,主要研究方向为无线电测控通信、目标探测与控制、电子信息对抗等.Email:zhjmy@263.net.

万   方数据

电子对抗环境下飞行器测控通信技术的发展
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 张健, ZHANG Jian 中国工程物理研究院,电子工程研究所,四川,绵阳,621900 信息与电子工程 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING 2006,4(2) 1次

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