ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ·探索与观察 Ｔ ＤＭＡ数据链系统定位导航设计与应用 四川九洲电器集团有限责任公司 杨其聪 【摘要】本文针对时分多址（ＴＤＭＡ）数据链导航和惯性导航的系统不足，实现了一种基于ＴＤＭＡ接入方式的数据链导航处理器，通过卡 尔曼滤波将惯性导航系统（ＩＮＳ）与数据链结合起来，提高导航精度，增强数据链系统作战性能，符合现代化立体作战发展需求。 【关键词】ＴＤＭＡ；数据链；ＩＮＳ；卡尔曼滤波 １引富 战术数据链在现代战争中发挥着极其重要的作用，数据链应用 的水平在很大程度上决定着信息化战争的水平和能力。但是，数据 链系统自身位置信息更新率较低、无姿态信息，难以满足高动态战机 火控和轰炸机武器投放的要求。作为自主式推航系统，ＩＮＳ隐蔽性好、 短时精度高、输出信号连续，并能提供姿态数据，但有积累误差，限 制了长时间工作的性能。若将数据链与ＩＮＳ构成组合导航系统，相互取 长补短，互为余度，将可提高系统定位导航精度和可靠性。 ２ ＴＤＭＡ数据链系统定位导航 系统中的各个成员接收其他成员播发的Ｐ消息（参与者精确定 位与识别消息）带的位置信息，结合信号到达时间（ＴＯＡ），以确 定自己的地理位置。 系统的时间同步和ＴＯＡ测量是实现定位导航的基础之一。用 户根据源的位置数据和测出的距离，采用基于多个源的多边定位方 法，测量出用户在空间中的位置。然而，在ＴＤＭＡ工作情况下，各 源按一定时间顺序轮流辐射，并且源和用户都在运动，不可能在同 一时刻测出到三个源的距离，如图１所示。 嘲标ｌ 隧糖３ 图１ ＴＤＭＡ系统ＴＯＡ测量 因此，利用经典的导航定位方法不可能得到准确的位置数据。 数据链系统的导航功能须将ＴＯＡ￣ＩＪ量与惯性导航系统相组合，用 ＴＯＡ不断校正惯导的误差，以提供高精度位置、速度、航向姿态角 和时间信息，并保留较强抗干扰能力。 ３组合定位导航处理器设计 组合定位导航处理器由多个功能模块组成，总体结构框图如图 ２所示。 导航处理器是通过滤波器解算出用户的时、空状态（用户的位 置、时间等），其核心部分在于滤波器的设计。滤波器利用实时更 新的ＴＯＡ、ＲＴＴ和Ｐ消息中源的状态数据还有ＩＮＳ的数据，循环进行 滤波计算，不断输出用户的实时状态滤波估计值和滤波误差协方差 矩阵，并将滤波定位结果外推到相应时刻，得到用于播发或滤波的 用户外推状态。 卡尔曼滤波是一种递推、线性的最优估计，用户用自己的估算 位置坐标（ ，ｙ“， ）和钟差估计值础ｆｌｌ以及接收到的任一源报告的 位置坐标（五， ， ），求出两者之间的计算伪距 。同时，根据测定 的这一源信号的到达时间ｆ，求出用户到源间的测量伪距 ｒｅｅｆ， 而 是由估算位置确定出来的，二者之差代表了用户估算位置与 真实位置的偏差，用此差值对估算的用户位置坐标进行修正，得 ·９８· ￣．７－－ｔ．｜Ｉ● 到滤波估计值；按照用户运动规律外推到下一滤波时刻，再次测 量，再次修正，…，经过多次测量，逐步修正，就可得到精度较高 的用户实时位置。 牲世 ｌ『 Ｉ ｌ ｆｌ璺 Ｉ ｆＩ Ｉ Ｒ丌 图２导航处理器软件的总体结构 滤波状态量主要由与惯导相关的用户位置误差、速度误差、姿 态角误差，以及时钟的频差、相对位置误差、相对速度误差。滤波 观测量主要包括伪距测量和ＲＴＴ测量。根据滤波中的两个观测量相 互性，以及定位空间要求两方面考虑，进一步将成员滤波器分 解为有源校时ＲＴＴ滤波器和地理滤波器２个滤波器，以提高滤波定 位解算速度。 为兼顾工程实现难度和保证长时间工作条件下的滤波精度，对 经度误差、纬度误差、成员钟差、相对位置误差等主要状态量采用 误差累加闭环校正，将误差估值累加，抵消校正ＩＮＳ和数据链的输 出数据，可以保证滤波模型的准确性和滤波精度，同时保证各子系 统工作稳定，如图３所示。 图３采用误差累加校正的组合导航系统闭环校正原理 ４系统性能测试 引起系统定位的主要误差源有ＩＮＳ误差模型、设备延迟、时钟 同步、位置基准源、电波传播、多径等，其中部分误差源是系统固 有误差。在实验室条件下，以３台实装设备进行系统性能测试，主 要需进行基于特定环境的ＩＮＳ测量数据和设备Ｐ消息模拟。 ＩＮＳ测量数据由理论值和ＩＮＳ误差量两部分构成。理论值由惯 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＷＯＲＬＤ·探索ｓ观察 导物理运动方程直接得到的数据。ＩＮＳ误差量主要考虑由陀螺漂移 和加速度零偏所引起的误差，其它方面引起的导航误差统一归入 系统噪声。ＩＮＳ误差量初始值模拟为均值为０、方差为ｄ：的高斯噪 声，并在滤波过程中按惯导误差传播方程更新，其１ａ值见表１。 表１ ＩＮＳ初始误差参数 ＩＮＳ误差量 经度误差 纬度误差 东向速度误差 北向速度误差 １ｏ值 ２００ｒａ ２００ｍ １．５ｍ／ｓ １．０ｍ／ｓ ５结语 本文提出的数据链与ＩＮＳ构成组合导航处理器设计方法，经工 程化设备验证测试满足设计要求，使系统获得了数据更新率较高的 精确导航信息。 参考文献 【１】梅文化，蔡善 法＿ＩＴＩＤｓ／ＬＩＮＫ１６数据链ＩＭ］ｌ国Ｎ－．ｙ－，＆出版社，２００７． 【２】刘凯，刘慧．ＧＰＳ／ＩＮＳ组合制导技术在现代战争中的应用及发 展趋势Ｕ１．全球定位系统，２００５． 【３】秦永元，张洪钺．卡尔曼滤波及组合导航原理．【Ｂ】．西北工业大 学出版社．１９９８． 天向速度误差 ０．５ｍ／Ｓ 表２为测试结果。可以看出，ＩＮＳ积累误差的变大对滤波输出结果 有影响。但是随着导航滤波器的收敛，滤波输出结果仍能保持较好。 表２组合导航处理滤波结果 （上接第９５页） Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）为多载波调制传输技术ｆ４】。首先，对频谱进行分解， 然后生成多个子载波，这些子载波对应的幅频响应当重叠或正交。 该技术最明显的优势在于具有极高的传输速度，且抗码之间的干扰 能力很强。技术思路为将数据转变成若干个正交状态的子载波，然 后进行并行传输，这样不仅可以有效提升传输效率，还可以对干扰 进行抑制。因此，该技术是将串行数据转变成低速传输的并行数 据，尽管单个载波的实际传输效率并不是很高，但通过对多个信道 的叠加，可以获取极高的传输效率。由此可见，该技术的合理运用 可以实现数据的高速度传输，此外还能抑制干扰的产生和影响，然 而其在技术实现方面存在一定差别，在电力线载波通信中的实际应 用也有各自的特征与优势。对于频带强的系统当中，ＯＦＤＭ技 术和编码技术的相互结合能获取最为可观的数据传输容量。而在高 速系统当中，该技术可以发挥出抗干扰能力强等优势。 通信技术的应用，可实现用户数据高速传输、大范围覆盖且降低经 济成本等目标，还大幅降低了人员的工作量，提升工作效率与准确 性，为热力企业的持续发展提供了良好的基础支撑。 参考文献 …路银川，陈良．低压电力线载波通信在热量袁远程抄表系统中 的应用Ⅱ１．煤炭技术，２０１２，１０（０８）：６３—６５． ［２Ｊ付扬，姜美玲．基于ＧＰＲＳ和低压电力线载波通信的智能远程抄 表系统的设计Ⅱ１．工矿自动化，２００９，１１（０６）：１２５—１２８． ｆ３］李玉清，宗晓杰，孙红敏．基于远程自动抄表应用的低压电力线 载波通信技术研究卟黑龙江电力，２００３，１２（０１）：４４—４７． 【４】赵蓉，承浩．基于低压电力线载波通信的远程自动抄表系统的 实现Ⅱ】．沙洲职业工学院学报，２００４，９（０２）：８—１１． 作者简介： 罗毅（１９８Ｏ一），男，贵州贵阳人，硕士，讲师，贵阳学院机械 工程学院教师，主要研究方向：电子信息、自动控制、信号处理。 ４结束语 综上所述，在热量表远程抄表系统中通过对低压电力线载波 （上接第９６页） 符合范围的内的数据进行方差分布计算，选出最优点进行确定。 物种群密度的确定，同时也具备边防智能化监控的功能。 参考文献 【１】尼克松．特征提取与图像处理【Ｍ］．北京：电子工业出版社，２０１０，１０． ４结柬语 本项目基于红外监控和图像特征识别技术，按照动物目标提 取、目标物种识别、采集信息本地保存，远程信息发送报警共四个 步骤。通过控制模块、探测模块、摄像模块和信息传递模块相结 合，进行动物监测并分类，判断濒危动物并进行远程通知。采用这 样的方法和装置，可以极大程度提升野外探测装置的智能化程度， 确保人为因素影响最低的同时对濒危动物进行信息采集和对目标动 【２］陈杰英．种群密度模拟测量法［Ｍ】．北京：高等教育出版社，２０１３，４． 【３】秦天宝．生物多样性保护的法律与实践【Ｍ】．北京：高等教育出 版社，２０１３，４． ［４］Ｌｉｎｕｘ宋宝华设备驱动开发详解 ．北京：人民邮电出版社２ｏ１１，１１． 【５］Ｍｉｃｈａｅｌ Ｄａｗｓｏｎ．Ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ ｃ＋＋Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｇａｍｅ ＰｒｏｇｒａｍｍｉｎⅡ】 Ｃｅｎｇａｇｅ Ｌｅａｒｎｉｎｇ，２０１０． （上接第９７页） 技术，并利用该技术为基于ＨＡＬＣＯＮ机械手视觉识别定位设计开发 了软件，具有人性化操作界面，经调试可完成实时在线检测，可达 到精度要求。 参考文献 ［３】潘武，张莉彦，徐俊成．基于机器视觉的工件的在线检测Ⅱ】＿组合 机床与自动化加工技术。２０１２￣）：７５－７８． ［１］ｓｇ，傅卫平，袁国文，等．工件自动视觉定位识别系统研究叫 计算机工程与应用，２００９（８）：８０－８３． ［２】王红涛，傅卫平，康业娜．工件图像识别的边缘匹配方法研究Ⅱ】 仪器仪表学报，２００８（５）：９８６—９９１． 作者简介： 陆啸天（１９９２一），男，江苏启东人，硕士研究生，现就读于 广东工业大学，主要研究方向：现代自动化装备与控制技术。 王钦若（１９５８一），男，海南儋县人，硕士，教授，博士生导 师，主要研究方向：机电一体化，现代自动化装备与控制技术。 电ｊＬ也Ｉ●·９９·
