飞机无线示位标方案.doc

军事需求 在08年汶川地震中一架军用直升机在执行任务过程中不幸失事，为了尽快找到失事直升机及机上人员，灾区军民展开了一场规模空前的“中国式拯救大兵瑞恩”行动。11天时间里，军地先后投入近10万人次、各类飞机和飞行器100多架次，展开地毯式立体搜救1系统指标 研究内容 图1展示了整个示位标系统各个部分组成框图。整个系统由应急示位标、无线信道和接收器三部分组成。 其中，发射部分包括传感器模块、电源模块、GPS接收器、微控制器、调制器和RF放大器。传感器模块作为触发机制可以自行触发也可以手动触发和复位。电源模块用于给ELT模块和传感器模块供电。微控制器是示位标系统的核心部件，其跟在GPS接收器后，用于处理GPS接收器接收到的信号，同时接收并判定传感器模块传送的触发信号，根据触发信号的性质决定系统处于休眠状态还是激活状态，以及处理后的GPS信息是否传送给调制器及放大器让其发送。 接收部分由一个频率调制接收器及其后跟的解调器组成。安装在搜救直升机上或由搜救人员配备。 图 1 示位标系统模块 拟采取方法 4.1调制方式 此处调制方式的选择主要考虑两个因素，一是无线信道，需要抗多径衰落性能好，二是要尽可能发射远，功率效率高，即带外辐射小。 GMSK和π/4DQPSK调制具有较强的抗多径衰落性能，带外功率辐射小等特点，适用无线信道，但后者存在±π的相位跳变，而GMSK是连续相位调制。 由知，当相位不连续，有跳变时，其导数很大，致使频带变宽，出现带外辐射，为此我们选择一种连续相位的调制方式。在MSK、FSOQ、SFSK、IJ-OQPSK、TFM、GMSK几个连续相位调制中，GMSK可以调节BT的值来改变其滚降系数，当BT=∞时，相当于MSK，当BT=0.2时，与TFM相同，此时几乎无旁瓣。因此可以设定BT的值来满足我们的功率效率要求，除功率利用率高外，GMSK还有很好的谱利用率，相干检测以及非相干检测对它都适用，通过采用非相干检测可以大大降低系统复杂性。另外，GMSK是恒包络调制，可以采用价格低且效率高的非线性放大器（比如C类）。 基于此，拟采用GMSK的调制方式。它可看作MSK的衍生物，待发送的数据流先通过高斯预调制低通滤波器，然后再进行MSK调制。这种方法在使相位路径在MSK的基础上进一步平滑的同时，也引进了码间串扰，所幸的是当滤波器3dB带宽与码元宽度乘积BT大于0.5时并不严重。 GMSK的预调制滤波器单位冲击响应 传输函数 其中因子α与3dB带宽有关 由此可看出GMSK滤波器由B和基带码元宽度T完全决定，因此，通常用BT值来描述GMSK。 图2即不同BT值下GMSK信号的功率谱密度仿真图。从图中可看出，随着BT值的增大，谱越来越紧凑，旁瓣滚降迅速增快，只不过由滤波器造成的误码率也在增加。研究显示由滤波引起的误码率在BT=0.5887时最小，故此处我们选BT=0.5。 图 2 GMSK信号的功率谱 GMSK信号可以由预调制滤波器出来的信号通过压控振荡器产生，也可以通过正交调制技术产生。考虑相位调制信号 它可以表示为同相与正交信号两个分量 正交调制就是基于(4.5)式，有两片ROM分别存储同相分量I和正交分量Q，而后通过DAC和低通滤波器，如图3。 图 3 GMSK数字调制器 这种方式产生GMSK信号适用于超大规模集成电路，且每片ROM的内容容易修改，相位误差的累积最小。 4.2触发机制 传感器模块也是ELT系统的核心部件之一，它的主要作用是监测飞机的运行状况，能感知飞机是正常运行还是失控或失事，并能在事故发生时启动并唤醒ELT向外不断发射自己的位置信息，从而节约搜救时间，提高搜救效率。对飞机失事的感知可以从飞机坠毁的外部环境来判定，比如碰撞、起火或掉进水里等，为此就需要好几种类型的传感器来共同完成对失事的判定，那么能不能根据飞机失事时自身特点来判断呢？ 根据NASA兰勒研究中心对飞机失事做的一系列全方面测试与仿真表明，飞机在坠落瞬间加速度会突然变得很大。利用这个特点可以设计一种较简单的判定飞机坠毁传感器，测定飞机的加速度G和速度变化量ΔV，当然速度的变化可以用加速度算出，所以只需加速计一种传感器。 当加速度和速度变化量分别大于预设的门限值GTH和ΔVTH时，判定飞机坠毁，激活ELT，为避免错误激活，两个条件必须同时满足。对于门限值的确定决定于飞机的型号和传感器安装的位置，若根据硬着陆来选择GTH，大多数商用飞机的门限值为1.7g到2.0g，若选择GTH=2.3±0.3g、ΔVTH=1.4±20% m/s，相应的响应曲线如图4。 图 4 传感器响应曲线 除加速计外，传感器模块还应有实时数据处理、复位、内部检测、激活等功能，设计模块框图如图5。为简化设计、减小体积和重量，选取MEMS加速计ADXL