基于指令信息识别目标的多目标测控体制*

(西安卫星测控中心 三亚站，海南 三亚 572427)

1 引 言

码分多址(CDMA)通信系统中，用不同的编码序列来区分不同用户，利用若干不同的互相正交的码序列实现多址通信。CDMA通信的关键是能够找到足够多的不同正交地址码来实现多用户对同一频带的共用，把这些序列码作为不同用户的地址码，在收信端再利用相关检测技术进行解扩处理，恢复出与本地码序列完全相同的有用信号。在目前国内的多目标测控中，同样通过码分多址[1]方式区分各路信号，地面设备具备同时对多个目标进行测控的能力。但是，采用码分多址在一个信道中传输存在以下问题：如果选择的扩频码相关性不好，在卫星接收端容易产生码间干扰，一方面会影响接收机的锁定，另一方面会对遥测误码、遥控误码、测距、测速精度产生影响，而且多目标功率的调整也对功放的适应性提出了很高的要求。因此，码分多址存在的问题是多目标测控必须考虑的重要因素。为了解决码分多址测控存在的如上问题，更好地适应未来多星测控的要求，本文提出了通过指令信息识别多目标的多目标测控方法。

2 现行的多目标测控体制

现行的多目标测控体制分为相干扩频模式和非相干扩频模式[2]两种，无论是相干扩频模式还是非相干扩频模式，在地面信号上行调制时各个目标使用不同的PN码来扩频不同的信息，但是具有相同的码片速率和载频，星上解调时根据不同的PN码对接收信号进行解扩解调得到对应的信息，以达到根据不同PN码来区分各个目标的目的，这就是通常是所说的码分多址。为了彻底弄清楚多目标测控体制的原理及实现过程，下面对多目标测控体制的非相干扩频模式的原理进行具体分析，如图1所示。

图1 非相干扩频模式的多目标测控体制Fig.1 Multi-object TT&C system of noncoherent spread spectrum

在非相干扩频模式中，调制器能同时产生三路遥控BPSK和三路测距BPSK信号。六路BPSK信号均采用1 023位Gold短码扩频，六路BPSK信号在基带分系统内部合成一路经过地面上行链路发往星上。

星上各个目标接收到信号后，经过各自的下行链路，将送来的6路码分BPSK信号进行滤波、AGC控制、采样和预滤波后，送入每个目标的下行解调链路，每条链路处理一个目标的下行信息，包括一路遥测BPSK信号和一路测距BPSK信号。

由分析知，对多目标测控而言，星上接收信号是通过码分多址来区分6个PN码组成的信号，这对PN码本身的自相关性和PN码间的互相关性提出了很高的要求。

3 码分多址存在的问题

3.1 给PN码选取造成困难

对卫星上的PN码捕获来说，每个支路的PN码捕获，要在本地进行自相关计算，根据自相关值是否大于设定的门限来确定PN码是否捕获，因此PN码捕获首先考虑的是PN码本身的自相关特性，PN码的自相关性越好越容易捕获，抗干扰能力越强。自相关性的好坏通常用自相关函数[3]来表示，自相关函数是指信号与它自身相移以后的相似性。扩频信号的自相关函数定义为

式中,f(t)为信号的时间函数，τ为时间延迟。

图2 PN码自相关函数特性图Fig.2 Characteristic graph of PN code autocorrelation function

PN码除自相关性外，与其它PN码的相似性和相关性也很重要。对多目标测控而言，多个目标共用一个信道，要区分不同目标的信号，就得靠相互之间的区别或不相似性来区分。换句话说，就是要选用互相关性小的信号来表示不同的目标。两个不同信号f(t)与g(t)之间的相似性用互相关函数来表示：

(2)

通常希望两个信号的互相关值越小越好，则它们越容易被区分，且相互之间的干扰也小。

综合上面的分析，我们在PN码的选取方面，既要考虑PN码本身的自相关性，又要考虑与其它PN码的互相关性，对三目标测控而言，我们要选取6组自相关性好、相关之间互相关性小的伪码是相当困难的，没有经过严格的理论计算选取，是很难满足多目标测控要求的。

3.2 星上容易出现假锁、错锁现象

在和联试应答机进行联试时发现，如果PN码选取不好，一个目标的PN码很容易锁定到其它的PN码上，出现错锁、假锁现象，这样解调出来的信息就不是本目标对应的信息，影响了操作人员的判决，给目标的正常联试带来了很大的困难。

4 指令信息识别目标的可行性分析

由于PN码过多引起CDMA的如上问题，如果我们能减少PN码的数量，通过其它方法来达到区分多目标的目标，无疑能很好地解决如上问题。因此，本文提出了一种通过指令信息识别多目标的方法，具体思路如下：

(1)地面在上行信息中增加每个目标对应的目标代号和信息，多个目标的同一种信息用同一PN码进行扩频处理，代替以前的多目标同一种信息用不同PN码进行处理的方法，这样可以将同一种信息使用的PN码数量大大减少；

(2)星上在接收到地面信号后，同样要对接收到的信息进行解扩处理，信息解调出来后，每个目标通过寻找信息中的目标代号去执行对应位置的指令信息，也就是通过指令信息[4]达到区分多目标的目的。

目前，我们使用的信息有测距信息和遥控信息两种，下面我们对两种信息格式进行具体分析，分析是否能通过目前的信息格式达到区分不同目标的目的。

图3 测距和遥控信息格式Fig.3 Ranging and remote control signal information format

由图3可知，测距信息和遥控信息中都包括目标代号及信息内容，不同的是测距信息中不同目标占用的是不同的字段，而遥控信息中不同目标占用的是相同的字段，但是卫星上不同目标的信号在使用相同的PN码捕获后，经过解扩解调，都可以通过信息格式中的字段内容区分不同目标，进而执行对应的指令内容。

我们设想的通过信息识别多目标的框图如图4所示。

图4 指令信息识别多目标的多目标测控体制Fig.4 Multi-object TT&C system for target identification based on using information

由图4可知，对三目标测控而言，通过指令信息识别多目标，星上设定的PN码数量由6个减少为2个，3个目标的3条测距支路通过一个测距PN码的捕获跟踪实现解扩解调功能，经过位同步、译码、码型变换、帧同步进行测量控制信息的提取，然后每条支路通过信息中对应的目标代号字段进行判别，如果是和星上设定的目标代号一致则处理执行对应的信息，否则对信息进行丢弃处理。3个目标的3条遥控支路通过一个遥控PN码的捕获跟踪实现解扩解调功能，经过位同步、译码、码型变换、帧同步进行遥控信息的提取，同样每条支路通过信息中对应的目标代号字段进行判别，如果是和星上设定的目标代号一致则处理执行对应的信息，否则对信息进行丢弃处理。要注意的是，由于3个目标的遥控信息占用的是相同的字段，所以这要求地面设备不能同时对3个目标发送遥控信息，遥控信息要采用分时发送的方式。

5 码分多址和指令信息识别的比较

经过分析，可以得到指令信息识别多目标和码分多址识别多目标的区别：

(1)简化了上行链路

对多目标而言，由于地面设备只需发送两路PN码，所以地面设备的硬件电路可以做得更简化。另外，两路BPSK信号对多目标功率调节能够更好地适应，算法实现更简单，在很大程度上节省了硬件资源。

(2)PN码数量大大减少

对N目标测控而言，通过指令信息识别多目标，卫星上的PN码数量由以前的2N个减少为2个，这样对PN码的自相关性和互相关性降低了要求，PN码的选取变得更加容易，增加一个目标的测控，只需在信息中增加目标的目标代号和信息即可，不需再增加PN码，不需再考虑PN码的自相关性和互相关性。

(3)减少了假锁、失锁现象

由于PN码的数量大大减少，所以要选取自相关性和互相关性都符合的PN码比较容易，在PN码进行捕获时，可以很快地进行捕获，减少了假锁、失锁的概率。

6 结 论

本文指出了多目标测控体制的码分多址存在的问题，分析了指令信息识别多目标方法的可行性。该方法实现简单，可以应用在未来的多星测控领域，能够更好地适应多星测控的要求。需要注意的是，由于多个目标的遥控信息占用的是相同的字段，所以这要求地面设备不能同时对3个目标发送遥控信息，遥控信息要采用分时发送的方式。

参考文献：

[1] 曾兴雯,等.扩展频谱通信及多址技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2004：217-218.

ZENG Xing-wen,et al.Spread-frequency Communication and Multiplex Access Technology[M].Xi'an:Xi Dian University Press,2004:217-218.(in Chinese)

[2] 梁振兴.相干扩展频谱系统[M].北京：国防工业出版社，1991：35-37.

LIANG Zhen-xing. Coherent Spectrum System[M].Beijing:National Defense Industry Press,1991:35-37.(in Chinese)

[3] Elliott D Kaplan.GPS原理与应用[M].北京：电子工业出版社，2007：97-103.

Elliott D Kaplan.The Theory and Application of GPS[M].Beijing:Publishing House of Electronics Industry,2007：97-103.(in Chinese)

[4] 谷学敏.航天无线电测控技术[M].长沙：国防科技大学出版社，1984：105-108.

GU Xue-min.Space Tracking,Radio,Telemetering and Command System[M].Changsha: National University of Defense Technology Press,1984：105-108.(in Chinese)