导航定位通信一体化系统总体技术分析

杨治林

（迪庆香格里拉机场 云南迪庆 674400）

导航定位通信一体化系统总体技术分析

杨治林

（迪庆香格里拉机场 云南迪庆 674400）

目前，导航定位通信一体化系统已广泛运用于各领域。本文首先介绍了导航定位通信一体化系统的主要原理，然后分析了导航定位通信一体化系统的重要指标，最后对该系统总体技术进行了探讨，以期能推动相关研究发展进步。

导航；定位；通信；一体化；技术分析

导航定位通信一体化系统是对空中与空中的单元进行目标导航精确定位，其影响范围的定位准确程度可以直接改变导航定位的精度。空中单元能利用GPS获得确切的方位坐标，空中应答仪则要针对该方位进行坐标调整。空中的声音速度具有多变性，声音传播的变化会引起测量误差。

1 导航定位通信一体化系统的原理

1.1 导航原理

在导航时，距离测试仪的能量置换器会不断发射出查询信息，各个应答仪会接收这一信息并依据自己的情况进行回答。导航距离测试仪的回答信息能测试出传播的延迟时间，其目标拥有较高的行动速度，因此发射点与接收点通常不能重叠，所以每组延迟测试都会确定一个椭圆球面，把发射与接收点设置成焦点，解出各个椭圆球面的共有焦点，就能够算出目标的具体方位。

1.2 定位通信原理

定位通信功能分支较多，运用起来也更加复杂。先设定飞机距离测试仪的时间延迟是Toi（k）=Tai（k）+Tyi（k）+Tdi，Tyi（k）是应答讯息传递到坐标的时间延迟。因应答仪的方位坐标已知，所以距离测试仪的能量置换器可从GPS获得，因此可知，空中目标和应答仪的距离用公式表示为：Ri=Tai（k）-Tyi（k）-Tdi·c。最终可算出空中目标的具体坐标。

2 导航定位通信一体化系统重要指标分析

2.1 定位导航精度分析

导航定位通信一体化系统对装配了问答仪的空中目标实施导航与定位监控，并经由测试声音讯号抵达测试范围的延迟数值算出其抵达目的地的距离，同时运用空间曲面交叉法算出目标具体方位。定位检测运用球面交叉法实现核算，导航则采用椭圆球面交叉法实现核算。

2.2 检测精度分析

针对定位检测原理，运用球面交叉法，结合方程式对其精度实行具体分析，由全微分原理可得出：（x-xi）dx+（y-yi）dy+（z-zi）dz，该式结果等于ti2cdc+c2tidti+（x-xi）dxi+（y-yi）dyi+（z-zi）dzi，i=1，2，3，4……n。其中dx、dy、dz代表的是空中目标的方位误差值，而dxi、dyi、dzi则代表i号航空范围的方位误差值，dc是空气中声音速度误差值，dti是应答信息传送时间误差值。

3 系统总体技术分析

3.1 空中应答仪方位测量技术

在空中应答仪范围内行驶的目标，要将应答仪视为参照物，据此测出应答仪控制范围内的具体方位，并完成导航任务。应答仪的坐标位置是重要参考条件，它的测试精确度能对系统导航定位的效果产生直接影响。

方位地面坐标测量法包括垂线交叉法和绝对测量法。垂线交叉法即运作飞机在离空中应答仪较近的部位进行两次直线行驶，尽量减慢飞行速度，促使两条直线能垂直交叉。飞机上的距离测量仪和应答仪之间要互相询问并回答，分别在以上两条航行轨迹里找出距离测试仪能量置换器和应答仪之间斜距最短的地方，并经过该方位作垂直线。根据几何立体定理可得出，这两条线的交叉部位就是应答仪在空中的映射，而交叉位置的地面坐标就是应答仪的地标[1]。应答仪在空中的方位可定为O，假设运作飞机行驶轨道和经线或纬线保持平行状态，而运作飞机在距离O点适宜的位置从南往北进行直线飞行，其轨迹定为SN，那么SN就平行于经线。在SN内能发现离O的斜距最短的B，其坐标可定成（N1，E1）。在空中经由B作SN的垂直交线BC，那么BC平行于纬线。飞机在离O适合的位置从西往东进行直线行驶，轨迹定成WE，那么WE平行于纬线。同理可知，WE内也存在和O点斜距最短的点，定成（N2，E2）。经由A作WE的垂直交线AD，那么AD和BC相交与O’（N1，E2），O’就是应答仪在空中的映射，因而得出应答仪经纬度是（N1，E2）。

绝对测量法则是运作飞机在GPS系统指导下围绕准备测试的应答仪行驶，运用升降设备把能量置换器经由飞机的底门放到空中，再挑选测试位置，经过询问与回答的方法测出能量置换器和应答仪中间的距离长短。记载下测试位置GPS方位的信息，利用空间曲面交叉法计算出应答仪的地面坐标。实际上，绝对测量法是经由空中的许多测试点针对一个应答仪而确定方位。测量过程中，升降设备会被运送出底门，这时运作飞机需要减速行驶，保证速度低于5节，可将发射点看作与接收点重叠，利用球面交叉法按同步模式实施方位确认。假设应答仪的坐标是（x，y，z），则在不同测试点中飞机能量置换器的坐标是（xi，yi，zi），应答时延伸值是t，声音传播速度为c，则（xi-x）2+（yi-y）2+（zi-z）2=（c×ti）2，i=1，2，3，4……n。应答仪布置结束后，开始绝对测量，运作飞机要依据既定的线路行驶，实施方位测量。任意选出三个点，对其进行核算，就能够获得应答仪A的具体方位。

3.2 SUNO系统技术

SUNO系统主要包含了浮标分系统与应答仪分系统。浮标分系统通常运用于空中无人看守的情况，其主要功能是根据问答信息进行声音距离测试，并把测试结果与自己的方位数据经由无线电波输送到运作飞机上。它还有一个功能就是接受飞机的命令，对空中应答仪进行调控与管理。浮标的坐标是极为重要的信息，可将GPS当作该系统定位的主要方法。GPS板块镶嵌进浮标内，可随时获取最高精确度的方位测定消息，简单快捷。GPS板块除了提供方位信息，还可以测出秒脉冲数据（1PPS），其偏差值在200ns以内。该系统同步周期是3～9s，并可利用1PPS修改时钟的偏差，可以使系统达到高精确度的同步运算[2]。

浮标的主要形态是积木式构造，利用天线、浮体、电子船舱以及空中听声器等部件组成。其中，电子舱里准备了电池与其他电子设备，天线则可搭设GPS信号线、航标灯等。要让浮标长期在空中正常运作，可以采取以下三种措施：

①减轻噪音干扰。要避免噪音的干扰，可以采用电源隔离和线性隔离两种方法。前者是利用数字与接收仪进行分别供电，全部电子仪器的电源都来自于通讯操作板，并实施了低能耗设计。后者则是让数字和接收仪不进行电源共享。②电源管理。即电源由通讯控制仪实行规范管理，运用板块进行分开供应。为节省能耗，可以将浮标设为作业与休息两类模式。③自我检查。浮标可以对故障进行自我检测，以确认各部件的运作是否顺利进行。自检程序包含声音、GPS、无线电波与充电电池等。

应答仪分系统主要是进行空中目标导航与定位工作，其最主要的功能就是“应答”。在该系统内，应答仪能够利用声音控制通讯，转变运作状态，从而完成自我检测、参数调整、漏气预警、电压汇报等任务。应答仪主要运用于空中作业，利用电池供电，其内部空间有限，电池容量也不高，因此在设计时要特别注意其低耗性与高效性。

4 结束语

设计测量方案可以提高测试精确度，从而促进导航定位通信一体化系统总体技术发展。经过空中实验方案的验证，说明导航定位通信一体化系统总体技术的重点指标都能够符合测量标准，因此该技术具有较高的可行性。

[1]罗续成.编队导航定位测量通信一体化系统的交互链路技术[J].遥测遥控，2012（S1）：102～107.

[2]李增路，易中凯，李文伟.定位导航系统对通信能力的需求分析[J].火力与指挥控制，2009（02）：110～113.

P733.2

A

1004-7344（2016）04-0278-02

2016-1-20

杨治林（1983-），男，迪庆香格里拉人，助理工程师，本科，研究方向为通信导航。