文獻標(biāo)識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)12-0118-04
遙測系統(tǒng)是火箭系統(tǒng)中的重要部分[1]。在研制階段，主要用于獲取飛行試驗系統(tǒng)的工作狀態(tài)參數(shù)和環(huán)境數(shù)據(jù)，為故障分析提供依據(jù)。隨著硬件的提高，碼速率已從2 Mb/s提高到10 Mb/s，使得碼元寬度減少，而多徑效應(yīng)成為重要影響因素[2]。接收性能的變化會對應(yīng)用產(chǎn)生影響，再入遙測信道特點在參考文獻[3-5]中進行了分析，為了降低火箭上升段風(fēng)險，有必要對遙測體制的性能進行理論摸索。本文對火箭遙測信道的多徑模型進行分析的同時，對常用的遙測PCM/PSK體制進行了介紹，并建立PCM/PSK體制下的分析模型，分析了多徑環(huán)境下運載火箭PCM/PSK高碼率傳輸性能，并對不同衰減系數(shù)和延時對遙測信道進行分析和仿真，對多徑環(huán)境下的誤碼率進行分析，得到某模擬彈道運載火箭的誤碼率仿真結(jié)果。
1 多徑信道中的性能分析
目前采用較多的是兩徑模型和三徑模型。實驗表明兩徑模型可以反映信道的衰落趨勢，三徑模型可以描繪出衰落細節(jié)。本文以三徑模型為例進行研究。
對于PCM/PSK體制的接收性能，用下面的方法對PCM/PSK體制的性能進行分析。
在加性高斯白噪聲信道下，匹配濾波器可以使輸出信噪比在判決時刻達到最大，達到最佳接收效果[6-9]。從匹配濾波器角度來分析計算最佳接收時的誤碼性能。
信道緩慢變化時,等效為一個線性時不變系統(tǒng),由于多徑存在，系統(tǒng)的基帶沖擊可以表示為：
得到信道中的誤比特率表達式，需要計算出遙測信道中的歸一化距離d的表達式。設(shè)信道的單位沖激響應(yīng)為h′(t)，遙測信道的歸一化距離為：
從圖1中可看出，由于多徑信號的存在使信號原本包絡(luò)變得起伏，造成了信號衰落。多徑延時和衰減系數(shù)影響誤碼率曲線，如圖2所示。在碼元周期內(nèi)延時對誤碼率影響最大，延時超過一個碼元周期后誤碼率以碼元為周期重復(fù)，當(dāng)次徑信號削弱原始信號時，隨著衰減系數(shù)增大誤碼率增加，當(dāng)次徑信號增加原始信號時，隨著衰減系數(shù)的增大誤碼率降低(注：衰減系數(shù)越大表示多徑分量越強)。設(shè)PCM/PSK體制碼速率為10 Mb/s，載波頻率為80 MHz，多徑延時為0.22 μs，理論分析結(jié)果與仿真一致,仿真如圖3所示。PCM/PSK體制仿真結(jié)果圖4所示，點虛線表示延時0.03 μs，直線表示延時0.05 ?滋s，粗線表示衰減系數(shù)0.8，細線表示衰減系數(shù)0.5。圖4中可看出，對不同多徑時延與衰減系數(shù)，相同信噪比下誤碼率不同。相同時延與信噪比下若多徑使信號增強,則衰減系數(shù)越大，誤碼率越低，曲線越靠下方；若多徑使信號減弱，則衰減系數(shù)越大，誤碼越高，曲線越靠上方。
3 飛行全程誤碼率分析
使用某型運載火箭實際飛行數(shù)據(jù)對誤碼率進行分析，PCM/PSK體制相應(yīng)全程誤碼率曲線如圖5所示。由圖5看出,雙徑模型和三徑模型均反映衰落情況的總體趨勢，但雙徑模型不具備足夠的階數(shù)反應(yīng)多徑衰落細節(jié)，而三徑模型可以很好地進行細節(jié)模擬。
通過對運載器信道多徑模型分析，建立PCM/PSK體制下的信道分析模型，分析了多徑環(huán)境下運載器PCM/PSK高碼率傳輸性能，并針對不同衰減系數(shù)和延時時間對遙測信道進行分析和仿真，給出某型運載火箭飛行誤碼率分析結(jié)果,真實數(shù)據(jù)很好地證明了分析結(jié)果準(zhǔn)確性，對運載器信道設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。
參考文獻
[1] 航天工業(yè)部遙測技術(shù)研究所.遙測系統(tǒng)[M].北京：宇航出版社，2003.
[2] VINES R M. Effects of multipath-induced delay distortion on PCM/FM for encanistered missiles[C]. In Proceedings of the International Telemetering Conference,Las Vegas, NV1999(10):63-73.
[3] 黃強.等待接收再入遙測信道的特性研究[D].成都:電子科技大學(xué)，2006.
[4] 黃強,賀知明,張健,等.多徑干擾對再入遙測系統(tǒng)性能的影響分析[M].信號處理，2005，21(5):480-485.
[5] 嚴(yán)匡武，賀知明，黃強．雙徑模型在PCM/FM再入遙測系統(tǒng)分析中的應(yīng)用[J]．電子科技大學(xué)學(xué)報，2006，35(6)：865-868.
[6] NORMAN D A，CROSS A E． Radio blackout alleviation and plasma diagnostic results from A 25000 foot per second blunt-body reentry[J]．NASA Technical Note．NASA TN D6515．1970.
[7] SHAFT P D. Error rate of PCM/FM using discriminator detection Trans IEEE,1963(9):131.
[8] EKANAYAKE N. On differential detection of binary FM[J].IEEE Transactions on Communication,1984,32(4):469-470.
[9] KORN I. Error probability of digital modulation in satellite mobile, land mobile, and Gaussian channel with narrow band receiver filter[J].IEEE Transactions on Communication, 1992,40,(4):679-707.
[10] NEEDHAM T. A visual explanation of Jensen’s inequality[C]. American Math. Monthly,1993,100:768-771.