一種基于x射線的通信測(cè)距一體化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航空應(yīng)用領(lǐng)域的通信和測(cè)距方法，具體涉及一種基于X射線的通信及 測(cè)距一體化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著空間探索的發(fā)展和深入，在探索過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的不同格式的數(shù)據(jù)。為了 及時(shí)完成處理及分析，這些數(shù)據(jù)需要在短時(shí)間內(nèi)被傳輸?shù)叫畔⑻幚碇行?。因此，如何保證高 速率的傳輸鏈路成為一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。另一方面，測(cè)距作為空間探測(cè)的重要測(cè)量參數(shù)之一，已 經(jīng)應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，例如，導(dǎo)航，衛(wèi)星編隊(duì)構(gòu)型，航天器導(dǎo)航與控制等。此外，由于深太空中 傳輸環(huán)境變換頻繁，可用鏈路的持續(xù)時(shí)間是有限的，因此，如何保證高的鏈路利用率是深空 探測(cè)中的重要問(wèn)題。通信和測(cè)距一體化不但節(jié)省功率和帶寬，而且有效的利用了可用鏈路。 而且，通信和測(cè)距一體化可以提供更輕更廉價(jià)的機(jī)載設(shè)備，有利于系統(tǒng)的小型化和集成化。
[0003] 現(xiàn)有的"復(fù)合系統(tǒng)"不能完全實(shí)現(xiàn)一體化操作。它實(shí)際上是一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)，分時(shí)段 分別進(jìn)行通信和測(cè)距，即通信和測(cè)距交替進(jìn)行。這將導(dǎo)致可用鏈路的低利用率和系統(tǒng)資源 的浪費(fèi)。安德魯斯等人提出了一種基于遙測(cè)的測(cè)距方法。這種方法最顯著的特征是上行信 號(hào)保持傳統(tǒng)的形式，下行信號(hào)用遙測(cè)信號(hào)取代。通過(guò)估算遙測(cè)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間之間的延遲， 并把這個(gè)延遲傳輸?shù)降孛嬲荆涂梢垣@得距離。這種方法的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)只能沿著下行鏈路 傳輸，限制了其應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在提供一種新的基于X射線通信（X-ray communication，XCOM)的能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)深空通信和測(cè)距的方法，用獨(dú)特的信號(hào)格式在同一 信道中同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信和測(cè)距，測(cè)距和通信的信息是相互交織的并且被同時(shí)發(fā)送，使得不僅 充分利用了鏈路，還提高了鏈路的效率，同時(shí)節(jié)省了設(shè)備體積和質(zhì)量，有利于空間設(shè)備的小 型化和集成化。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0006] 一種基于X射線的通信測(cè)距一體化方法包含如下步驟：
[0007] 步驟1，由發(fā)射站生成上行鏈路通信數(shù)據(jù)；
[0008] 步驟2,通過(guò)序列編碼發(fā)生器和偽隨機(jī)序列發(fā)生器分別產(chǎn)生幀編碼序列和幀同步 序列，并將幀編碼序列、幀同步序列和步驟1生成的上行鏈路通信數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)合成，得到 復(fù)合幀信號(hào)，并經(jīng)過(guò)偏振調(diào)制后由發(fā)射站向接收站發(fā)送；
[0009] 需要說(shuō)明的是，所述幀編碼序列是復(fù)合幀信號(hào)的標(biāo)識(shí)符，用于實(shí)現(xiàn)雙向測(cè)距，幀同 步序列是一列偽隨機(jī)序列，用于實(shí)現(xiàn)復(fù)合幀信號(hào)的捕獲。
[0010] 步驟3,用SNi表示上行鏈路信號(hào)的一個(gè)幀編碼序列，當(dāng)幀編碼序列SNiK在的復(fù) 合幀信號(hào)被傳輸時(shí)，發(fā)射站記錄其發(fā)送時(shí)間，并生成該復(fù)合幀信號(hào)的一個(gè)本地副本；
[0011] 步驟4,接收站對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行探測(cè)與轉(zhuǎn)換，得到對(duì)應(yīng)的電信號(hào)；
[0012] 步驟5,從步驟4所得的電信號(hào)中提取出幀編碼序列SNi,將SNi作為下行鏈路信號(hào) 的幀編碼序列與下行鏈路通信數(shù)據(jù)一并再生下行鏈路信號(hào)，并經(jīng)偏振調(diào)制及信號(hào)放大后發(fā) 射回發(fā)射站；
[0013] 步驟6,發(fā)射站接收到下行鏈路信號(hào)之后，采用與步驟4類似的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換解調(diào) 得到對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，并記錄接收到的復(fù)合幀信號(hào)的到達(dá)時(shí)間；提取下行鏈路信號(hào)中的下行 鏈路通信數(shù)據(jù)，同時(shí)提取幀編碼序列SN i,依據(jù)步驟3中記錄的幀編碼序列SNi對(duì)應(yīng)的發(fā)送 時(shí)間，可以得到復(fù)合幀信號(hào)的雙向傳輸時(shí)間，進(jìn)而計(jì)算出發(fā)射站和接收站間的距離。
[0014] 需要說(shuō)明的是，所述上行鏈路通信數(shù)據(jù)主要包括遙控?cái)?shù)據(jù)，其中包括發(fā)給目標(biāo)的 控制指令或其他必要的參數(shù)。
[0015] 需要說(shuō)明的是，所述下行鏈路通信數(shù)據(jù)主要包括來(lái)源于探測(cè)中觀測(cè)到的科學(xué)數(shù) 據(jù)。
[0016] 需要說(shuō)明的是，所述步驟2中，對(duì)所述復(fù)合幀信號(hào)進(jìn)行圓偏振調(diào)制，即利用圓偏振 狀態(tài)表不 > 進(jìn)制序列。
[0017] 需要說(shuō)明的是，所述幀編碼序列SNi滿足e[02^ -1], SVi e W，其中，Isn為幀 編碼序列的長(zhǎng)度；
[0018] 需要說(shuō)明的是，步驟4中，為了削弱噪聲對(duì)信號(hào)檢測(cè)的影響，接收站采用差分檢測(cè) 實(shí)現(xiàn)偏振信號(hào)檢測(cè)，采用光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)光電探測(cè)器的輸出 電流的差值解調(diào)出接收到的偏振信號(hào)。
[0019] 進(jìn)一步需要說(shuō)明的是，當(dāng)步驟2中對(duì)信號(hào)進(jìn)行的為圓偏振調(diào)制時(shí)，則步驟4中，接 收站采用差分檢測(cè)對(duì)接收到的圓偏振信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，采用光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信 號(hào)，通過(guò)檢測(cè)光電探測(cè)器的輸出電流的差值解調(diào)出接收到的圓偏振信號(hào)，具體如下：
[0020] 步驟4. 1，接收站接收到的圓偏振信號(hào)首先通過(guò)四分之一波片，通過(guò)四分之一波片 之后，圓偏振光轉(zhuǎn)變成沿土 π/4方向上振動(dòng)的線偏振光，其中左旋圓偏振光通過(guò)所述四分 之一波片后光矢量的振動(dòng)方向在第二和第四象限；右旋圓偏振光在通過(guò)所述四分之一波片 后光矢量的振動(dòng)方向在第一和第三象限；
[0021] 步驟4. 2,通過(guò)偏振光分光器，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光轉(zhuǎn)化得到的線偏振光 被分開(kāi)進(jìn)入兩個(gè)通道并采用光學(xué)偏振片濾除雜散光之后，用光電探測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電 信號(hào)，光電探測(cè)器的輸出電流的強(qiáng)度正比于光強(qiáng)；
[0022] 步驟4. 3,通過(guò)檢測(cè)光電探測(cè)器的輸出電流的差值解調(diào)出接收到的圓偏振信號(hào)。
[0023] 需要說(shuō)明的是，所述步驟5中，對(duì)再生的下行鏈路信號(hào)進(jìn)行圓偏振調(diào)制。
[0024] 需要說(shuō)明的是，所述步驟6中，發(fā)射站將接收到的復(fù)合幀信號(hào)與本地幀同步序列 相關(guān)，當(dāng)相關(guān)峰值最大時(shí)，才認(rèn)為捕獲到該復(fù)合幀信號(hào)，并記錄其到達(dá)時(shí)間。
[0025] 需要說(shuō)明的是，發(fā)射站和接收站間的距離R用下式算出：
[0026] R = c τ /2 ：
[0027] 其中，c為光速，τ為所述復(fù)合幀信號(hào)的雙向傳輸時(shí)間。
[0028] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0029] 1、采用由幀編碼序列、幀同步序列和通信數(shù)據(jù)組成的獨(dú)特信號(hào)格式來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)通 信和測(cè)距，測(cè)距和通信的信息相互交織并且能夠被同時(shí)發(fā)送，充分利用了信號(hào)帶寬，不需要 額外的帶寬和功率進(jìn)行測(cè)距；
[0030] 2、通信與測(cè)距一體化充分利用了鏈路，提高了鏈路的使用效率，有利于在深空探 測(cè)環(huán)境多變的條件下實(shí)現(xiàn)高速率大容量數(shù)據(jù)傳輸；
[0031] 3、由于X射線探測(cè)器相比于傳統(tǒng)的射頻或微波天線體積小的多，而且在本發(fā)明 中，測(cè)距不需要額外的設(shè)備，可以與通信共用一套設(shè)備，因此通信和測(cè)距一體化所需要的設(shè) 備體積更小、質(zhì)量更輕、功耗更低，因此有利于未來(lái)深空探測(cè)系統(tǒng)的小型化和集成化。
【附圖說(shuō)明】
[0032] 圖1為發(fā)射站的功能框圖；
[0033] 圖2為接收站的功能框圖；
[0034] 圖3為通信和測(cè)距一體化的復(fù)合信號(hào)幀結(jié)構(gòu)圖；
[0035] 圖4為圓偏振調(diào)制不意圖；
[0036] 圖5為偏振光光矢量不意圖；
[0037] 圖6為圓偏振信號(hào)的轉(zhuǎn)換及差分檢測(cè)的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例以本技術(shù)方 案為前提，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于本實(shí) 施例。