一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法
【專利摘要】一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，利用AOS協(xié)議中等時性插入業(yè)務(wù)，結(jié)合非相干擴(kuò)頻測控體制特點，解決了測距測速和高速數(shù)傳進(jìn)行測控統(tǒng)一信道融合問題，建立了星地之間可靠和穩(wěn)定的遙測、遙控、測距測速和高速數(shù)傳鏈路。與現(xiàn)有衛(wèi)星技術(shù)中采用測控類和數(shù)傳類單機(jī)分離的現(xiàn)狀相比，本專利實現(xiàn)了系統(tǒng)配套單機(jī)集成化、輕量化和小型化設(shè)計，在中低軌衛(wèi)星利用測控信道實現(xiàn)高速數(shù)傳方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說明】一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，解決了測距測速和高速數(shù)傳進(jìn)行測控統(tǒng)一信道融合問題，建立了星地之間可靠和穩(wěn)定的遙測、遙控、測距測速和高速數(shù)傳鏈路。主要在各類中低軌衛(wèi)星擴(kuò)頻測控平臺上使用，屬于衛(wèi)星測控與通信【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)階段，我國發(fā)射的小衛(wèi)星越來越多，在軌的衛(wèi)星數(shù)量也隨之增多，要同時管理多顆在軌衛(wèi)星，現(xiàn)在的工作模式將不能滿足要求。因此，測控和數(shù)傳共用一個信道是簡化設(shè)備的有效手段之一。
[0003]實現(xiàn)測控與數(shù)傳統(tǒng)一信道，不僅能夠節(jié)約星上設(shè)備的研制費(fèi)用，也使設(shè)備小型化、集成化，同時提高其電磁兼容性以及功率利用效率。星上測控設(shè)備與數(shù)傳設(shè)備的合并、地面測控站與數(shù)傳接收站的合并也能夠極大降低地面設(shè)備的費(fèi)用，簡化了星上設(shè)備、地面站的操作和管理。
[0004]因此，統(tǒng)一信道符合小衛(wèi)星體積小、重量輕、成本低以及研制周期短等特點，是測控信道和數(shù)傳信道發(fā)展的方向。
[0005]測控設(shè)備與數(shù)傳設(shè)備是航天器的兩大類設(shè)備，分別實現(xiàn)航天器測控服務(wù)和高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋，F(xiàn)階段，國內(nèi)主要用S波段航天測控來實現(xiàn)航天器工程測控，航天器下傳高速數(shù)傳信號。
[0006]這些設(shè)計存在以下不足:
[0007]I)測控系統(tǒng)和數(shù)傳系統(tǒng)在不同的信道上實現(xiàn)，分別進(jìn)行管理，不僅增加了上設(shè)備的研制費(fèi)用
[0008]2測控類和數(shù)傳類單機(jī)分離，配套單機(jī)種類繁多，技術(shù)狀態(tài)難以控制；
[0009]3)系統(tǒng)重量、體積和功耗不占優(yōu)，電磁兼容性差,功率利用效率低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，將測距測速和高速數(shù)傳進(jìn)行測控統(tǒng)一信道融合設(shè)計，同時完成星地之間測控和數(shù)傳功能，實現(xiàn)了衛(wèi)星單機(jī)集成化、輕量化和小型化設(shè)計，簡化了系統(tǒng)配套的種類、體積和功耗。
[0011]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，步驟如下:
[0012](I)根據(jù)系統(tǒng)時鐘fs、擴(kuò)頻偽碼頻率fg和測控數(shù)傳一體化體制下高速編碼后符號速率 ft，確定中間時鐘變量 fi，使得 fs = Kl Xfi, ft = K2Xfi，fg = K3Xfi，fi = K4X2Hz，其中Κ1、Κ2、Κ3和Κ4為自然數(shù)；
[0013](2)系統(tǒng)時鐘fs利用數(shù)控振蕩器NCO產(chǎn)生高速數(shù)傳編碼后的符號速率ft，對ft進(jìn)行1/3或1/6分頻，得到傳輸幀組幀有效信息速率ftl ;所述傳輸幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸出數(shù)據(jù)幀；
[0014]將ftl進(jìn)行1/8倍分頻，得到傳輸幀組幀時的有效字節(jié)速率ft2 ;按照傳輸幀整幀字節(jié)長度Nb，對字節(jié)速率ft2進(jìn)行2*Nb次計數(shù)分頻，產(chǎn)生和傳輸幀幀頻對應(yīng)的方波信號ft3 ；
[0015](3)擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)以時鐘2Hz為關(guān)門時刻脈沖，對輸入的測距和測速信息進(jìn)行關(guān)門采樣，解算正確的測距和測速信息；
[0016](4)以串行逐位比對方式完成輸入數(shù)傳幀有效幀頭的比對，若比對成功，則對輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行乒乓式緩存至第一存儲器中，同時用于計量緩存深度的字節(jié)指針累加；若比對失敗，則繼續(xù)進(jìn)行有效幀頭比對，用于計量緩存深度的字節(jié)指針保持不變；
[0017]所述數(shù)傳幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸入高速數(shù)傳數(shù)據(jù)幀；
[0018]所述串行逐位比對數(shù)傳幀有效幀頭是指輸入數(shù)傳幀和已知的測控數(shù)傳一體化體制所規(guī)定的數(shù)傳幀幀頭進(jìn)行比對；
[0019]所述以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭乒乓式緩存至第一存儲器中，具體為:第一存儲器位寬為8bit，即一個字節(jié)，存儲器長度為2倍的傳輸幀字節(jié)長度，即2*Nb，第一存儲器分為上下兩部分，即上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)，每一部分長度等于傳輸幀字節(jié)長度；當(dāng)方波信號ft3為高電平時，將接收到的輸入存儲至上半?yún)^(qū)；當(dāng)方波信號ft3為低電平時，將接收到的輸入數(shù)傳幀存儲至下半?yún)^(qū)；所述數(shù)傳幀包括:幀同步頭、主信道識別、虛擬信道識別和有效數(shù)據(jù)域；
[0020](5)以串行逐位比對方式判斷當(dāng)前數(shù)傳幀虛擬信道是否有效，若有效則說明當(dāng)前數(shù)傳幀為有效數(shù)傳幀，進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的字節(jié)緩存，且字節(jié)指針累加，之后進(jìn)入步驟出)，若無效則說明當(dāng)前數(shù)傳幀為無效填充幀，需剔除已經(jīng)緩存至第一存儲器的無效填充幀幀頭，同時字節(jié)指針減去無效填充幀幀頭對應(yīng)的字節(jié)數(shù)，之后進(jìn)入步驟(4)；
[0021]所述串行逐位比對數(shù)傳幀虛擬信道是指輸入數(shù)傳幀和已知的測控數(shù)傳一體化體制所規(guī)定的數(shù)傳幀虛擬信道進(jìn)行比對；
[0022](6)以ft3方波信號的高/低電平為幀頻基準(zhǔn)，以ft2為有效字節(jié)速率，按照測控數(shù)傳一體化體制的傳輸幀結(jié)構(gòu)，對測距測速信息和有效高速數(shù)傳數(shù)據(jù)的字節(jié)組幀，組幀后傳輸幀進(jìn)行乒乓式緩存至第二存儲器中；第二存儲器位寬和緩存長度均與第一緩存器相同，且同樣分為上下半?yún)^(qū)；
[0023]所述幀頻基準(zhǔn)是指ft3方波信號的頻率和輸出傳輸幀的幀頻率相等，ft3為高電平時進(jìn)行第一個傳輸幀組幀，ft3為低電平時進(jìn)行第二個傳輸幀組幀，后續(xù)以此類推；
[0024]若第一存儲器待傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)字節(jié)深度小于傳輸幀的數(shù)據(jù)域空間長度，則傳輸幀數(shù)據(jù)域剩余空間填充無效的填充數(shù)；
[0025](7)在傳輸幀組幀的同時，以ft2為有效字節(jié)速率，依據(jù)并行CRC算法得到當(dāng)前傳輸幀的CRC效驗碼，并填至傳輸幀的幀尾；
[0026](8)以ft為符號速率，讀取預(yù)先存儲于擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)中的Turbo編碼附屬同步標(biāo)識符 ASM ；
[0027](9)以ftl為信息速率，順序讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)；所述順序讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)是指比特計數(shù)器中的計數(shù)值以ftl速率線性遞增，比特計數(shù)器中的計數(shù)值除以8，得到的商數(shù)作為字節(jié)地址，余數(shù)作為比特地址，利用字節(jié)地址和比特地址取出對應(yīng)位置中的數(shù)據(jù)da，即送至Turbo編碼器A的輸入數(shù)據(jù)；
[0028](10)以比特計數(shù)器的計數(shù)值為輸入，在系統(tǒng)時鐘fs驅(qū)動時鐘下，通過數(shù)據(jù)查表方法，從第三緩存器中讀取da對應(yīng)的數(shù)據(jù)交織地址；所述第三緩存器為存儲預(yù)先計算好的交織地址查找表的存儲器；
[0029](11)以ftl為信息速率，順序讀取步驟(10)中確定的數(shù)據(jù)交織地址對應(yīng)的第二存儲器中交織數(shù)據(jù)db ；
[0030]所述順序讀取第二存儲器中交織地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)db是指交織地址除以8，得到的商數(shù)作數(shù)據(jù)db為字節(jié)地址，余數(shù)作為數(shù)據(jù)db為比特地址，利用字節(jié)地址和比特地址取出對應(yīng)位置中的數(shù)據(jù)db，即送至Turbo編碼器B的輸入數(shù)據(jù)；
[0031](12)以ft為符號速率，將步驟(9)和步驟(11)中得到的待編碼數(shù)據(jù)da和db進(jìn)打Turbo編碼；
[0032](13)以ft為符號速率，根據(jù)給定的偽隨機(jī)序列多項式，實時計算加擾偽碼序列，并和除附屬同步標(biāo)識符外的傳輸幀數(shù)據(jù)域進(jìn)行求模二加運(yùn)算，完成數(shù)據(jù)加擾過程；
[0033](14)對步驟(13)中加擾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行射頻調(diào)制和放大濾波，完成測控數(shù)傳一體化體制下的下行數(shù)據(jù)傳輸。
[0034]所述步驟(4)中的輸入數(shù)傳幀的幀結(jié)構(gòu)如表I所示，具體為:
[0035]所述輸入數(shù)傳幀包括幀同步數(shù)據(jù)、住信道識別數(shù)據(jù)，虛擬信道數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)，其中，同步數(shù)據(jù)為32bit、住信道識別數(shù)據(jù)為lObit，虛擬信道數(shù)據(jù)為6bit，數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)為122Byte ；
[0036]表I
[0037]
細(xì)同步I主信道識別I虛擬信道識別I數(shù)據(jù)域
32bit IlObit!6bit|l22Byte
[0038]所述步驟(6)中的測控數(shù)傳一體化體制的傳輸幀結(jié)構(gòu)如表2所示，具體為:
[0039]所述傳輸幀結(jié)構(gòu)包括:同步標(biāo)識符ASM、傳輸幀主導(dǎo)頭、測距測速信息、高速數(shù)傳數(shù)據(jù)和傳輸幀幀尾，其中，同步標(biāo)識符ASM為4字節(jié)、傳輸幀主導(dǎo)頭為8字節(jié)、測距測速信息為18字節(jié)、高速數(shù)傳數(shù)據(jù)為992字節(jié)和傳輸幀幀尾為2字節(jié)，整個傳輸幀共計1024字節(jié)；其中高速數(shù)傳數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)位流指針和有效數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)位流指針為2字節(jié)和有效數(shù)據(jù)域為990字節(jié)；
[0040]表2
[0041]
Wl ?W4(等效)W5 ?W12W13 ?W30W31 ?W1022W1023 ?W1024
ASM傳輸幀主導(dǎo)頭測距測速信息高速數(shù)傳數(shù)據(jù)傳輸幀幀尾
4字節(jié)8字節(jié)18字節(jié)992字節(jié)2字節(jié)



Tur bo 編碼
[0042]所述步驟(12)中將步驟(9)和步驟(11)中得到的待編碼數(shù)據(jù)da和db進(jìn)行Turbo編碼；具體為:
[0043](I)若比特計數(shù)器di小于等于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，得到輸出數(shù)據(jù)，若比特計數(shù)器di大于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，期間輸出輸出數(shù)據(jù)；
[0044]所述自閉環(huán)模式是指編碼器A和輸入數(shù)據(jù)端da斷開，且編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端db斷開，此時以data(2) xor data(3)作為編碼器A的數(shù)據(jù)輸入，以sign (2) xor sign (3)作為編碼器B的數(shù)據(jù)輸入；所述data為編碼器A的4位移位寄存器；所述sign為編碼器B的4位移位寄存器；
[0045](2)以ft為有效比特速率，依次讀取步驟(I)中的輸出數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的Turbo
信道編碼。
[0046]所述步驟⑴中的輸出數(shù)據(jù)具體為:
[0047]Turbo編碼器包括l/3Turbo編碼和l/6Turbo編碼兩種情況，
[0048]若Turbo編碼為1/3，則所述輸出數(shù)據(jù)為0a、la和Ib ;若Turbo編碼為1/6，則所述輸出數(shù)據(jù)為0a、la、2a、3a、lb和3b，其中編碼器A輸出0a、la、2a和3a，編碼器B輸出Ib和3b，每種情況具體包含兩個處理過程；
[0049]l/3Turbo編碼的兩個處理過程具體如下:
[0050](I)若比特計數(shù)器di小于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，然后以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la和Ib ；
[0051]其中Oa為原始數(shù)據(jù)da，Ia為原始數(shù)據(jù)da所對應(yīng)的校驗碼，Ib為原始數(shù)據(jù)db所對應(yīng)的校驗碼；
[0052]所述校驗碼Ia和Ib分別采用下式得到:
[0053]la = data (0) xor da ；
[0054]Ib = sign (0) xor db ；
[0055](2)若di大于8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la和lb，自清零期間輸出12bit的數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的l/3Turbo信道編碼；
[0056]所述0a、校驗碼Ia和Ib分別采用下式所得:
[0057]Oa = data (2) xor data (3)；
[0058]la = data(0)xor data(2)xor data (3)；
[0059]Ib = sign(0)xor sign(2)xor sign (3)；
[0060]l/6Turbo編碼的兩個處理過程具體如下:
[0061](I)若比特計數(shù)器di小于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，然后以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la、2a、3a、Ib和3b ；
[0062]其中Oa為原始數(shù)據(jù)da，la,2a和3a為原始數(shù)據(jù)da所對應(yīng)的校驗碼，Ib和3b為原始數(shù)據(jù)db所對應(yīng)的校驗碼；
[0063]所述校驗碼la、2a、3a、lb和3b分別采用下式所得:
[0064]la = data (0) xor da ；
[0065]2a = data (I) xor data (2) xor da;
[0066]3a = data (0) xor data (I) xor da;
[0067]Ib = sign(0)xor sign(2)xor db ；
[0068]3b = sign(0)xor sign(I)xor db ；
[0069](2)若di大于8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la、2a、3a、lb和3b，自清零期間輸出24bit的數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的l/6Turbo信道編碼；
[0070]所述0a、校驗碼la、2a、3a、lb和3b分別采用下式所得:
[0071]0a = data (2) xor data (3)；
[0072]la = data(0)xor data(2)xor data (3)；
[0073]2a = data (I) xor data (3)；
[0074]3a = data(0)xor data(I)xor data(2)xor data (3)；
[0075]Ib = sign(0)xor sign(2)xor sign (3)；
[0076]3b = sign(0)xor sign(I)xor sign(2)xor sign (3)。
[0077]所述步驟(13)中的以ft為符號速率，根據(jù)給定的偽隨機(jī)序列多項式，實時計算加擾偽碼序列，并和除附屬同步標(biāo)識符外的傳輸幀數(shù)據(jù)域進(jìn)行求模二加運(yùn)算，完成數(shù)據(jù)加擾過程；具體為:
[0078]根據(jù)偽隨機(jī)序列多項式F(X) = x8+x7+x5+x3+l搭建反饋移位寄存器，在偽隨機(jī)序列輸出第一個比特之前，反饋移位寄存器各級初始化為全“ I” ；
[0079]利用偽隨機(jī)序列多項式，產(chǎn)生近似高斯白噪聲的加擾序列，加擾序列的第一個比特與傳輸幀的第一個比特進(jìn)行模二加運(yùn)算，偽隨機(jī)序列的第二個比特與傳送幀的第二個比特進(jìn)行模二加運(yùn)算，依次類推，完成測控信道數(shù)據(jù)隨機(jī)化處理，且不對幀同步字加擾。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0080](I)本發(fā)明給出了測控數(shù)傳一體化具體實現(xiàn)邏輯框圖，首次利用CCSDS推薦的AOS協(xié)議中等時性插入業(yè)務(wù)來傳輸測距和測速信息，完成了測距信息和高速數(shù)傳數(shù)據(jù)的信道融合，整體方案合理可行和穩(wěn)定可靠；
[0081](2)本發(fā)明提出了測控和數(shù)傳統(tǒng)一時鐘域管理方法，克服了數(shù)控振蕩器NCO由于截位效應(yīng)導(dǎo)致的測距關(guān)門脈沖累計時間誤差，避免了距離值零值跳變問題；
[0082](3)本發(fā)明明確了接收填充幀回退措施、當(dāng)輸入數(shù)傳幀虛擬信道表征為無效填充幀時，填充幀的有效枕頭已緩存至第一存儲器中，需及時剔除填充幀的有效幀頭，否則第一存儲器會多出多余的4字節(jié)幀頭數(shù)據(jù)，回退邏輯考慮全面，可行有效；
[0083](4)本發(fā)明提出了采取位流數(shù)據(jù)指針來表征傳輸幀有效數(shù)據(jù)域長度的實現(xiàn)方法，能夠自動適應(yīng)輸入數(shù)傳幀信息速率的漂移和變化，同時避免了滿整幀數(shù)據(jù)才傳輸?shù)臄?shù)據(jù)緩存器積壓；
[0084](5)本發(fā)明給出了 Turbo校驗碼特殊實現(xiàn)邏輯，克服了校驗碼由編碼器4個移位寄存器輸出簡單模二加而導(dǎo)致校驗碼出錯問題，保證了 Turbo編碼過程正確，鏈路編碼增益符合理論結(jié)果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0085]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0086]圖2為本發(fā)明的原理框圖；
[0087]圖3為Turbo信道編碼的原理圖；
[0088]圖4為并行加擾隨機(jī)化的原理框圖。

【具體實施方式】
[0089]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0090]如圖1所示為本發(fā)明的流程圖，圖2所述為本發(fā)明的原理框圖，由圖1和圖2可知，本發(fā)明提出的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，實施步驟如下:
[0091](I)根據(jù)系統(tǒng)時鐘fs (55.974MHz)、擴(kuò)頻偽碼頻率fg(10.23Mbps)和測控數(shù)傳一體化體制下編碼后符號速率ft(3Mps/l.5Mps)，確定中間時鐘變量fi (16Hz)。使得fs = KlXfi,ft = K2Xfi，fg = K3Xfi，fi = K4X2Hz。其中K1、K2、K3和Κ4為自然數(shù)，完成兼容非相干擴(kuò)頻和測控數(shù)傳一體化兩種體制下的統(tǒng)一系統(tǒng)時鐘域管理。
[0092]所述測控數(shù)傳一體化體制為一種擴(kuò)頻測控體制，該體制在非相干擴(kuò)頻測控體制基礎(chǔ)上增加了高速數(shù)傳功能；在該測控體制中，由同一測控信道中完成遙控、遙測、測距、測速和高速數(shù)傳功能；
[0093]所述統(tǒng)一系統(tǒng)時鐘域管理是指確定中間時鐘量fi，fi經(jīng)1/Κ4(1/8)分頻可得測距測速信息的采樣關(guān)門脈沖2Hz，同時利用fi對ft和fg的NCO定時復(fù)位，消除因NCO控制字截位效應(yīng)產(chǎn)生的累計時鐘誤差，使得在擴(kuò)頻體制和測控數(shù)傳一體化體制兩種模式下測距信息不再存在跳變現(xiàn)象
[0094](2)系統(tǒng)時鐘fs利用本地數(shù)控振蕩器NCO產(chǎn)生高速數(shù)傳編碼后符號速率ft，對ft進(jìn)行1/3或1/6分頻，得到傳輸幀組幀有效信息速率ftl (lMps/256Kps);所述傳輸幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸出數(shù)據(jù)幀；
[0095]并將ftl進(jìn)行1/8倍分頻，得到傳輸幀組幀時的有效字節(jié)速率ft2 (約128KHZ和32KHz);按照傳輸幀整幀字節(jié)長度Nb (1024)，對字節(jié)速率ft2進(jìn)行2*Nb次計數(shù)分頻，產(chǎn)生和傳輸幀幀頻對應(yīng)的方波信號ft3(64Hz/16Hz)；
[0096]以ft3方波信號的高/低電平為基準(zhǔn)實現(xiàn)輸入數(shù)傳巾貞接收和輸出傳輸巾貞組巾貞，同時完成數(shù)傳幀和傳輸幀的不同緩存區(qū)緩存。
[0097](3)擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)以時鐘2Hz為關(guān)門時刻脈沖，對輸入的測距和測速信息進(jìn)行關(guān)門采樣，解算正確的測距和測速信息；
[0098]所述測距信息解算是指根據(jù)關(guān)門采樣時刻所得擴(kuò)頻偽碼相位延遲計算數(shù)字處理時延所對應(yīng)的偽距信息。所述測速信息解算是指根據(jù)關(guān)門采樣時刻所得載波相位計算鎖定狀態(tài)下輸入載波頻率和標(biāo)稱值的差值，形成上行多普勒頻差信息；
[0099](4)以串行逐位比對方式完成輸入數(shù)傳幀有效幀頭的比對，若比對成功，則對輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行乒乓式緩存至第一存儲器中，同時用于計量緩存深度的字節(jié)指針累加；若比對失敗，則繼續(xù)進(jìn)行有效幀頭比對，用于計量緩存深度的字節(jié)指針保持不變；
[0100]所述數(shù)傳幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸入高速數(shù)傳數(shù)據(jù)幀；
[0101]所述串行逐位比對數(shù)傳幀有效幀頭是指輸入數(shù)傳幀和已知的測控數(shù)傳一體化體制所規(guī)定的數(shù)傳幀幀頭進(jìn)行比對；
[0102]所述以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭乒乓式緩存至第一存儲器中，具體為:第一存儲器位寬為8bit (—個字節(jié))，存儲器長度為大于2倍的傳輸幀字節(jié)長度(2048字節(jié))，將第一存儲器分為上下兩部分，即上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)，每一部分長度不小于傳輸幀字節(jié)長度；當(dāng)方波信號ft3為高電平時，將接收到的輸入數(shù)傳幀(包括幀同步頭、主信道識別、虛擬信道識別和有效數(shù)據(jù)域)存儲至上半?yún)^(qū)，當(dāng)方波信號ft3為低電平時，將接收到的輸入數(shù)傳幀存儲至下半?yún)^(qū)，反之亦可；
[0103]所述數(shù)傳幀的幀結(jié)構(gòu)如表1所示，由表1可知，數(shù)傳幀包括幀同步數(shù)據(jù)、住信道識別數(shù)據(jù)，虛擬信道數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)，其中，同步數(shù)據(jù)為32bit、住信道識別數(shù)據(jù)為lObit，虛擬信道數(shù)據(jù)為6bit,數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)為122Byte。
[0104]表1
[0105]

【權(quán)利要求】
1.一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，其特征在于步驟如下: (1)根據(jù)系統(tǒng)時鐘fs、擴(kuò)頻偽碼頻率fg和測控數(shù)傳一體化體制下高速編碼后符號速率ft，確定中間時鐘變量fi，使得 fs = Kl Xfi, ft = K2Xfi，fg = K3Xfi，fi = K4X2Hz，其中 KUΚ2、Κ3和Κ4為自然數(shù)； (2)系統(tǒng)時鐘fs利用數(shù)控振蕩器NCO產(chǎn)生高速數(shù)傳編碼后的符號速率ft，對ft進(jìn)行1/3或1/6分頻，得到傳輸幀組幀有效信息速率ftl ;所述傳輸幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸出數(shù)據(jù)幀； 將ftl進(jìn)行1/8倍分頻，得到傳輸幀組幀時的有效字節(jié)速率ft2 ;按照傳輸幀整幀字節(jié)長度Nb，對字節(jié)速率ft2進(jìn)行2*Nb次計數(shù)分頻，產(chǎn)生和傳輸幀幀頻對應(yīng)的方波信號ft3 ； (3)擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)以時鐘2Hz為關(guān)門時刻脈沖，對輸入的測距和測速信息進(jìn)行關(guān)門采樣，解算正確的測距和測速信息； (4)以串行逐位比對方式完成輸入數(shù)傳幀有效幀頭的比對，若比對成功，則對輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換，以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭進(jìn)行乒乓式緩存至第一存儲器中，同時用于計量緩存深度的字節(jié)指針累加；若比對失敗，則繼續(xù)進(jìn)行有效幀頭比對，用于計量緩存深度的字節(jié)指針保持不變； 所述數(shù)傳幀為擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)的輸入高速數(shù)傳數(shù)據(jù)幀； 所述串行逐位比對數(shù)傳幀有效幀頭是指輸入數(shù)傳幀和已知的測控數(shù)傳一體化體制所規(guī)定的數(shù)傳幀幀頭進(jìn)行比對； 所述以字節(jié)為單位按照方波信號ft3高/低電平將輸入數(shù)傳幀有效幀頭乒乓式緩存至第一存儲器中，具體為:第一存儲器位寬為8bit，即一個字節(jié)，存儲器長度為2倍的傳輸幀字節(jié)長度，即2*Nb，第一存儲器分為上下兩部分，即上半?yún)^(qū)和下半?yún)^(qū)，每一部分長度等于傳輸幀字節(jié)長度；當(dāng)方波信號ft3為高電平時，將接收到的輸入存儲至上半?yún)^(qū)；當(dāng)方波信號ft3為低電平時，將接收到的輸入數(shù)傳幀存儲至下半?yún)^(qū)；所述數(shù)傳幀包括:幀同步頭、主信道識別、虛擬信道識別和有效數(shù)據(jù)域； (5)以串行逐位比對方式判斷當(dāng)前數(shù)傳幀虛擬信道是否有效，若有效則說明當(dāng)前數(shù)傳幀為有效數(shù)傳幀，進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)的字節(jié)緩存，且字節(jié)指針累加，之后進(jìn)入步驟￠)，若無效則說明當(dāng)前數(shù)傳幀為無效填充幀，需剔除已經(jīng)緩存至第一存儲器的無效填充幀幀頭，同時字節(jié)指針減去無效填充幀幀頭對應(yīng)的字節(jié)數(shù)，之后進(jìn)入步驟(4)； 所述串行逐位比對數(shù)傳幀虛擬信道是指輸入數(shù)傳幀和已知的測控數(shù)傳一體化體制所規(guī)定的數(shù)傳幀虛擬信道進(jìn)行比對； (6)以ft3方波信號的高/低電平為幀頻基準(zhǔn)，以ft2為有效字節(jié)速率，按照測控數(shù)傳一體化體制的傳輸幀結(jié)構(gòu)，對測距測速信息和有效高速數(shù)傳數(shù)據(jù)的字節(jié)組幀，組幀后傳輸幀進(jìn)行乒乓式緩存至第二存儲器中；第二存儲器位寬和緩存長度均與第一緩存器相同，且同樣分為上下半?yún)^(qū)； 所述幀頻基準(zhǔn)是指ft3方波信號的頻率和輸出傳輸幀的幀頻率相等，ft3為高電平時進(jìn)行第一個傳輸幀組幀，ft3為低電平時進(jìn)行第二個傳輸幀組幀，后續(xù)以此類推； 若第一存儲器待傳輸?shù)挠行?shù)據(jù)字節(jié)深度小于傳輸幀的數(shù)據(jù)域空間長度，則傳輸幀數(shù)據(jù)域剩余空間填充無效的填充數(shù)； (7)在傳輸幀組幀的同時，以ft2為有效字節(jié)速率，依據(jù)并行CRC算法得到當(dāng)前傳輸幀的CRC效驗碼，并填至傳輸幀的幀尾； (8)以ft為符號速率，讀取預(yù)先存儲于擴(kuò)頻應(yīng)答機(jī)中的Turbo編碼附屬同步標(biāo)識符ASM ； (9)以ftl為信息速率，順序讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)；所述順序讀取第二存儲器中的數(shù)據(jù)是指比特計數(shù)器中的計數(shù)值以ftl速率線性遞增，比特計數(shù)器中的計數(shù)值除以8，得到的商數(shù)作為字節(jié)地址，余數(shù)作為比特地址，利用字節(jié)地址和比特地址取出對應(yīng)位置中的數(shù)據(jù)da，即送至Turbo編碼器A的輸入數(shù)據(jù)； (10)以比特計數(shù)器的計數(shù)值為輸入，在系統(tǒng)時鐘fs驅(qū)動時鐘下，通過數(shù)據(jù)查表方法，從第三緩存器中讀取da對應(yīng)的數(shù)據(jù)交織地址；所述第三緩存器為存儲預(yù)先計算好的交織地址查找表的存儲器； (11)以ftl為信息速率，順序讀取步驟(10)中確定的數(shù)據(jù)交織地址對應(yīng)的第二存儲器中交織數(shù)據(jù)db ； 所述順序讀取第二存儲器中交織地址對應(yīng)的數(shù)據(jù)db是指交織地址除以8，得到的商數(shù)作數(shù)據(jù)db為字節(jié)地址，余數(shù)作為數(shù)據(jù)db為比特地址，利用字節(jié)地址和比特地址取出對應(yīng)位置中的數(shù)據(jù)db，即送至Turbo編碼器B的輸入數(shù)據(jù)； (12)以ft為符號速率，將步驟(9)和步驟(11)中得到的待編碼數(shù)據(jù)da和db進(jìn)行Turbo編碼； (13)以ft為符號速率，根據(jù)給定的偽隨機(jī)序列多項式，實時計算加擾偽碼序列，并和除附屬同步標(biāo)識符外的傳輸幀數(shù)據(jù)域進(jìn)行求模二加運(yùn)算，完成數(shù)據(jù)加擾過程； (14)對步驟(13)中加擾后的數(shù)據(jù)進(jìn)行射頻調(diào)制和放大濾波，完成測控數(shù)傳一體化體制下的下行數(shù)據(jù)傳輸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，其特征在于:所述步驟(4)中的輸入數(shù)傳幀的幀結(jié)構(gòu)如表1所示，具體為: 所述輸入數(shù)傳幀包括幀同步數(shù)據(jù)、住信道識別數(shù)據(jù)，虛擬信道數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)，其中，同步數(shù)據(jù)為32bit、住信道識別數(shù)據(jù)為lObit，虛擬信道數(shù)據(jù)為6bit，數(shù)據(jù)域數(shù)據(jù)為122Byte ； 表1
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，其特征在于:所述步驟(6)中的測控數(shù)傳一體化體制的傳輸幀結(jié)構(gòu)如表2所示，具體為: 所述傳輸幀結(jié)構(gòu)包括:同步標(biāo)識符ASM、傳輸幀主導(dǎo)頭、測距測速信息、高速數(shù)傳數(shù)據(jù)和傳輸幀幀尾，其中，同步標(biāo)識符ASM為4字節(jié)、傳輸幀主導(dǎo)頭為8字節(jié)、測距測速信息為18字節(jié)、高速數(shù)傳數(shù)據(jù)為992字節(jié)和傳輸幀幀尾為2字節(jié)，整個傳輸幀共計1024字節(jié)；其中高速數(shù)傳數(shù)據(jù)包括數(shù)據(jù)位流指針和有效數(shù)據(jù)域，數(shù)據(jù)位流指針為2字節(jié)和有效數(shù)據(jù)域為990字節(jié)； 表2
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，其特征在于:所述步驟(12)中將步驟(9)和步驟(11)中得到的待編碼數(shù)據(jù)da和db進(jìn)行Turbo編碼；具體為: (1)若比特計數(shù)器di小于等于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，得到輸出數(shù)據(jù)，若比特計數(shù)器di大于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，期間輸出輸出數(shù)據(jù)； 所述自閉環(huán)模式是指編碼器A和輸入數(shù)據(jù)端da斷開，且編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端db斷開，此時以data(2) xor data(3)作為編碼器A的數(shù)據(jù)輸入，以sign (2) xor sign (3)作為編碼器B的數(shù)據(jù)輸入；所述data為編碼器A的4位移位寄存器；所述sign為編碼器B的4位移位寄存器； (2)以ft為有效比特速率，依次讀取步驟(1)中的輸出數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的Turbo信道編碼。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法，其特征在于:所述步驟(1)中的輸出數(shù)據(jù)具體為: Turbo編碼器包括1/3 Turbo編碼和1/6 Turbo編碼兩種情況， 若Turbo編碼為1/3，則所述輸出數(shù)據(jù)為0a、la和Ib ;若Turbo編碼為1/6，則所述輸出數(shù)據(jù)為0a、la、2a、3a、Ib和3b，其中編碼器A輸出0a、la、2a和3a，編碼器B輸出Ib和3b，每種情況具體包含兩個處理過程； 1/3 Turbo編碼的兩個處理過程具體如下: (1)若比特計數(shù)器di小于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，然后以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la和Ib ； 其中Oa為原始數(shù)據(jù)da，Ia為原始數(shù)據(jù)da所對應(yīng)的校驗碼，Ib為原始數(shù)據(jù)db所對應(yīng)的校驗碼； 所述校驗碼Ia和Ib分別采用下式得到:
la = data(0)xor da ；
Ib = sign (0) xor db ； (2)若di大于8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la和lb，自清零期間輸出12bit的數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的1/3 Turbo信道編碼； 所述0a、校驗碼Ia和Ib分別采用下式所得:
0a = data(2)xor data(3)；
Ia = data (O)xor data(2)xor data(3)；
Ib = sign (0)xor sign(2)xor sign (3)； 1/6 Turbo編碼的兩個處理過程具體如下: (1)若比特計數(shù)器di小于傳輸幀除4字節(jié)幀頭外全部數(shù)據(jù)長度8160，則將編碼器A和編碼器B開關(guān)接到輸入數(shù)據(jù)端，然后以ft為有效比特速率，依次讀取0a、la、2a、3a、lb和3b ； 其中Oa為原始數(shù)據(jù)da，la,2a和3a為原始數(shù)據(jù)da所對應(yīng)的校驗碼，Ib和3b為原始數(shù)據(jù)db所對應(yīng)的校驗碼； 所述校驗碼la、2a、3a、Ib和3b分別采用下式所得: la = data(O)xor da ；
2a = data(I)xor data(2)xor da ；
3a = data (0)xor data(I)xor da ；
Ib = sign (0)xor sign(2)xor db ；
3b = sign (0)xor sign (I)xor db ； (2)若di大于8160，則編碼器A和編碼器B和輸入數(shù)據(jù)端斷開，接至自閉環(huán)模式，使編碼器自清零，以ft為有效比特速率，依次讀取0&、1&、2&、3&、&和3b，自清零期間輸出24bit的數(shù)據(jù)，完成傳輸幀的1/6 Turbo信道編碼； 所述0a、校驗碼la、2a、3a、lb和3b分別采用下式所得:
0a = data(2)xor data(3)；
Ia = data (0) xor data (2) xor data (3)；
2a = data(I)xor data(3)；
3a = data (0)xor data (I)xor data (2)xor data (3)；
Ib = sign(0)xor sign(2)xor sign(3)；
3b = sign (0)xor sign (I)xor sign (2)xor sign (3)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Turbo編碼的測控數(shù)傳一體化方法,其特征在于:所述步驟(13)中的以ft為符號速率，根據(jù)給定的偽隨機(jī)序列多項式，實時計算加擾偽碼序列，并和除附屬同步標(biāo)識符外的傳輸幀數(shù)據(jù)域進(jìn)行求模二加運(yùn)算，完成數(shù)據(jù)加擾過程；具體為: 根據(jù)偽隨機(jī)序列多項式F (X) = x8+x7+x5+x3+l搭建反饋移位寄存器，在偽隨機(jī)序列輸出第一個比特之前，反饋移位寄存器各級初始化為全“ I” ； 利用偽隨機(jī)序列多項式，產(chǎn)生近似高斯白噪聲的加擾序列，加擾序列的第一個比特與傳輸幀的第一個比特進(jìn)行模二加運(yùn)算，偽隨機(jī)序列的第二個比特與傳送幀的第二個比特進(jìn)行模二加運(yùn)算，依次類推，完成測控信道數(shù)據(jù)隨機(jī)化處理，且不對幀同步字加擾。
【文檔編號】H04B7/185GK104202116SQ201410353578
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月23日
【發(fā)明者】趙鴻, 王偉, 呂晶晶, 劉瑞竹, 聶少軍 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所