1 引 言

多连续波测量系统通过多站交会测量获取飞行器的高精度测速定位数据，是目前重要的飞行器试验高精度测量手段之一。该系统中，每个地面测量站与飞行器载应答机配合可以独立测得飞行器的距离R和距离变化率利用3个测量站获取6个测量元素就可以实现对飞行器的实时测速定位。系统具有测量精度高、测量元素多、布站灵活、实时性强等优点，自系统部署以来已成功完成了多次重大飞行试验的测量任务。

在系统建成时，采用了相参和非相参混合测量体制，飞行器载应答机采用了“一路相参、两路非相参”的中调转方案：应答机接收的三路信号分为一主二副，对主站信号相参转发，对两路副站信号则在变频后调制在主站转发信号上进行下发[1-4]。

通过多次实际飞行试验考核发现，当飞行器处于某些特殊飞行段落，应答机相参通道接收信号受飞行器的尾焰或遮挡影响出现异常时，对应的应答机转发信号会异常跳变。由于两路非相参通道信号是调制在相参通道转发信号的参考载波上进行下发，当主载波跳变，两路非相参信号也会同步跳变。当上述情况反复出现，地面测量数据将不断地瞬时失效，导致对相应测量段落只能采用其他较低精度测量数据进行平滑处理，从而对最终测量精度造成影响[5]。

为改善多通道间相互影响的现象，可将飞行器载应答机由“一路相参、两路非相参”的模式改进为三路全相参转发模式，这时三路信号独立接收,转发互不影响，避免了飞行过程中所有测量数据同时变差的情况。这种采用三路全相参转发的外测系统测量精度高，并且地面站设备方案易于实现，通过地面站的时钟精密同步、频率源精确标校、各站同时提取并处理应答机转发的三路载波频率和测距信号，全系统可同时完成多个距离和与距离和变化率的测量，大大提高了系统可靠度和布站灵活性。

伴随军改进程，应以装备领域顶层法规为龙头，加快推进装备保障法规制度的建设步伐，使各级装备部门的体制编制、职能作用、权力职责、业务关系、程序流程等有法可依；各级装备保障部门值班、会议、训练、演习等日常工作，以及考核、管理、报告、统计、保密等日常制度有章可循；各级装备部门的指挥、协调、实施等行动有法保障。防止权责不明、令出多门等制度性问题的发生，科学合理地划分、协调各级装备部门的任务，提高装备保障效率。军以下联勤保障单位的相关装备部门，还应丰富完善装备储备、装备训练、装备动员及各专业装备保障工作的规章制度，形成平战一体、切实可行的新时代装备保障法规体系。

本文将对三路全相参应答机实现方案进行论证，并对其关键指标进行分析。

2 应答机方案实现

2.1 应答机体制变化情况

在实际设计中，ρ、A均为常数，为了得到最佳的工程设计效果，必须统筹考虑器件能力、功耗影响、电路复杂度等综合因素，选取适当的量化系数m和倍频次数k。

该煤炭企业风选项目自2014年底开始进行立项，初期项目总预算约为460万(其中设备260万、皮带走廊100万、皮带等运输设备系统100万)。2015年，在风选项目推进实施过程中因两种选址建设方案所需投资均过大，上级公司要求该煤炭企业缩减项目投资，而当时并未有更好的方案缩减投资，这导致其风选项目在2015年一直没有实质性的进展。风选项目这一重大的效益工程不能付诸实施。

图1 “一路相参、两路非相参”原理示意图 Fig.1 Schematic diagram of one-way coherent and two-way non coherent

图2 三路全相参原理示意图 Fig.2 Schematic diagram of three-way full coherent

在采用模拟体制应答机设计模式时，三路全相参应答机由于硬件电路数量庞大、功耗上升而不可取，但在采用数字化设计方式后，电路设计可以相对简化，因此这种设计方式也具有一定的可行性。

2.2 标准架构数字化应答机设计方法的不足

(1)抑尘和防尘措施。在煤炭、矸石或其他干物料的贮、装、运、破碎、筛分过程中，采取产尘较少的工艺和设备，并采用适当的抑尘和防尘措施。如精煤贮存用圆筒仓代替精煤露天贮煤场；设置挡风抑尘墙，封闭转载点以及在原煤储煤厂安设喷水装置，严格控制喷水量。

通常，学科馆员在资源检索、数据整理分析以及科技查新等方面具有较强的优势，这也成为学科馆员嵌入用户研究过程。诸如在立项、中期研究、结项以及成果申报方面，学科馆员都能凭借职业素养以及相关经验，助力团队和个体用户的研究与发展。

图3 三路全相参应答机流程框图 Fig.3 Block diagram of three-way full coherent transponder

如图3所示，三路全相参应答机包括模拟信号处理前端和数字信号处理后端：模拟信号处理前端完成射频接收、发射、上/下变频、产生本振的功能；数字信号处理后端在数字域完成滤波、下混频、相参处理、测距信号解调/调制以及发射中频信号数字上变频，并进行D/A变换将输出信号送到模拟前端。

以相参通道1的转发频率流程设计为例，按照现有的数字化应答机设计方法，应答机的频率流程应满足如下关系：

FIR1=FR1-(A1+B1)×F0，

(1)

FIT1=FIR1×ρ1，

(2)

FT1=(C1-D1)×F0-FIT1 。

(3)

式中：FR1、FT1、FIR1、FIT1分别表示相参通道1的射频接收频率、射频转发频率、接收中频频率、转发中频频率，A1、B1分别为接收下变频一本振和二本振倍频次数，C1、D1分别表示转发上变频一本振和二本振倍频次数，F0为参考基准频率，ρ1为相参通道1的转发比。

当满足(C1-D1)=(A1+B1)×ρ1时，可以实现对非相干基准频率信号F0的抵消，最终可以实现FT1/FR1=ρ1，即实现了收发信号的相参转发。可以看出，这种设计方法中，频率流程的设计是关键，需要通过严格的收发本振频率配比来保证最终可以抵消掉非相干本振频率。采用这种应答机设计架构来开展三路全相参应答机设计，存在的主要难点包括：

(1)根据带通信号采样理论所确定采样频率FS，对中频信号FIR进行采样。

“一路相参、两路非相参”模式下，应答机采用同一组变频本振对三路信号进行变频，本振频率设计主要考虑对主站信号的相参转发，两路副站信号不用考虑频率相参性问题；而在三路全相参模式下，既要保持原收发频率关系，又要实现相参转发，因此需采用3组不同的变频本振来满足频率设计的需求，增加了小型化飞行器载设备工程实现的难度。

(2)大转发比的实现难度大

进行三路全相参转发设计时，设副站通道1的收发频率为FT2、FR2，副站通道2的收发频率为FT3、FR3，则其收发频率相参转发比可以表示如下：FT2/FR2=ρ2，FT3/FR3=ρ3。实际设计时发现，由于多系统没有考虑对副站通道频率进行相参转发，因此ρ2、ρ3无法用相对简单的整数比进行表示，其分子、分母的绝对值都太大，意味着若按照前述频率流程开展设计，本振倍频次数将过大，而太大的本振倍频次数将带来诸如相噪恶化、电路设计复杂化等一系列问题，这是在工程实现上需要尽量避免的。

这一天，我们看见周小羽没有去学校。我们问周小羽为什么不去学校时，他什么话也没有说，他只是将左手插在右手的袖管里，右手插在左手的袖管里，这样的姿势像极了站在村口老樟树下的那些上了年纪的人。这时的周小羽目光呆滞，面无表情，似乎我们说的他什么也没有听见。这个目无尊长的孩子啊！让我们岭北人越来越看不惯了。

考虑到上述两个工程实现上的难点，三路全相参多应答机不能简单地套用标准架构的数字化应答机设计方法，必须在总体设计方法上有所突破。

2.3 基于改进型数字化应答机架构的方案设计

随着信号处理水平的进步，器件能力的提高，可对现有的应答机设计方案进行改进，改进设计后的应答机理框图如图4所示。

图4 改进型三路全相参应答机流程框图 Fig.4 Block diagram of the improved three-way full coherent transponder

这种改进后的数字化应答机设计方式与传统的数字化应答机设计方法相比，主要区别在于：

依据岩性特征将古元古界金水口岩群进一步划分为片麻岩段(Pt1J1gn)、片岩段(Pt1J2sch)和大理岩段(Pt1J3mb)。片麻岩段主要分布在矿区南部，岩性主要为黑云斜长片麻岩，夹于片岩段的灰色黑云斜长石英片岩、灰黑色斜长角闪片岩中，与上覆片岩段呈整合接触关系；片岩段区内均有出露，呈NWW向条带状产出，岩性主要为灰黑色黑云斜长石英片岩、灰色斜长角闪片岩，其中斜长角闪片岩为石墨矿的主要赋矿围岩；大理岩段分布于区中部，受构造控制明显，具条带状构造布，局部夹有片岩段的灰色黑云斜长石英片岩，本区少量石墨矿出露于大理岩之中(图1)。

(1)射频收、发通道均采用一次变频设计；

在做数据分析时合理的使用SPSS 21.0统计软件，计数资料以率表示，采用x2检验。P＜0.05时的差异具有统计学的意义。

(2)在接收和发射通道，三路信号采用同一组本振频点进行变频处理，简化了设备复杂度；

(3)本振频点设计灵活，不需要为实现相关转发比而保持收发本振频点配比，通过信号处理算法的创新来实现射频信号的相参转发；

外弹道测量应答机已普遍采用中频数字化架构开展设计，采用这种架构的，三通道全相参应答机实现流程框图如图3所示。

对以上FITm表达式的频率模型进行简化、分析，可以得出其原理框图如图5所示。

3 应答机关键指标实现分析

3.1 基于带通采样的转发相关性分析

相对于原数字化应答机所采用的两次下变频、低中频设计、中频信号A/D变换低通采样的设计方式，采用改进架构后，应答机采用一次变频方式，为保证镜频抑制效果，采用了高中频设计。综合考虑多应答机的信号带宽、元器件水平、工程可靠性等问题，在A/D变换时则采用了带通采样方式。以任意一路信号为目标开展分析如下：

(1)频率变换关系复杂度加大

(2)带通采样后的频谱特性可表示为F(ω0±mωS)，m=0,1,2…。

(3)量化后的接收中频信号频率可以表示为

公式(5)～(7)中，fclk为DDS工作时钟，FCWIRm为中频锁相环DCO频率控制字，为中频信号进行A/D变换时的采样频率控制字，FCWF0为时钟频率对应频率控制字，FIR和FIT分别为接收中频和转发中频频率。

FIRm=(FR-AF0)-mFS。

式中：A为下变频本振倍频次数。为简化设计，可取FS为则有

(4)通过选取适当的带通采样频率，可以得到最优的中频频率值，最重要的选取原则是在保证信息带宽的体积下尽量降低中频频率，有利于后级的处理[8]。

设此时中频转发频率为FITm，则有射频转发频率为

FT=CF0-kFITm。

式中：C为上变频本振倍频次数，k为D/A变换时所取的倍频次数。

为了实现射频相参转发，即需要满足

ρ⟹

BIM运维平台可以利用BIM模拟优化功能进行专业的模拟分析，如建筑性能分析（声、光、热辐射和通风等）、应急疏散模拟、管线分析（空间分析、爆管分析和开挖分析等）以及火灾烟气模拟等，如图4和图5所示。

(4)

从以上分析可以看出，采用一次变频、带通采样后，通过算法设计，仍能保证射频转发的相关性。如公式(4)所示，此时的中频转发频率不再是简单的在接收中频上乘上一个转发比ρ，而是还要加上一个补偿量。

“一路相参、两路非相参”模式下应答机所接收到的信号定义为一路主站和两路副站信号，在对主站接收信号锁相接收、侧音解调/调制、码解调/再生调试、相参转发的同时，对两路副站接收信号接收变频后，直接调制在主站转发信号上作为高侧音进行下行转发。三路全相参模式下应答机对所接收到的信号不分主站和副站，分别独立完成三路接收信号锁相接收、侧音解调/调制、码解调/再生调制、相参转发。两种工作模式的应答机工作流程如图1和图2所示。

3.2 测速误差分析

测速精度是多系统的重要指标，对应答机测速误差造成影响的因素除了接收机热噪声影响之外，主要的误差来源还有两个：一是应答机由于采用基于“非相参方式实现相参转发”设计体制所带来的频率误差；二是由于数字信号合成分辨率所限制带来的量化误差[7]。但三通道全相参多应答机所采用的频率模型中，中频转发输出增加了一个补偿常量，这也会对应答机的测速误差造成影响，需要仔细加以分析。

(4)在工程实现上，采用信道LTCC三维封装、信号处理平台SIP设计等方案，实现了超小型化飞行器载产品设计[6]。

图5 转发中频信号产生框图 Fig.5 Block diagram of transmitting intermediate frequency signal

从图5可以看出，与标准化数字应答机架构不同之处在于，上述模型中转发中频信号加入一个频率补偿控制字FΔ。

根据上述频率流程模型，中频转发输出信号频率FIT可以表示为

(5)

(6)

设对以上两式简化、整理可得

(7)

本系统数据采集以及插深控制单元包括微处理器、电源转换电路、A/D转换器、电机控制电路以及电平转换电路。数据采集及插深控制单元原理框图，如图4所示。

从公式(7)可以看出，基于改进型架构的全相参应答机，其中频转发频率可由三个频率分量的组合来表达，其转发频率误差与以下几个因素有关：

夏奶奶弄好了午饭，三个人吃了，叶晓晓帮着收拾了碗筷，趴在八仙桌上打瞌睡，收音机里又依依呀呀放起了越剧，吴侬软语正好催眠，叶晓晓迷迷糊糊地就睡着了。

(1)时钟频率误差Δ1

输出中频中的时钟频率分量为其误差主要来自于DDS频率分辨率和转发比量化取整误差，绝对值小于

(2)中频锁相环频率误差Δ2

FCWIRm是中频锁相环锁定后的DCO频率控制字，其误差主要来自于DCO频率控制字量化位数，在量化位数同样取P的情况下，绝对值小于

“没，高二，不准备要她高考了，先来这边读一年预科。国内高考压力太大了，我不想要我女儿吃这个苦，再说啊……”她顿了下，“国内太不公平，生活压力太大了。还是留在澳洲好。”

(3)中频采样频率误差Δ3

是对中频信号进行A/D变换时的采样频率生成控制字，其误差主要来自于DCO频率控制字量化位数，在量化位数同样取P的情况下，绝对值小于

莫西沙星组患者血清及肺泡灌洗液的药物浓度高于左氧氟沙星组，差异具有统计学意义(P＜0.05);莫西沙星组药物在肺组织中的穿透率高于左氧氟沙星组，血液中的清除半衰期时间大于左氧氟沙星组，差异具有统计学意义(P＜0.05)。见表1。

综合上述对几个误差源的综合分析，可得出总的转发频率误差可表示为

|Δf|≤|Δ1|+|Δ2|+|Δ3|。

在采用50 MHz标准参考时钟(fclk为50 MHz)、36位频率控制字(即P为36)的情况下，结合工程设计需求，取本振倍频次数为100(A为100)，典型转发比为0.9(ρ为0.9)，采样频谱系数取为10(m为10)，采样时钟通过5分频得到(n为5)，可以计算出总的误差|Δf|≤0.007 Hz。

由于中频输出信号是通过变频得到下行转发信号，以上频率误差可视作在应答机转发信号中叠加了一个频率偏移量，当飞行器速度V=10 km/s、系统工作频率f为4 GHz时，该频率误差导致的测速误差增量为ΔV=5.25×10-4 m/s。

由以上分析可知，采用改进型架构设计的多应答机，当包括接收通道热噪声、频率源短稳、VCO短稳水平等测速误差元素相比原设计方案均无变化时，由于采用新方案所产生的测速误差增量对系统测速误差影响极小。

4 结束语

通过对多应答机进行三路全相参转发设计，能够以较小的代价改善飞行过程中出现接收信号遮挡时转发信号跳变导致系统测量精度下降的情况。本文提出了一种改进型数字化应答机设计思路，可以在不改变现有射频收发频率关系的情况下提供工程实现性较好的飞行器载设备解决方案，并对该方案的相差转发实现和测速误差两个重要指标进行了分析。采用这种方案研制的三路全相参多应答机已与地面雷达开展了对接，其测量结果满足系统要求。

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