《電子技術應用》
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载波相位测量在突发通信测距中的应用
电子技术应用
董孝东
西南电子技术研究所
摘要: 在数据链突发通信系统中,采用RTT校时方法来实现时间同步和测距,测量精度受码速率约束,难以进一步提高。提出了一种在传统RTT测距基础上引入载波相位测量值提升测距精度的方法。硬件层面采用零中频收发信机架构、收发共用本振、耦合闭环;软件算法层面对测量值综合处理、解算整周模糊来提升测量精度。通过这些技术的运用,在传统RTT测距流程基本不变的情况下,突破了载波相位需要连续跟踪的测量方式,利用载波相位的高分辨能力提升了测量精度。该方法经过实验室工程原理样机验证,有线测试结果表明,测量精度提高了约2个数量级,为突发通信高精度测距应用提供了一种可行的技术方案。
中圖分類號:TN96 文獻標志碼:A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.256931
中文引用格式: 董孝東. 載波相位測量在突發(fā)通信測距中的應用[J]. 電子技術應用,2026,52(2):117-123.
英文引用格式: Dong Xiaodong. Application of carrier phase measurement in burst communication ranging[J]. Application of Electronic Technique,2026,52(2):117-123.
Application of carrier phase measurement in burst communication ranging
Dong Xiaodong
Southwest China Institute of Electronic Technology
Abstract: In the realm of data link burst communication systems, the Round Trip Time (RTT) synchronization method is employed for time synchronization and ranging, with measurement accuracy being limited by the code rate and thus unable to be significantly enhanced. This paper introduces an enhancement technique that incorporates carrier phase measurements into the RTT ranging process to improve the accuracy of distance measurements. At the hardware level, this solution employs a zero-intermediate frequency (IF) transceiver architecture, shared local oscillators, and a coupled closed-loop system.At thesoftware algorithmic level, the measurement values are processed in a comprehensive manner, and the cycle slip is resolved to enhance the measurement accuracy. Through the application of these technologies, while maintaining the fundamental process of RTT-based ranging, they overcame the need for continuous tracking of carrier phase measurements and utilized the high resolution capability of carrier phase measurements to enhance measurement accuracy. This method has been validated through laboratory prototype testing, demonstrating a significant improvement in measurement accuracy, approximately two orders of magnitude, which offers a viable solution for high-precision ranging applications in burst communication systems.
Key words : round trip time;time synchronization;ranging;burst communication;carrier phase measurements

引言

在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中,利用通信體制來獲得高精度的時間同步、測距是一項重要的應用需求。在此基礎上,網(wǎng)絡成員確定與其他網(wǎng)絡成員的相對位置,實現(xiàn)網(wǎng)絡成員間相互定位、相對導航、傳感器協(xié)同[1]。

聯(lián)合戰(zhàn)術信息分發(fā)系統(tǒng)(JTIDS)是通信導航兼?zhèn)湎到y(tǒng)的成功范例。JTIDS系統(tǒng)除通信功能外,網(wǎng)絡成員通過周期性地接收其他成員的RTT(往返時間) 和PPLI(機載平臺精確定位與識別)消息,根據(jù)測量的到達時間(TOA)信息和PPLI消息中對方成員的位置信息,實現(xiàn)本平臺相對于其他成員的相對位置及平臺絕對地理位置的確定[2]。導航定位精度最高可達15 m以內(1 sigma)。

以JTIDS為代表的通信系統(tǒng),測距原理為測量接收信號的時差,精度取決于時間同步誤差,一般情況下,符號速率越大,測量精度越高。然而,通信系統(tǒng)的符號速率這一參數(shù)的設計是受信道容量、通信距離、抗干擾能力等多種因素制約的,難以隨意增大。放眼目前使用的測距定位系統(tǒng),GPS系統(tǒng)基于載波相位的差分系統(tǒng)的測距精度最高可達毫米級[3]。GRACE ( Gravity Recovery And Climate Experiment)衛(wèi)星系統(tǒng)中,核心載荷為高精度K 波段微波測距系統(tǒng)(KBR) [4],利用雙路K/Ka波段連續(xù)微波信號,通過測量高分辨率載波相位達到了微米量級的測距精度。上述系統(tǒng)均發(fā)射連續(xù)信號,接收端利用載波環(huán)路連續(xù)測量載波相位的變化[5],通過載波相位的應用,測距精度獲得了數(shù)量級的提升。一般情況下,GPS系統(tǒng)的載波同步時間長達秒級。然而,在數(shù)據(jù)鏈應用中,通信雙方發(fā)射的脈沖時長為毫秒甚至微秒量級,連續(xù)跟蹤載波相位的方法不再適用。

本文在上述背景下,提出在傳統(tǒng)RTT測距方法基礎上,通過測量載波相位、解算相位整周模糊等手段提高了數(shù)據(jù)鏈突發(fā)通信測距精度。


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作者信息:

董孝東

(西南電子技術研究所,四川 成都 610036)

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