徐达峰，杨建波

（空军航空大学 吉林 长春 130022）

TTNT数据链收发机消息处理机制的MATLAB仿真

徐达峰，杨建波

（空军航空大学 吉林 长春 130022）

战术目标瞄准网络技术作为Link 16数据链的补充链路，能够更好地补充Link 16在网络边缘处通信性能的不足。因此，在借鉴Link 16数据链收发机制的基础上，首先分析了TTNT数据链消息处理机制的原理，然后运用MATLAB的SIMULATION仿真模块对消息处理机制进行了模块构建，最后得到了TTNT的信号模拟波形。

航空电子对抗；TTNT数据链；消息处理机制；MATLAB仿真

随着网络技术的飞速发展,战争形式也正在经历从原来的机械化向高科技化的转变。美军在使用Link 16数据链的过程中,出现了战场数据传递缓慢、地面目标瞄准精度不足等缺点,正是基于此原因,美军开发了新一代数据链——TTNT[1]。而最适合TTNT数据链的收发机消息处理机制,对于TTNT用户之间进行快速、安全的信息交换具有非常大的影响,通过MATLAB的SIMULATION仿真模块对消息处理机制进行仿真,可以以最低成本验证该机制的有效性和实用性,以便更有效地进行对美军TTNT数据链的研究。

1 消息处理机制原理

TTNT数据链收发机包括了RS(Reed-Solomon)编码器、符号交织器、循环码移键控(CCSK)调制器、高斯最小频移键控(GMSK,Gaussian Minimum Keyed)码片调制器等单元[2],其结构模型如图1所示。

图1 TTNT收发机的消息处理模型Fig.1 The model of TTNT's message processing mechanism of transceiver

1)RS编码

RS编码会使用m个比特进行排列组合来得到M个符号,即M=2m。在一个TTNT信息到达物理层时,会按5bit标准被分成多个数据组。35bit的报头数据被分成7组后,每组5bit数据段经过RS(16,7)编码,就得到了16个5bit的报头数据段分码组；而含有报文头的 15个符号数据经过 RS (31,15)编码后进入到符号交织单元。

2)符号交织

对消息进行交织的目的是为了提高消息的抗干扰能力,以减少由于消息头部符号受到干扰而导致通信介质传输性能的下降,在接收端只需作相反的处理既可还原消息。

3)CCSK调制

一个32码片长度的序列经过向左位移后,与所有的32码片长度的序列进行互相关,以此来确定应该接收的码字。

4)GMSK调制

与Link 16数据链采用的MSK调制相比,GMSK在调制前采用了高斯滤波器进行预调制滤波,减小载波在切换频点时的跳变能量,可以最大化信道的吞吐量,有效减少误码率[3]。

GMSK调制过程如图2所示。

图2 GMSK调制过程Fig.2 The modulation process of GMSK

输入信号ak经过预调滤波器后,原本一个字符的传送周期(码元宽度T)会被扩展成kT(k∈KN+,k＞2)。预调滤波器的冲激响应可以表示为：

经过差分编码、串/并转换等运算后可以得到GMSK信号的表达式：

式(2)中,a表示输入数据,T表示码元宽度。

其中g(t)在[0,L]上可以表示为

5)GMSK解调

GMSK解调过程如图3所示。调制信号经过中频滤波器滤波出去高频分量后,分成两路进行处理,其中一路经过2T的延迟,另一路不做变化,两路信号相乘再经低通滤波器处理后,由判决门得到解调后的信息[4]。

图3 GMSK解调过程Fig.3 The demodulation process of GMSK

2 消息处理机制模型

根据上述的消息处理机制原理,下面使用MATLAB的SIMULINK功能模块对TTNT收发机的消息处理机制进行模型搭建[5-6]：

1)CCSK模块

CCSK模块中包含了clock、counter、bit2integer converter、unipolar2bipolar converter、subsystem、multiport switch等子模块,其结构如图4所示。

图4 CCSK模块Fig.4 CCSK module

2)GMSK模块

GMSK 模 块 中 包 含 了 AWGN Channel、Modulator Baseband、Error Rate Calculator、Error Rate、Binary Generator和Spectrum Scope等子模块,其结构如图5所示。

3)FH模块

FH 模 块 包 含 了 GMSK modulator baseband、GMSK demodulator baseband、assemble packets、AWGN channel等子模块,其结构如图6所示。

3 机制仿真

在真实作战场景中,TTNT收发机的天线采用了全向模式,以便及时与周围同伴进行联系。下面取其中一个方向进行模拟仿真,同时TTNT信号采用以TTNT频率群为载波频率的形式进行空间通信,得到的TTNT信号波形如图7所示。

从图7中可以看出,两个作战单元在一个方向使用TTNT模式进行通信时,每个传输序列中包含16个脉冲,每

个脉冲的载波频率在TTNT数据链的16个频点中随机选取；而4个方向同时进行并行传输,信号彼此之间就不会产生干扰,结果与预期相符合。

图5 GMSK模块Fig.5 GMSK module

图7 TTNT信号波形Fig.7 TTNT's signal waveform

4 结论

以TTNT数据链的收发机消息处理机制为主线,首先简单分析了其消息处理机制的原理,之后通过MATLAB的SIMULINK模块对消息处理机制进行了模型搭建,最后得到了TTNT的信号波形图。从实验结果来看,仿真得到的TTNT波形与实际的发射波形样式相同,说明此模型可以有效反映TTNT数据链收发机消息处理机制的特性,具有很好的实用性。

追踪的有轨电车轨道识别算法能够有效识别轨道,准确提取感兴趣区域。经过大量试验验证,在上文提到的软硬件环境下,算法耗费的时间约为0.15 s,满足实时性要求。

4 结论

本文提出一套从图像预处理到轨道模型构建、覆盖整个流程、满足实时性要求的有轨电车轨道识别算法。该算法首先利用有轨电车凹形轨实际特征提出基于多阈值的轨道区域分割方法,结合骨架提取思想提出具有较强抗干扰性的像素追踪方法,最后利用最小二乘分段二次拟合方法构建轨道模型。从试验结果可以看出,有轨电车轨道识别的准确性和实时性均可以得到满足。本文提出的算法的参数大多使用经验阈值,不具备自适应性,这是本文尚存在的不足,也是未来研究的方向。此外,在智能交通领域,真正具有实际应用价值的图像视觉系统应当是对采集的图像实时处理,动态追踪,因而将单帧算法应用到系统中去,真正实现实时获取实时处理也是下一步的工作方向。

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The MATLAB simulation on TTNT's message processing mechanism of transceiver

XU Da-feng,YANG Jian-bo
(Aviation University of Air Force,Changchun 130022,China)

As an important addition to Link 16 data link,Tactical Targeting Network Technology could supple-ment the communication performance of Link 16 data link,which has shortage at the edge of its network.As for,on the basis of Link 16's message processing mechanism of transceiver,it analyses the principle of TTNT's message processing mechanism of transceiver firstly.Then,it gives a model of its message processing mechanism of transceiver by means of the simulation module of MATLAB.Finally,it gets the simulative waveform of TTNT's signal.

aerospace electronic warfare；tactical targeting network technology data link；message processing mechanism of transceiver；MATLAB simulation

TN915.04

：A

:1674-6236(2015)23-0155-03

2015-04-08稿件编号：201504068

徐达峰(1989—)，男，浙江临安人，硕士。研究方向：通信前沿技术。