直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法技术

本发明专利技术涉及一种直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法，数据链与雷达共用天线以及射频前端，可在直升机平台与地面控制站间建立定向数据传输链路，用于SAR图像传输，信息交互，航路规划及指令制导。

【技术实现步骤摘要】

直升机载雷达数据链一体化综合射频系统是一种雷达通信一体化设计，数据链与雷达共用天线以及射频前端，可在直升机平台与地面控制站间建立定向数据传输链路，用于SAR图像传输，信息交互，航路规划及指令制导。
技术介绍
目前，直升机上的通信功能主要依靠通信电台来实现，由于通信电台的传输速率慢，因此无法实现大信息量传送。直升机平台不能及时将战场态势及编队协同信息等内容回传送给指挥站，这就使得决策者无法实时获取由直升机传感设备探测到的战场综合信息，导致直升机的目标打击能力和战场生存能力将大大降低。如果能将直升机的雷达与数据链进行综合一体化设计，利用雷达的高发射功率以及高灵敏度的接收机可大大增加通信距离；雷达的大带宽为高数据率速传输提供了必要的条件；同时，雷达天线的强方向性为通信信号的保密性提供了有力的保证，并且大大增强了通信信号的抗干扰能力。通过使雷达数据链一体化综合射频系统共用天线及射频收发系统，实现了直升机平台与指挥站远距离大数据率的隐蔽通信，并大大减小了集成设备的体积提高了整体装备的利用率。
技术实现思路
要解决的技术问题对于直升机战场侦察/火控雷达而言，其扫描策略往往是固定的，即对感兴趣的区域或目标进行周期扫描，一般采用固定的波束收发策略且采用定向天线。而对于地面指挥站与直升机间的数据链而言，通信内容随着战场形势及情报的紧迫性而实时变化，因此数据包的大小及发送周期实时改变且一般采用全向天线。为使直升机载雷达数据链一体化综合射频系统能分时实现雷达及数据链功能，必须设计一种兼容于雷达及数据链的整体时序关系及定向天线波束对准方法。由于数据链复用雷达的天线和射频前端，因此进行数据链的设计时应依据雷达的天线和射频前端进行兼容设计。技术方案一种直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法，其特征在于步骤如下：步骤1：依据雷达天线和射频前端指标及数据率与通信距离的要求进行链路预算确定信号及信道编码方式：根据式1.1计算接收机灵敏度Prmin：其中，PT为发射机功率，GR、GT为收发天线增益，λ为电磁波波长，L为系统损耗，R为要求的通信距离；根据式1.2选择信号及信道编码方式Eb/N0＝Prmin+114-NF-10logRb(1.2)其中，NF为接收机噪声系数，Rb为数据链的比特率，单位为Mbps，由求得的Eb/N0通过查误码表选择波形；Eb为比特能量，N0为噪声功率谱密度；步骤2：直升机与地面站进行通信“握手”，并根据地面站的指示进行时间对准及当前通信周期确立：2a)直升机端采用步骤1的波形发送数据链建立请求，并等待地面站回复；2b)直升机端发送数据链建立请求后的Tmax时段内，若收到地面站的回复则执行步骤2c)，否则再次转入步骤2a)；2c)直升机端通过收到的由地面站发来的握手报文来确认由地面站指明的当前数据链交互周期Tround；2d)自第一次握手以后，直升机和地面站开始正常数据交互；通信顺序为：首先由地面站发送本站的运动状态信息及上行数据，并指定交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；直升机收到地面站的上传信息后，开始下发数据给地面站，若数据包时长大于PACMAX或需要延长占用信道下发数据，则需在本数据包包尾添加延长占用时隙请示，得到地面站回复同意其延长占用信道后方可继续发送信息；延长数据包发送完成后，由地面站再次指定当前交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；若直升机在预定时隙内没有收到地面战的信息，需以Tround为周期监听地面站发送信息直至通信恢复；若经过M个周期后，直升机仍没有收到地面站的信息，则需要重新进行数据链建立请求即转入步骤2a)；步骤3：根据当前通信周期信息确立雷达数据链复合时序：比较每个周期能够安排的波位数M＝floor(Tradar/Tcpi)与雷达一次全方位扫描的总波位数N的大小，若M<N，则在Tradar时隙内无法进行全波位的扫描，而需要在下一个Tradar到来时补充上次没有扫描完的波位；其中，Tradar为雷达时隙，Tcpi为波位驻留时间，floor为向下取整符号；步骤4：数据链通信时隙，直升机平台根据惯导及GPS信息进行波束对准，实现直升机平台和地面站的有效通信：4a)通过GPS及惯导设备获取直升机的坐标信息：经度Lr、纬度Br、高度Hr和载机的姿态信息：横滚角α、纵摇角β、偏航角γ；并通过直升机与地面站的握手信息获取地面站的当前的坐标信息。4b)将直升机及地面站的经度、纬度、高度信息转换为直角坐标信息，转换公式如下：式1.4中，N为卯酉圈曲率半径，e为第一偏心率，a＝6378137m，b＝6356752m；B为纬度，L为经度；求出直升机和地面站的直角坐标位置后，可根据式1.5计算地面站相对于直升机平台的NED坐标位置：式1.5中，ΔX、ΔY、ΔZ分别为载机直角坐标减去地面站直角坐标的数值，Xrt、Yrt、Zrt分别为地面站相对于直升机平台NED坐标下的位置；此时还需要引入惯导信息计算地面站相对于机身坐标的相对位置：(X,Y,Z)T＝C(Xrt,Yrt,Zrt)T(1.7)由式1.6可构造转换矩阵C，通过式1.7可计算出地面站相对于机身坐标的相对位置；最后通过式1.8可计算出，地面站相对于载机的距离R、方位角θ和俯仰角即可将直升机平台的波束对准地面站。有益效果本专利技术提出的一种直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法，能分时实现雷达及数据链功能。附图说明图1为雷达和数据链的复合时序图。图2a和图2b分别为Tlink时段和Tradar时段内数据链功能与雷达功能的子时序图。图3a和图3b分别为WGS-84坐标系下地面站和直升机的位置关系及载机坐标系下地面站和直升机的位置关系。具体实施方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述：本专利技术包括雷达及数据链的整体时序关系设计，定向天线波束对准方法两个方面，主要包含如下步骤：(1)依据雷达天线和射频前端指标及数据率与通信距离的要求进行链路预算确定信号及信道编码方式；(2)直升机平台与指挥站进行通信“握手”，并根据指挥站的指示进行时间对准及当前通信周期确立；(3)根据当前通信周期信息确立雷达数据链复合时序；(4)数据链通信时隙，直升机平台根据惯导及GPS信息进行波束对准，实现直升机平台和指挥站的有效通信。下面分别对各步骤进行具体描述：步骤(1)根据式1.1确定接收机灵敏度式1.1中，PT为发射机功率，GR、GT为收发天线增益，λ为电磁波波长，L为系统损耗，R为要求的通信距离。通过计算求得到达雷达天线口面的信号功率Prmin。根据式1.2选择信号及信道编码方式Eb/N0＝Prmin+114-NF-10logRb(1.2)式1.2中，Prmin为由式1.1计算得的接收机灵敏度，NF为接收机噪声系数，Rb为数据链的比特率单位为Mbps，则可求得Eb/N0并通过查误码表选择合适的波形。Eb为比特能量，N0为噪声功率谱密度。步骤(2)由直升机与地面指挥站组成的数据链其通信特点是：直升机平台为高速运动平台而地面指挥站为固定建筑或缓慢移动车辆。为实现直升机平台与地面站的通信握手，在数据链建立前首先将地面站的初始位置通过手动加载或电台短报文发送的方式装定在数据链调用的缓存内。数据链功能起始时进行通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法，其特征在于步骤如下：步骤1：依据雷达天线和射频前端指标及数据率与通信距离的要求进行链路预算确定信号及信道编码方式：根据式1.1计算接收机灵敏度Prmin：Prmin=PT·GT·GR·λ2(4π)2·L·R2---(1.1)]]>其中，PT为发射机功率，GR、GT为收发天线增益，λ为电磁波波长，L为系统损耗，R为要求的通信距离；根据式1.2选择信号及信道编码方式Eb/N0＝Prmin+114‑NF‑10logRb   (1.2)其中，NF为接收机噪声系数，Rb为数据链的比特率，单位为Mbps，由求得的Eb/N0通过查误码表选择波形；Eb为比特能量，N0为噪声功率谱密度；步骤2：直升机与地面站进行通信“握手”，并根据地面站的指示进行时间对准及当前通信周期确立：2a)直升机端采用步骤1的波形发送数据链建立请求，并等待地面站回复；2b)直升机端发送数据链建立请求后的Tmax时段内，若收到地面站的回复则执行步骤2c)，否则再次转入步骤2a)；2c)直升机端通过收到的由地面站发来的握手报文来确认由地面站指明的当前数据链交互周期Tround；2d)自第一次握手以后，直升机和地面站开始正常数据交互；通信顺序为：首先由地面站发送本站的运动状态信息及上行数据，并指定交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；直升机收到地面站的上传信息后，开始下发数据给地面站，若数据包时长大于PACMAX或需要延长占用信道下发数据，则需在本数据包包尾添加延长占用时隙请示，得到地面站回复同意其延长占用信道后方可继续发送信息；延长数据包发送完成后，由地面站再次指定当前交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；若直升机在预定时隙内没有收到地面战的信息，需以Tround为周期监听地面站发送信息直至通信恢复；若经过M个周期后，直升机仍没有收到地面站的信息，则需要重新进行数据链建立请求即转入步骤2a)；步骤3：根据当前通信周期信息确立雷达数据链复合时序：比较每个周期能够安排的波位数M＝floor(Tradar/Tcpi)与雷达一次全方位扫描的总波位数N的大小，若M<N，则在Tradar时隙内无法进行全波位的扫描，而需要在下一个Tradar到来时补充上次没有扫描完的波位；其中，Tradar为雷达时隙，Tcpi为波位驻留时间，floor为向下取整符号；步骤4：数据链通信时隙，直升机平台根据惯导及GPS信息进行波束对准，实现直升机平台和地面站的有效通信：4a)通过GPS及惯导设备获取直升机的坐标信息：经度Lr、纬度Br、高度Hr和载机的姿态信息：横滚角α、纵摇角β、偏航角γ；并通过直升机与地面站的握手信息获取地面站的当前的坐标信息。4b)将直升机及地面站的经度、纬度、高度信息转换为直角坐标信息，转换公式如下：式1.4中，N为卯酉圈曲率半径，e为第一偏心率，a＝6378137m，b＝6356752m；B为纬度，L为经度；求出直升机和地面站的直角坐标位置后，可根据式1.5计算地面站相对于直升机平台的NED坐标位置：(Xrt,Yrt,Zrt)T=-sin Brcos Lr-sin Brsin Lrcos Br-sin Lrcos Lr0-cos Brcos Lr-cos Brsin Lr-sin Br(ΔX,ΔY,ΔZ)T---(1.5)]]>式1.5中，ΔX、ΔY、ΔZ分别为载机直角坐标减去地面站直角坐标的数值，Xrt、Yrt、Zrt分别为地面站相对于直升机平台NED坐标下的位置；此时还需要引入惯导信息计算地面站相对于机身坐标的相对位置：C=cosβcosγcosβsinγ-sinβsinαsinβcosγ-cosαsinγsinαsinβsinγ+cosαcosγsinαcosβcosαsinβcosγ+sinαsinγcosαsinβsinγ-sinαcosγcosαcosβ---(1.6)]]>(X,Y,Z)T＝C(Xrt,Yrt,Zrt)T   (1.7)由式1.6可构造转换矩阵C，通过式1.7可计算出地面站相对于机身坐标的相对位置；R=(X2+Y2+Z2)1/2θ=arctan(Y/X)&ph...

【技术特征摘要】
1.一种直升机载雷达数据链一体化综合射频设计方法，其特征在于步骤如下：步骤1：依据雷达天线和射频前端指标及数据率与通信距离的要求进行链路预算确定信号及信道编码方式：根据式1.1计算接收机灵敏度Prmin：Prmin=PT·GT·GR·λ2(4π)2·L·R2---(1.1)]]>其中，PT为发射机功率，GR、GT为收发天线增益，λ为电磁波波长，L为系统损耗，R为要求的通信距离；根据式1.2选择信号及信道编码方式Eb/N0＝Prmin+114-NF-10logRb(1.2)其中，NF为接收机噪声系数，Rb为数据链的比特率，单位为Mbps，由求得的Eb/N0通过查误码表选择波形；Eb为比特能量，N0为噪声功率谱密度；步骤2：直升机与地面站进行通信“握手”，并根据地面站的指示进行时间对准及当前通信周期确立：2a)直升机端采用步骤1的波形发送数据链建立请求，并等待地面站回复；2b)直升机端发送数据链建立请求后的Tmax时段内，若收到地面站的回复则执行步骤2c)，否则再次转入步骤2a)；2c)直升机端通过收到的由地面站发来的握手报文来确认由地面站指明的当前数据链交互周期Tround；2d)自第一次握手以后，直升机和地面站开始正常数据交互；通信顺序为：首先由地面站发送本站的运动状态信息及上行数据，并指定交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；直升机收到地面站的上传信息后，开始下发数据给地面站，若数据包时长大于PACMAX或需要延长占用信道下发数据，则需在本数据包包尾添加延长占用时隙请示，得到地面站回复同意其延长占用信道后方可继续发送信息；延长数据包发送完成后，由地面站再次指定当前交互周期Tround及直升机允许发送的最长数据包长PACMAX；若直升机在预定时隙内没有收到地面战的信息，需以Tround为周期监听地面站发送信息直至通信恢复；若经过M个周期后，直升机仍没有收到地面站的信息，则需要重新进行数据链建立请求即转入步骤2a)；步骤3：根据当前通信周期信息确立雷达数据链复合时序：比较每个周期能够安排的波位数M＝floor(Tradar/Tcpi)与雷达一次全方位扫描的总波位数N的大小，若M<N，则在Tradar时隙内无法进行全波位的扫描，而需要在下一个Tradar到来时补充上次没有扫描完的波...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐尧，杜自成，张明，段芳芳，景雄，
申请(专利权)人：西安电子工程研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61