专利名称：基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法
技术领域：
本发明涉及航空通信领域，具体是指基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法。
背景技术：
传统的航空遥测系统采用高增益自动跟踪抛物面天线和一个数字/模拟接收来实现，在实际应用中它存在以下问题和缺陷1由高增益自动跟踪抛物面天线造成的系统成本高，不易维护；2跟踪天线在目标运动速度过快时容易造成丢失目标；3难于将扩频技术应用到遥测系统中造成系统的抗干扰能力较差；4采用单载波技术，对于宽带遥测数据的传输容易受到多普勒效应带来的频率弥散性和多路径传输带来的码间干扰的影响；5接收机采用数字、模拟电平信号，需要额外的前端服务器进行数据预处理后，遥测数据才能进入地面数据中心的以太网中；6仅能实现点到点的遥测，不能实现多目标同时遥测的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法，降低接收天线的重量，并使其具备一定的抗振动能力，便于运输或移动，使系统具备对同时对多个遥测目标的跟踪能力；使系统具备更低的实现成本。本发明的目的通过下述技术方案实现
基于接收机阵列的航空遥测系统，包括机载部分和地面部分，其特征在于所述机载部分包括采集飞机系统参数的遥测发射机，遥测发射机将采集到的遥测数据传输至与其连接的上变频器，上变频器对接收的信号进行上变频后传输至与上变频器连接的功率放大器， 功率放大器对接收到的信号进行功率放大后传输至与功率放大器连接的发射天线，发射天线将接收到的信号转换为电磁波信号并向外发送；地面部分包括接收电磁波信号的天线矩阵，天线矩阵将接收到的电磁波信号转换为高频电流信号并将该高频电流信号传输至与天线矩阵连接的接收机室外单元，接收机室外单元对接收到的高频电流信号进行处理后传输至与接收机室外单元连接的接收机室内单元，接收机室内单元将接收到的信号进行处理将其还原为遥测数据，并通过以太网传输至终端设备。通过在地面建立全向天线构成的接收矩阵、接收矩阵与接收机室外单元连接、接收机室外单元的接收单元与接收机室内单元连接的方式，代替了高增益自动跟踪抛物面天线接收的方式，有效减少了接收天线的重量，同时接收矩阵可接收覆盖空域内多个不同源的发射信号，通过频分或码分方式，实现了同时接收多个遥测参数的目的。所述的遥测发射机包括数据预处理器，数据预处理器将采集到的遥测信号进行发射前的预处理并将处理后的信号传输至与数据预处理器连接的数据切片器，数据切片器将接收到的信号切片成η个信号，η > 2且为自然数，并通过η个通道传输至频率合成器，频率合成器将η个通道的信号进行频率合成后传输至与频率合成器连接的上变频器。进一步的讲，通过将遥测数据在链路层分解为多个信号，并将多个信号分别处理的方式，保证了每个独立信号的处理均符合接收的要求。所述每个通道均包括依次连接的纠错编码器、扩频编码器、调制解调器、数字上变频器、消峰因子衰减器，所述纠错编码器与数据切片器连接并接收其中的一路信号，将该信号经过纠错处理后传输至扩频编码器进行扩频处理，扩频处理后的信号传输至调制解调器进行处理，调制解调器处理后的信号传输至数字上变频器进行变频处理，经数字上变频器处理的信号传输至消峰因子衰减器进行处理，消峰因子衰减器处理后的信号传输至与消峰因子衰减器连接的频率合成器。通过一系列的数据处理，保证每个独立的信号均能够被接收、其参数信号的可还原性。所述的天线矩阵由η个全向天线构成，接收机室外单元包括η个相互独立的接收单元，所述全向天线与接收单元一一对应，每个接收单元包括一个带通滤波器、以及与带通滤波器连接的低噪声放大器。所述的接收机室内单元包括m个相互独立的接收处理单元，m 且为自然数，每个接收处理单元包括一个下变频器、与下变频器连接的η个信号处理通道，每个下变频器均与接收机室外单元的η个接收单元连接，m个下变频器将接收机室外单元的η个信号变频为m组信号，每组信号包括η个信号；每个信号分别传输至相互独立的信号处理通道，每个信号处理通道包括依次连接的模数转换器、数字下变频DDC、调制解调器、纠错译码器，在调制解调器上连接有PN码捕获器，PN码捕获器上连接有PN码跟踪环，PN码跟踪环与调制解调器连接，模数转换器与下变频器连接，纠错译码器的输出信号通过输出接口传输至与输出接口连接的数字信号处理板，数字信号处理板通过以太网与终端设备连接。基于接收机阵列的航空遥测方法，包括以下步骤
(A)在飞机上安装遥测发射机，遥测发射机将采集到的遥测数据通过上变频器调制到射频载波之上并传输至功率放大器进行功率放大，放大后的信号通过发射天线转换为电磁波信号并向外发送；
(B)在地面建立全向天线接收矩阵，将每个全向天线接收到的信号通过一个接收机室外单元的接收单元进行滤波和低噪声放大处理，并同时进行自动增益控制；
(C)建立接收机阵列室内单元，接收机阵列室内单元包括相互独立的接收处理单元，每个接收处理单元与接收机室外单元的所有接收单元连接，接收处理单元将接收到的信号进行数据处理后得到基带信号；
(D)将基带信号通过链路层协议处理模块恢复成链路层协议包；
(E)链路层协议包，进入数据融合模块进行数据融合，恢复成传输层协议包，经传输层协议处理模块获得的遥测数据，通过一个CPU处理模块进行以太网UDP打包后输出至终端设备。进一步讲，所述的步骤(A)包括以下步骤 (Al)采集遥测数据，并进行预处理；
(A2)将预处理后的遥测数据切换为η个信号，η ^ 2且为自然数，η个信号在η个通道内分别依次进行如下处理
(Α21)将切片后的单个信号首先进行纠错编码处理； (Α22)其次对纠错后的信号进行扩频编码；(A23)再将扩频后的信号进行调制解调处理；
(A24)对调制解调后信号进行数字上变频变化为高频数字信号；
(A25)最后对高频数字信号进行消峰衰减处理；
(A3)经过消峰衰减处理的η个信号通过频率合成器合成；
(Α4)合成后的信号通过上变频变成高频信号；
(Α5)高频信号通过功率放大器放大，并通过发射天线向外发射。进一步讲，所述的步骤(B)包括以下步骤
(Bi)建立由η个全向天线构成的天线矩阵，同时建立由η个接收单元构成的接收机室外单元；
(Β2)每个全向接收天线接收步骤(A)的发射信号，并对所接收到的遥测信号进行如下处理
(Β21)在带通滤波器内进行滤波处理；
(Β22)在低噪声放大器内进行低噪声放大，同时进行自动增益控制，当输入信号强度大于门限值时，自动增益控制器将旁路信号低噪声放大。进一步讲，所述的步骤(C)包括以下步骤
(Cl)建立包括m个接收处理单元的接收机室内单元，每个接收机室内单元的接收处理单元均与接收机室外单元的η个接收单元连接；
(C2)接收机室内单元的每个接收处理单元接收η个接收单元输出信号，接收处理单元的下变频器根据载波的中心频点，分别对接收的信号进行下变频转换，形成m*n个信号并传送至信号处理通道；
(C3)信号处理通道对所接收的信号进行如下操作 (C31)模数转换器将接收到得信号转换为数字信号； (C32)数字信号在数字下变频DDC内变换为中频数字信号； (C33)中频数字信号经过调制解调器变换为原信号； (C34)原信号经过纠错译码器译码后变成基带信号。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果
1本发明基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法，采用在地面部分建立全向天线接收矩阵的方式，代替了传统的高增益自动跟踪抛物面天线，相对于高增益自动跟踪抛物面天线，其重量大大减少，具备一定的抗振动能力，便于运输或移动；同时具备对多个遥测目标的跟踪能力；增加接收天线在长期使用过程中的可靠性，降低接收天线在使用过程中的维护成本；并且，本系统具备更低的实现成本；
2本发明基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法，在机载部分采用扩频编码、在地面部分采用扩频解码，增加了系统的抗干扰能力；
3本发明基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法，在机载部分采用纠错编码、在地面部分采用纠错解码，增加了系统在恶劣环境下数据传输的可靠性。
图1为本发明硬件连接示意图。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。 实施例如图1所示，本发明基于接收机阵列的航空遥测系统，包括机载部分和地面部分， 机载部分包括采集飞机系统参数的遥测发射机，遥测发射机包括数据预处理器，与数据预处理器连接的数据切片器，数据切片器将接收到的信号切片成η个信号，η >2且为自然数， 并通过η个通道传输至频率合成器，频率合成器将η个通道的信号进行频率合成后传输至与频率合成器连接的上变频器，每个通道均包括依次连接的纠错编码器、扩频编码器、调制解调器、数字上变频器、消峰因子衰减器，消峰因子衰减器与频率合成器连接；频率合成器作为遥测发射机的输出端与上变频器连接，上变频器对接收的信号进行上变频后传输至与上变频器连接的功率放大器，功率放大器对接收到的信号进行功率放大后传输至与功率放大器连接的发射天线，发射天线将接收到的信号转换为电磁波信号并向外发送；地面部分包括接收电磁波信号的天线矩阵，天线矩阵由η个全向天线构成，接收机室外单元包括η个相互独立的接收单元，全向天线与接收单元一一对应，每个接收单元包括一个带通滤波器、 以及与带通滤波器连接的低噪声放大器，低噪声放大器自身附带一个自动增益控制器，当输入信号强度大于门限值时，自动增益控制器将旁路信号低噪声放大，避免过强的输入信号造成设备的损坏；接收机室内单元包括m个相互独立的接收处理单元，m > 1且为自然数，本实施例设定m=4，每个接收处理单元包括一个下变频器、与下变频器连接的η个信号处理通道，每个下变频器均与接收机室外单元的η个接收单元连接，4个下变频器将接收机室外单元的η个信号变频为4组信号，每组信号包括η个信号；每个信号分别传输至相互独立的信号处理通道，每个信号处理通道包括依次连接的模数转换器、数字下变频DDC、调制解调器、纠错译码器，在调制解调器上连接有PN码捕获器，PN码捕获器上连接有PN码跟踪环，PN码跟踪环与调制解调器连接，模数转换器与下变频器连接，纠错译码器的输出信号通过输出接口传输至与输出接口连接的数字信号处理板，数字信号处理板将4组输出的信号，传输至协议处理板中，通过基带信号接口模块接收基带信号，然后经过链路层协议处理模块恢复成链路层协议包；链路层协议包，进入数据融合模块进行数据融合，恢复成传输层协议包；经传输层协议处理模块获得的遥测数据，通过一个CPU处理模块进行以太网UDP打包后输出并传输至终端设备。基于接收机阵列的航空遥测方法，包括以下步骤
(A)在飞机上安装遥测发射机，遥测发射机将采集到的遥测数据通过上变频器调制到射频载波之上并传输至功率放大器进行功率放大，放大后的信号通过发射天线转换为电磁波信号并向外发送，具体步骤如下 (Al)采集遥测数据，并进行预处理；
(A2)将预处理后的遥测数据切换为η个信号，η ^ 2且为自然数，η个信号在η个通道内分别依次进行如下处理
(Α21)将切片后的单个信号首先进行纠错编码处理； (Α22)其次对纠错后的信号进行扩频编码； (Α23)再将扩频后的信号进行调制解调处理；(A24)对调制解调后信号进行数字上变频变化为高频数字信号；
(A25)最后对高频数字信号进行消峰衰减处理；
(A3)经过消峰衰减处理的η个信号通过频率合成器合成；
(Α4)合成后的信号通过上变频变成高频信号；
(Α5)高频信号通过功率放大器放大，并通过发射天线向外发射；
(B)在地面建立全向天线接收矩阵，将每个全向天线接收到得信号通过一个接收机室外单元的接收单元进行滤波和低噪声放大处理，并同时进行自动增益控制，具体步骤如下
(Bi)建立由η个全向天线构成的天线矩阵，同时建立由η个接收单元构成的接收机室外单元；
(Β2)每个全向接收天线接收步骤(A)的发射信号，并对所接收到的遥测信号进行如下处理
(Β21)在带通滤波器内进行滤波处理；
(Β22)在低噪声放大器内进行低噪声放大，同时进行自动增益控制，当输入信号强度大于门限值时，自动增益控制器将旁路信号低噪声放大；
(C)建立接收机阵列室内单元，接收机阵列室内单元包括相互独立的接收处理单元，每个接收处理单元与接收机室外单元的所有接收单元连接，接收处理单元将接收到的信号进行数据处理后得到基带信号，具体步骤如下
(Cl)建立包括m个接收处理单元的接收机室内单元，每个接收机室内单元的接收处理单元均与接收机室外单元的η个接收单元连接；
(C2)接收机室内单元的每个接收处理单元接收η个接收单元输出信号，接收处理单元的下变频器根据载波的中心频点，分别对接收的信号进行下变频转换，形成m*n个信号并传送至信号处理通道；
(C3)信号处理通道对所接收的信号进行如下操作 (C31)模数转换器将接收到得信号转换为数字信号； (C32)数字信号在数字下变频DDC内变换为中频数字信号； (C33)中频数字信号经过调制解调器变换为原信号； (C34)原信号经过纠错译码器译码后变成基带信号；
(D)将基带信号通过链路层协议处理模块恢复成链路层协议包；
(E)链路层协议包，进入数据融合模块进行数据融合，恢复成传输层协议包，经传输层协议处理模块获得的遥测数据，通过一个CPU处理模块进行以太网UDP打包后输出至终端 以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
权利要求
1.基于接收机阵列的航空遥测系统，包括机载部分和地面部分，其特征在于所述机载部分包括采集飞机系统参数的遥测发射机，遥测发射机将采集到的遥测数据传输至与其连接的上变频器，上变频器对接收的信号进行上变频后传输至与上变频器连接的功率放大器，功率放大器对接收到的信号进行功率放大后传输至与功率放大器连接的发射天线，发射天线将接收到的信号转换为电磁波信号并向外发送；地面部分包括接收电磁波信号的天线矩阵，天线矩阵将接收到的电磁波信号转换为高频电流信号并将该高频电流信号传输至与天线矩阵连接的接收机室外单元，接收机室外单元对接收到的高频电流信号进行处理后传输至与接收机室外单元连接的接收机室内单元，接收机室内单元将接收到的信号进行处理将其还原为遥测数据，并通过以太网传输至终端设备。
2.根据权利要求1所述的基于接收机阵列的航空遥测系统，其特征在于所述的遥测发射机包括数据预处理器，数据预处理器将采集到的遥测信号进行发射前的预处理并将处理后的信号传输至与数据预处理器连接的数据切片器，数据切片器将接收到的信号切片成 η个信号，η ^ 2且为自然数，并通过η个通道传输至频率合成器，频率合成器将η个通道的信号进行频率合成后传输至与频率合成器连接的上变频器。
3.根据权利要求2所述的基于接收机阵列的航空遥测系统，其特征在于所述每个通道均包括依次连接的纠错编码器、扩频编码器、调制解调器、数字上变频器、消峰因子衰减器，所述纠错编码器与数据切片器连接并接收其中的一路信号，将该信号经过纠错处理后传输至扩频编码器进行扩频处理，扩频处理后的信号传输至调制解调器进行处理，调制解调器处理后的信号传输至数字上变频器进行变频处理，经数字上变频器处理的信号传输至消峰因子衰减器进行处理，消峰因子衰减器处理后的信号传输至与消峰因子衰减器连接的频率合成器。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的基于接收机阵列的航空遥测系统，其特征在于所述的天线矩阵由η个全向天线构成，接收机室外单元包括η个相互独立的接收单元， 所述全向天线与接收单元一一对应，每个接收单元包括一个带通滤波器、以及与带通滤波器连接的低噪声放大器。
5.根据权利要求4所述的基于接收机阵列的航空遥测系统，其特征在于所述的接收机室内单元包括m个相互独立的接收处理单元，m > 1且为自然数，每个接收处理单元包括一个下变频器、与下变频器连接的η个信号处理通道，每个下变频器均与接收机室外单元的η个接收单元连接，m个下变频器将接收机室外单元的η个信号变频为m组信号，每组信号包括η个信号；每个信号分别传输至相互独立的信号处理通道，每个信号处理通道包括依次连接的模数转换器、数字下变频DDC、调制解调器、纠错译码器，在调制解调器上连接有 PN码捕获器，PN码捕获器上连接有PN码跟踪环，PN码跟踪环与调制解调器连接，模数转换器与下变频器连接，纠错译码器的输出信号通过输出接口传输至与输出接口连接的数字信号处理板，数字信号处理板通过以太网与终端设备连接。
6.基于接收机阵列的航空遥测方法，其特征在于，包括以下步骤(A)在飞机上安装遥测发射机，遥测发射机将采集到的遥测数据通过上变频器调制到射频载波之上并传输至功率放大器进行功率放大，放大后的信号通过发射天线转换为电磁波信号并向外发送；(B)在地面建立全向天线接收矩阵，将每个全向天线接收到的信号通过一个接收机室外单元的接收单元进行滤波和低噪声放大处理，并同时进行自动增益控制；(C)建立接收机阵列室内单元，接收机阵列室内单元包括相互独立的接收处理单元，每个接收处理单元与接收机室外单元的所有接收单元连接，接收处理单元将接收到的信号进行数据处理后得到基带信号；(D)将基带信号通过链路层协议处理模块恢复成链路层协议包；(E)链路层协议包，进入数据融合模块进行数据融合，恢复成传输层协议包，经传输层协议处理模块获得的遥测数据，通过一个CPU处理模块进行以太网UDP打包后输出至终端设备。
7.根据权利要求6所述的基于接收机阵列的航空遥测方法，其特征在于所述的步骤(A)包括以下步骤(Al)采集遥测数据，并进行预处理；(A2)将预处理后的遥测数据切换为η个信号，η ^ 2且为自然数，η个信号在η个通道内分别依次进行如下处理(Α21)将切片后的单个信号首先进行纠错编码处理；(Α22)其次对纠错后的信号进行扩频编码；(Α23)再将扩频后的信号进行调制解调处理；(Α24)对调制解调后信号进行数字上变频变化为高频数字信号；(Α25)最后对高频数字信号进行消峰衰减处理；(A3)经过消峰衰减处理的η个信号通过频率合成器合成；(Α4)合成后的信号通过上变频变成高频信号；(Α5)高频信号通过功率放大器放大，并通过发射天线向外发射。
8.根据权利要求7所述的基于接收机阵列的航空遥测方法，其特征在于所述的步骤(B)包括以下步骤(Bi)建立由η个全向天线构成的天线矩阵，同时建立由η个接收单元构成的接收机室外单元；(Β2)每个全向接收天线接收步骤(A)的发射信号，并对所接收到的遥测信号进行如下处理(Β21)在带通滤波器内进行滤波处理；(Β22)在低噪声放大器内进行低噪声放大，同时进行自动增益控制，当输入信号强度大于门限值时，自动增益控制器将旁路信号低噪声放大。
9.根据权利要求8所述的基于接收机阵列的航空遥测方法，其特征在于所述的步骤(C)包括以下步骤(Cl)建立包括m个接收处理单元的接收机室内单元，每个接收机室内单元的接收处理单元均与接收机室外单元的η个接收单元连接；(C2)接收机室内单元的每个接收处理单元接收η个接收单元输出信号，接收处理单元的下变频器根据载波的中心频点，分别对接收的信号进行下变频转换，形成m*n个信号并传送至信号处理通道；(C3)信号处理通道对所接收的信号进行如下操作 (C31)模数转换器将接收到得信号转换为数字信号；(C32)数字信号在数字下变频DDC内变换为中频数字信号； (C33)中频数字信号经过调制解调器变换为原信号； (C34)原信号经过纠错译码器译码后变成基带信号。
全文摘要
本发明公布了基于接收机阵列的航空遥测系统及其实现方法，包括机载部分和地面部分，机载部分包括遥测发射机，地面部分包括全向天线构成的天线矩阵、接收机室外单元、接收机室内单元。采用在地面部分建立全向天线接收矩阵的方式，代替了传统的高增益自动跟踪抛物面天线，相对于高增益自动跟踪抛物面天线，其重量大大减少，具备一定的抗振动能力，便于运输或移动；同时具备对多个遥测目标的跟踪能力；增加接收天线在长期使用过程中的可靠性，降低接收天线在使用过程中的维护成本；并且，本系统具备更低的实现成本；采用扩频编码、扩频解码，增加了系统的抗干扰能力；采用纠错编码、纠错解码，增加了系统在恶劣环境下数据传输的可靠性。
文档编号H04B7/155GK102355297SQ20111018663
公开日2012年2月15日 申请日期2011年7月5日 优先权日2011年7月5日
发明者吕春 申请人:成都睿兴通电子科技有限公司, 成都飞机工业(集团)有限责任公司