一种便携式全空域遥测接收系统和方法与流程

本发明属于航空飞行器遥测，特别涉及一种便携式全空域遥测接收系统和方法。

背景技术：

1、航空飞行器地面遥测应用主要为了实时了解和掌握飞行器飞行的参数和人机状态数据，并保证飞行器与地面无间断信号传输，使地面人员能够有效的对飞行器和任务实施有效监测。可以在飞行器航线规划的地面接收站址内远程、灵活和快速部署便携式遥测站，实现全空域范围内遥测数据的实时接收和目标精确跟踪。随着航空飞行器遥测技术日益成熟，各种先进技术和设备得到了广泛的应用，但对于现有的便携式遥测站天线仍有许多需要升级、改进和创新的地方。

2、通过调研发现，现有的便携式遥测接收站终端主要存在以下几方面缺点：

3、1、方位方向采用传统转台机构进行机械扫描，会增大整机重量；同时为实现信号传递引入射频旋转关节和滑环设备，整机可靠性降低；

4、2、俯仰方向方式一：采用传统转台机构进行机械扫描，会增大整机重量；同时为实现低仰角指向，将俯仰支臂加长，会增加整机高度；

5、3、俯仰方向方式二：利用天线阵面窄边宽波束(相对宽边窄波束而言)接收信号，不能实现低仰角指向，且俯仰向波束不能扫描。在目标偏离遥测站角度明显时，天线增益下降会降低系统接收能力，影响解调效果；

6、4、不能实现全空域遥测信号接收，存在信号盲区；

7、5、依赖数字引导和手动两种跟踪方式，跟踪方式单一；

8、6、在天线端和控制端距离较远情况下，采用射频线缆传输信号时，射频信号衰减较大，导致天线部署距离受限；

9、7、天线辐射单元或通道模块一旦故障或损坏，整机则不能正常工作，降低整机可靠性；

10、8、该类型设备基本依赖进口，且供货周期长，售后不方便。

11、在日常任务中，实现遥测系统快速部署，天线波束在方位0°～360°和俯仰-10°～90°内电扫描，波束全空域覆盖，对目标进行自跟踪，以及设备国产化等技术突破和创新就显得很重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种便携式全空域遥测接收系统和方法。该系统可实现轻量化、高集成度、远程部署、全空域波束覆盖、波束电扫描及自跟踪、高可靠性、产品国有化。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种便携式全空域遥测接收系统，包括天线分系统、射频分系统、波束形成与传输分系统、跟踪与控制分系统以及保障分系统，其中：

4、天线分系统，用于实现对全空域范围内目标遥测信号的全空域实时连续接收；

5、射频分系统，用于对天线分系统接收的信号进行放大和移相处理，根据跟踪与控制分系统下发的指令实现相控阵天线阵面的自动切换，以及相控阵天线和半球天线的自动切换；

6、波束形成与传输分系统，对射频分系统处理的信号进行合成，并生成自跟踪需要的和/差信号，进行射频信号与光信号的转化，最终将遥测信号传输给基带设备进行解析；

7、跟踪与控制分系统，用于实现对天线分系统中目标的精确指向和单脉冲自跟踪及对射频分系统下发各种控制指令；

8、保障分系统，用于为各系统设备提供可靠的供电、安装平台和防护措施。

9、优选的，所述天线分系统包括：相控阵天线、半球天线、天线背架和天线底座，其中：

10、相控阵天线实现天线整机方位方向0°～360°的波束覆盖和俯仰方向-10°～α的波束覆盖；

11、半球天线实现天线整机高仰角α～90°或法向±ψ°最佳波束覆盖；

12、天线背架主要为相控阵天线和半球天线提供结构支撑；

13、天线底座主要为相控阵天线和天线背架提供安装平台。

14、优选的，所述射频分系统包括：射频r组件、低噪声放大器、信号选择器、开关矩阵和功分器，其中：

15、射频r组件：实现对相控阵天线输出射频信号的放大、移相和衰减功能；

16、低噪声放大器：实现对半球天线输出射频信号的滤波、限幅和放大功能；

17、开关矩阵：根据跟踪与控制分系统下发的控制指令实现相控阵天线不同阵面的无缝切换；

18、信号选择器：实现相控阵天线和半球天线射频信号的切换功能；

19、功分器：将开关矩阵输出的和波束信号分为两路，一路输出至基带处理设备进行信号解调，另一路输出至跟踪下变频器。

20、优选的，波束形成与传输分系统包括：波束形成网络、光端机组件和光缆，其中：

21、波束形成网络实现相控阵天线接收通道的功率合成，并产生用于单脉冲自跟踪的和/差信号，再对方位和俯仰差信号进行合成；

22、光端机组件分别将功分器和半球天线输出的射频信号转换为光信号，再将光信号转换为射频信号。

23、光缆对光端机组件转换的信号进行传输。

24、优选的，跟踪与控制分系统包括：阵面波控单元、波束控制器、跟踪下变频器、跟踪接收机、交换机和便携计算机，其中：

25、波束控制器用于计算并实时向阵面波控单元下发相控阵天线的指向角度指令，可根据飞行目标与本站的相对位置信息控制开关矩阵进行4个阵面之间的切换；

26、阵面波控单元是波束控制器的下一级执行单元，用于接收波束控制器下发的天线指向角度信息，根据已有数据计算出具体的移相衰减数据，并实时发送到阵面天线射频r组件中，控制天线指向目标；

27、跟踪下变频器将功分器输出的射频信号转换为中频信号输出。

28、跟踪接收机接收跟踪下变频器输出的中频和/差信号并计算目标角误差后，输出agc电压值和方位/俯仰误差电压值上报给波束控制器，并与波束控制器配合完成飞行目标的精确指向和跟踪；

29、便携计算机安装有便携遥测站站控软件。用于显示各控制设备上报的状态参数，可选择相控阵天线的工作模式，设置相控阵天线跟踪频率，并给波束控制器下达阵面的切换指令，完成天线阵面切换；用于相控阵天线和半球天线输出信号通道的切换；

30、交换机：主要实现射频分系统、波束形成与传输分系统、跟踪与控制分系统网络中数据包的交换与传送。

31、一种便携式全空域遥测接收方法，包括以下步骤：

32、s1，制定飞行目标遥测接收计划，选定便携式遥测站部署位置；

33、s2，飞行目标向地面发射遥测信号，相控阵天线主用，半球天线辅助；

34、s3，相控阵天线输出4路和信号以及4路合成差信号，输入开关矩阵；

35、s4，开关矩阵对和信号进行4选1阵面切换后输出1路和信号进入功分器，合成差信号进行4选1阵面切换后输出1路合成差信号进入单脉冲跟踪接收机；

36、s5，和信号通过功分器后分2路输出，1路进入信号选择器与半球天线进行信号比较后送至基带处理设备，另1路进入单脉冲跟踪接收机；

37、s6，跟踪接收机对跟踪和差信号进行放大、调制、变频、检波、解调后得到方位和俯仰两路直流误差电压并反馈至波束控制器；

38、s7，波束控制器根据单脉冲跟踪接收机反馈的角误差信号，根据天线自身坐标和方位计算出天线指向角度，并控制相控阵天线4个阵面的阵面波控单元完成波束指向调整；

39、s8，当波束控制器计算得到飞行目标已经移动到相邻两阵面覆盖交叠区域时，触发开关矩阵完成阵面信号切换，保证目标跟踪的连续不中断；

40、s9，重复s3到s8，直到便携计算机发送停止或待机指令。

41、优选的，所述s3中，相控阵天线输出4路和信号以及4路合成差信号，输入开关矩阵的具体步骤为：

42、s301，相控阵天线每路阵元的接收信号首先通过射频r组件进行低噪声放大和移相衰减处理，输出1路信号；

43、s302，每个子阵从射频r组件输出的信号通过波束合路器后输出1路信号；

44、s303，单个阵面从波束合路器输出的4路信号再通过和差网络后会输出三路信号，分别是1路和波束信号，1路方位差波束信号以及1路俯仰差波束信号；

45、s304，单个阵面对方位差波束信号和俯仰差波束信号进行合成处理，输出一路合成差波束信号；

46、s305，相控阵天线四个阵面输出4路和信号以及4路合成差信号，输入开关矩阵。

47、优选的，所述s4中，开关矩阵有2个单刀四掷开关，输入8路信号，输出2路信号，其中每个单刀四掷开关对应四个阵面，开关矩阵输入信号分别为4个阵面的波束形成网络对应的4个和波束输出端口和4个合成差波束输出端口，输出信号为相控阵天线4选1和波束和4选1合成差波束。

48、优选的，所述s5中，1路进入信号选择器与半球天线进行信号比较的具体方法为：信号选择器中检波放大电路及反馈信息，确定由哪个天线负责信号输出。

49、优选的，所述s8中，相邻两阵面覆盖交叠区域为：4个阵面的波束指向角在相邻两阵面相交处各预留5°的交叠区域，总交叠区角度为10°。

50、本发明的有益效果如下：

51、通过合理设计，科学布局，具有以下六大优势，一：体积小，重量轻；二、在有限空间内，实现各设备的高度集成设计；三：根据遥测任务需求，可实现遥测站终端天线的远程、灵活和快速部署；四：可实现全空域波束覆盖，保证信号接收无盲区；五：在方位向0°～360°和俯仰向-10°～90°范围内实现波束电扫描，反应时间短，数据率高，并具备目标自跟踪能力，天线可靠性高；六、整机国产化率高。