專利名稱：基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法
技術領域：
本發明涉及航空通信領域，具體是指基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法。
背景技術：
傳統的航空遙測系統采用高增益自動跟蹤拋物面天線和一個數字/模擬接收來實現，在實際應用中它存在以下問題和缺陷1由高增益自動跟蹤拋物面天線造成的系統成本高，不易維護；2跟蹤天線在目標運動速度過快時容易造成丟失目標；3難于將擴頻技術應用到遙測系統中造成系統的抗干擾能力較差；4采用單載波技術，對于寬帶遙測數據的傳輸容易受到多普勒效應帶來的頻率彌散性和多路徑傳輸帶來的碼間干擾的影響；5接收機采用數字、模擬電平信號，需要額外的前端服務器進行數據預處理后，遙測數據才能進入地面數據中心的以太網中；6僅能實現點到點的遙測，不能實現多目標同時遙測的應用需求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法，降低接收天線的重量，并使其具備一定的抗振動能力，便于運輸或移動，使系統具備對同時對多個遙測目標的跟蹤能力；使系統具備更低的實現成本。本發明的目的通過下述技術方案實現
基于接收機陣列的航空遙測系統，包括機載部分和地面部分，其特征在于所述機載部分包括采集飛機系統參數的遙測發射機，遙測發射機將采集到的遙測數據傳輸至與其連接的上變頻器，上變頻器對接收的信號進行上變頻后傳輸至與上變頻器連接的功率放大器， 功率放大器對接收到的信號進行功率放大后傳輸至與功率放大器連接的發射天線，發射天線將接收到的信號轉換為電磁波信號并向外發送；地面部分包括接收電磁波信號的天線矩陣，天線矩陣將接收到的電磁波信號轉換為高頻電流信號并將該高頻電流信號傳輸至與天線矩陣連接的接收機室外單元，接收機室外單元對接收到的高頻電流信號進行處理后傳輸至與接收機室外單元連接的接收機室內單元，接收機室內單元將接收到的信號進行處理將其還原為遙測數據，并通過以太網傳輸至終端設備。通過在地面建立全向天線構成的接收矩陣、接收矩陣與接收機室外單元連接、接收機室外單元的接收單元與接收機室內單元連接的方式，代替了高增益自動跟蹤拋物面天線接收的方式，有效減少了接收天線的重量，同時接收矩陣可接收覆蓋空域內多個不同源的發射信號，通過頻分或碼分方式，實現了同時接收多個遙測參數的目的。所述的遙測發射機包括數據預處理器，數據預處理器將采集到的遙測信號進行發射前的預處理并將處理后的信號傳輸至與數據預處理器連接的數據切片器，數據切片器將接收到的信號切片成η個信號，η > 2且為自然數，并通過η個通道傳輸至頻率合成器，頻率合成器將η個通道的信號進行頻率合成后傳輸至與頻率合成器連接的上變頻器。進一步的講，通過將遙測數據在鏈路層分解為多個信號，并將多個信號分別處理的方式，保證了每個獨立信號的處理均符合接收的要求。所述每個通道均包括依次連接的糾錯編碼器、擴頻編碼器、調制解調器、數字上變頻器、消峰因子衰減器，所述糾錯編碼器與數據切片器連接并接收其中的一路信號，將該信號經過糾錯處理后傳輸至擴頻編碼器進行擴頻處理，擴頻處理后的信號傳輸至調制解調器進行處理，調制解調器處理后的信號傳輸至數字上變頻器進行變頻處理，經數字上變頻器處理的信號傳輸至消峰因子衰減器進行處理，消峰因子衰減器處理后的信號傳輸至與消峰因子衰減器連接的頻率合成器。通過一系列的數據處理，保證每個獨立的信號均能夠被接收、其參數信號的可還原性。所述的天線矩陣由η個全向天線構成，接收機室外單元包括η個相互獨立的接收單元，所述全向天線與接收單元一一對應，每個接收單元包括一個帶通濾波器、以及與帶通濾波器連接的低噪聲放大器。所述的接收機室內單元包括m個相互獨立的接收處理單元，m 且為自然數，每個接收處理單元包括一個下變頻器、與下變頻器連接的η個信號處理通道，每個下變頻器均與接收機室外單元的η個接收單元連接，m個下變頻器將接收機室外單元的η個信號變頻為m組信號，每組信號包括η個信號；每個信號分別傳輸至相互獨立的信號處理通道，每個信號處理通道包括依次連接的模數轉換器、數字下變頻DDC、調制解調器、糾錯譯碼器，在調制解調器上連接有PN碼捕獲器，PN碼捕獲器上連接有PN碼跟蹤環，PN碼跟蹤環與調制解調器連接，模數轉換器與下變頻器連接，糾錯譯碼器的輸出信號通過輸出接口傳輸至與輸出接口連接的數字信號處理板，數字信號處理板通過以太網與終端設備連接。基于接收機陣列的航空遙測方法，包括以下步驟
(A)在飛機上安裝遙測發射機，遙測發射機將采集到的遙測數據通過上變頻器調制到射頻載波之上并傳輸至功率放大器進行功率放大，放大后的信號通過發射天線轉換為電磁波信號并向外發送；
(B)在地面建立全向天線接收矩陣，將每個全向天線接收到的信號通過一個接收機室外單元的接收單元進行濾波和低噪聲放大處理，并同時進行自動增益控制；
(C)建立接收機陣列室內單元，接收機陣列室內單元包括相互獨立的接收處理單元，每個接收處理單元與接收機室外單元的所有接收單元連接，接收處理單元將接收到的信號進行數據處理后得到基帶信號；
(D)將基帶信號通過鏈路層協議處理模塊恢復成鏈路層協議包；
(E)鏈路層協議包，進入數據融合模塊進行數據融合，恢復成傳輸層協議包，經傳輸層協議處理模塊獲得的遙測數據，通過一個CPU處理模塊進行以太網UDP打包后輸出至終端設備。進一步講，所述的步驟(A)包括以下步驟 (Al)采集遙測數據，并進行預處理；
(A2)將預處理后的遙測數據切換為η個信號，η ^ 2且為自然數，η個信號在η個通道內分別依次進行如下處理
(Α21)將切片后的單個信號首先進行糾錯編碼處理； (Α22)其次對糾錯后的信號進行擴頻編碼；(A23)再將擴頻后的信號進行調制解調處理；
(A24)對調制解調后信號進行數字上變頻變化為高頻數字信號；
(A25)最后對高頻數字信號進行消峰衰減處理；
(A3)經過消峰衰減處理的η個信號通過頻率合成器合成；
(Α4)合成后的信號通過上變頻變成高頻信號；
(Α5)高頻信號通過功率放大器放大，并通過發射天線向外發射。進一步講，所述的步驟(B)包括以下步驟
(Bi)建立由η個全向天線構成的天線矩陣，同時建立由η個接收單元構成的接收機室外單元；
(Β2)每個全向接收天線接收步驟(A)的發射信號，并對所接收到的遙測信號進行如下處理
(Β21)在帶通濾波器內進行濾波處理；
(Β22)在低噪聲放大器內進行低噪聲放大，同時進行自動增益控制，當輸入信號強度大于門限值時，自動增益控制器將旁路信號低噪聲放大。進一步講，所述的步驟(C)包括以下步驟
(Cl)建立包括m個接收處理單元的接收機室內單元，每個接收機室內單元的接收處理單元均與接收機室外單元的η個接收單元連接；
(C2)接收機室內單元的每個接收處理單元接收η個接收單元輸出信號，接收處理單元的下變頻器根據載波的中心頻點，分別對接收的信號進行下變頻轉換，形成m*n個信號并傳送至信號處理通道；
(C3)信號處理通道對所接收的信號進行如下操作 (C31)模數轉換器將接收到得信號轉換為數字信號； (C32)數字信號在數字下變頻DDC內變換為中頻數字信號； (C33)中頻數字信號經過調制解調器變換為原信號； (C34)原信號經過糾錯譯碼器譯碼后變成基帶信號。本發明與現有技術相比，具有如下的優點和有益效果
1本發明基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法，采用在地面部分建立全向天線接收矩陣的方式，代替了傳統的高增益自動跟蹤拋物面天線，相對于高增益自動跟蹤拋物面天線，其重量大大減少，具備一定的抗振動能力，便于運輸或移動；同時具備對多個遙測目標的跟蹤能力；增加接收天線在長期使用過程中的可靠性，降低接收天線在使用過程中的維護成本；并且，本系統具備更低的實現成本；
2本發明基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法，在機載部分采用擴頻編碼、在地面部分采用擴頻解碼，增加了系統的抗干擾能力；
3本發明基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法，在機載部分采用糾錯編碼、在地面部分采用糾錯解碼，增加了系統在惡劣環境下數據傳輸的可靠性。
圖1為本發明硬件連接示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。 實施例如圖1所示，本發明基于接收機陣列的航空遙測系統，包括機載部分和地面部分， 機載部分包括采集飛機系統參數的遙測發射機，遙測發射機包括數據預處理器，與數據預處理器連接的數據切片器，數據切片器將接收到的信號切片成η個信號，η >2且為自然數， 并通過η個通道傳輸至頻率合成器，頻率合成器將η個通道的信號進行頻率合成后傳輸至與頻率合成器連接的上變頻器，每個通道均包括依次連接的糾錯編碼器、擴頻編碼器、調制解調器、數字上變頻器、消峰因子衰減器，消峰因子衰減器與頻率合成器連接；頻率合成器作為遙測發射機的輸出端與上變頻器連接，上變頻器對接收的信號進行上變頻后傳輸至與上變頻器連接的功率放大器，功率放大器對接收到的信號進行功率放大后傳輸至與功率放大器連接的發射天線，發射天線將接收到的信號轉換為電磁波信號并向外發送；地面部分包括接收電磁波信號的天線矩陣，天線矩陣由η個全向天線構成，接收機室外單元包括η個相互獨立的接收單元，全向天線與接收單元一一對應，每個接收單元包括一個帶通濾波器、 以及與帶通濾波器連接的低噪聲放大器，低噪聲放大器自身附帶一個自動增益控制器，當輸入信號強度大于門限值時，自動增益控制器將旁路信號低噪聲放大，避免過強的輸入信號造成設備的損壞；接收機室內單元包括m個相互獨立的接收處理單元，m > 1且為自然數，本實施例設定m=4，每個接收處理單元包括一個下變頻器、與下變頻器連接的η個信號處理通道，每個下變頻器均與接收機室外單元的η個接收單元連接，4個下變頻器將接收機室外單元的η個信號變頻為4組信號，每組信號包括η個信號；每個信號分別傳輸至相互獨立的信號處理通道，每個信號處理通道包括依次連接的模數轉換器、數字下變頻DDC、調制解調器、糾錯譯碼器，在調制解調器上連接有PN碼捕獲器，PN碼捕獲器上連接有PN碼跟蹤環，PN碼跟蹤環與調制解調器連接，模數轉換器與下變頻器連接，糾錯譯碼器的輸出信號通過輸出接口傳輸至與輸出接口連接的數字信號處理板，數字信號處理板將4組輸出的信號，傳輸至協議處理板中，通過基帶信號接口模塊接收基帶信號，然后經過鏈路層協議處理模塊恢復成鏈路層協議包；鏈路層協議包，進入數據融合模塊進行數據融合，恢復成傳輸層協議包；經傳輸層協議處理模塊獲得的遙測數據，通過一個CPU處理模塊進行以太網UDP打包后輸出并傳輸至終端設備。基于接收機陣列的航空遙測方法，包括以下步驟
(A)在飛機上安裝遙測發射機，遙測發射機將采集到的遙測數據通過上變頻器調制到射頻載波之上并傳輸至功率放大器進行功率放大，放大后的信號通過發射天線轉換為電磁波信號并向外發送，具體步驟如下 (Al)采集遙測數據，并進行預處理；
(A2)將預處理后的遙測數據切換為η個信號，η ^ 2且為自然數，η個信號在η個通道內分別依次進行如下處理
(Α21)將切片后的單個信號首先進行糾錯編碼處理； (Α22)其次對糾錯后的信號進行擴頻編碼； (Α23)再將擴頻后的信號進行調制解調處理；(A24)對調制解調后信號進行數字上變頻變化為高頻數字信號；
(A25)最后對高頻數字信號進行消峰衰減處理；
(A3)經過消峰衰減處理的η個信號通過頻率合成器合成；
(Α4)合成后的信號通過上變頻變成高頻信號；
(Α5)高頻信號通過功率放大器放大，并通過發射天線向外發射；
(B)在地面建立全向天線接收矩陣，將每個全向天線接收到得信號通過一個接收機室外單元的接收單元進行濾波和低噪聲放大處理，并同時進行自動增益控制，具體步驟如下
(Bi)建立由η個全向天線構成的天線矩陣，同時建立由η個接收單元構成的接收機室外單元；
(Β2)每個全向接收天線接收步驟(A)的發射信號，并對所接收到的遙測信號進行如下處理
(Β21)在帶通濾波器內進行濾波處理；
(Β22)在低噪聲放大器內進行低噪聲放大，同時進行自動增益控制，當輸入信號強度大于門限值時，自動增益控制器將旁路信號低噪聲放大；
(C)建立接收機陣列室內單元，接收機陣列室內單元包括相互獨立的接收處理單元，每個接收處理單元與接收機室外單元的所有接收單元連接，接收處理單元將接收到的信號進行數據處理后得到基帶信號，具體步驟如下
(Cl)建立包括m個接收處理單元的接收機室內單元，每個接收機室內單元的接收處理單元均與接收機室外單元的η個接收單元連接；
(C2)接收機室內單元的每個接收處理單元接收η個接收單元輸出信號，接收處理單元的下變頻器根據載波的中心頻點，分別對接收的信號進行下變頻轉換，形成m*n個信號并傳送至信號處理通道；
(C3)信號處理通道對所接收的信號進行如下操作 (C31)模數轉換器將接收到得信號轉換為數字信號； (C32)數字信號在數字下變頻DDC內變換為中頻數字信號； (C33)中頻數字信號經過調制解調器變換為原信號； (C34)原信號經過糾錯譯碼器譯碼后變成基帶信號；
(D)將基帶信號通過鏈路層協議處理模塊恢復成鏈路層協議包；
(E)鏈路層協議包，進入數據融合模塊進行數據融合，恢復成傳輸層協議包，經傳輸層協議處理模塊獲得的遙測數據，通過一個CPU處理模塊進行以太網UDP打包后輸出至終端 以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質上對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.基于接收機陣列的航空遙測系統，包括機載部分和地面部分，其特征在于所述機載部分包括采集飛機系統參數的遙測發射機，遙測發射機將采集到的遙測數據傳輸至與其連接的上變頻器，上變頻器對接收的信號進行上變頻后傳輸至與上變頻器連接的功率放大器，功率放大器對接收到的信號進行功率放大后傳輸至與功率放大器連接的發射天線，發射天線將接收到的信號轉換為電磁波信號并向外發送；地面部分包括接收電磁波信號的天線矩陣，天線矩陣將接收到的電磁波信號轉換為高頻電流信號并將該高頻電流信號傳輸至與天線矩陣連接的接收機室外單元，接收機室外單元對接收到的高頻電流信號進行處理后傳輸至與接收機室外單元連接的接收機室內單元，接收機室內單元將接收到的信號進行處理將其還原為遙測數據，并通過以太網傳輸至終端設備。
2.根據權利要求1所述的基于接收機陣列的航空遙測系統，其特征在于所述的遙測發射機包括數據預處理器，數據預處理器將采集到的遙測信號進行發射前的預處理并將處理后的信號傳輸至與數據預處理器連接的數據切片器，數據切片器將接收到的信號切片成 η個信號，η ^ 2且為自然數，并通過η個通道傳輸至頻率合成器，頻率合成器將η個通道的信號進行頻率合成后傳輸至與頻率合成器連接的上變頻器。
3.根據權利要求2所述的基于接收機陣列的航空遙測系統，其特征在于所述每個通道均包括依次連接的糾錯編碼器、擴頻編碼器、調制解調器、數字上變頻器、消峰因子衰減器，所述糾錯編碼器與數據切片器連接并接收其中的一路信號，將該信號經過糾錯處理后傳輸至擴頻編碼器進行擴頻處理，擴頻處理后的信號傳輸至調制解調器進行處理，調制解調器處理后的信號傳輸至數字上變頻器進行變頻處理，經數字上變頻器處理的信號傳輸至消峰因子衰減器進行處理，消峰因子衰減器處理后的信號傳輸至與消峰因子衰減器連接的頻率合成器。
4.根據權利要求1至3中任意一項所述的基于接收機陣列的航空遙測系統，其特征在于所述的天線矩陣由η個全向天線構成，接收機室外單元包括η個相互獨立的接收單元， 所述全向天線與接收單元一一對應，每個接收單元包括一個帶通濾波器、以及與帶通濾波器連接的低噪聲放大器。
5.根據權利要求4所述的基于接收機陣列的航空遙測系統，其特征在于所述的接收機室內單元包括m個相互獨立的接收處理單元，m > 1且為自然數，每個接收處理單元包括一個下變頻器、與下變頻器連接的η個信號處理通道，每個下變頻器均與接收機室外單元的η個接收單元連接，m個下變頻器將接收機室外單元的η個信號變頻為m組信號，每組信號包括η個信號；每個信號分別傳輸至相互獨立的信號處理通道，每個信號處理通道包括依次連接的模數轉換器、數字下變頻DDC、調制解調器、糾錯譯碼器，在調制解調器上連接有 PN碼捕獲器，PN碼捕獲器上連接有PN碼跟蹤環，PN碼跟蹤環與調制解調器連接，模數轉換器與下變頻器連接，糾錯譯碼器的輸出信號通過輸出接口傳輸至與輸出接口連接的數字信號處理板，數字信號處理板通過以太網與終端設備連接。
6.基于接收機陣列的航空遙測方法，其特征在于，包括以下步驟(A)在飛機上安裝遙測發射機，遙測發射機將采集到的遙測數據通過上變頻器調制到射頻載波之上并傳輸至功率放大器進行功率放大，放大后的信號通過發射天線轉換為電磁波信號并向外發送；(B)在地面建立全向天線接收矩陣，將每個全向天線接收到的信號通過一個接收機室外單元的接收單元進行濾波和低噪聲放大處理，并同時進行自動增益控制；(C)建立接收機陣列室內單元，接收機陣列室內單元包括相互獨立的接收處理單元，每個接收處理單元與接收機室外單元的所有接收單元連接，接收處理單元將接收到的信號進行數據處理后得到基帶信號；(D)將基帶信號通過鏈路層協議處理模塊恢復成鏈路層協議包；(E)鏈路層協議包，進入數據融合模塊進行數據融合，恢復成傳輸層協議包，經傳輸層協議處理模塊獲得的遙測數據，通過一個CPU處理模塊進行以太網UDP打包后輸出至終端設備。
7.根據權利要求6所述的基于接收機陣列的航空遙測方法，其特征在于所述的步驟(A)包括以下步驟(Al)采集遙測數據，并進行預處理；(A2)將預處理后的遙測數據切換為η個信號，η ^ 2且為自然數，η個信號在η個通道內分別依次進行如下處理(Α21)將切片后的單個信號首先進行糾錯編碼處理；(Α22)其次對糾錯后的信號進行擴頻編碼；(Α23)再將擴頻后的信號進行調制解調處理；(Α24)對調制解調后信號進行數字上變頻變化為高頻數字信號；(Α25)最后對高頻數字信號進行消峰衰減處理；(A3)經過消峰衰減處理的η個信號通過頻率合成器合成；(Α4)合成后的信號通過上變頻變成高頻信號；(Α5)高頻信號通過功率放大器放大，并通過發射天線向外發射。
8.根據權利要求7所述的基于接收機陣列的航空遙測方法，其特征在于所述的步驟(B)包括以下步驟(Bi)建立由η個全向天線構成的天線矩陣，同時建立由η個接收單元構成的接收機室外單元；(Β2)每個全向接收天線接收步驟(A)的發射信號，并對所接收到的遙測信號進行如下處理(Β21)在帶通濾波器內進行濾波處理；(Β22)在低噪聲放大器內進行低噪聲放大，同時進行自動增益控制，當輸入信號強度大于門限值時，自動增益控制器將旁路信號低噪聲放大。
9.根據權利要求8所述的基于接收機陣列的航空遙測方法，其特征在于所述的步驟(C)包括以下步驟(Cl)建立包括m個接收處理單元的接收機室內單元，每個接收機室內單元的接收處理單元均與接收機室外單元的η個接收單元連接；(C2)接收機室內單元的每個接收處理單元接收η個接收單元輸出信號，接收處理單元的下變頻器根據載波的中心頻點，分別對接收的信號進行下變頻轉換，形成m*n個信號并傳送至信號處理通道；(C3)信號處理通道對所接收的信號進行如下操作 (C31)模數轉換器將接收到得信號轉換為數字信號；(C32)數字信號在數字下變頻DDC內變換為中頻數字信號； (C33)中頻數字信號經過調制解調器變換為原信號； (C34)原信號經過糾錯譯碼器譯碼后變成基帶信號。
全文摘要
本發明公布了基于接收機陣列的航空遙測系統及其實現方法，包括機載部分和地面部分，機載部分包括遙測發射機，地面部分包括全向天線構成的天線矩陣、接收機室外單元、接收機室內單元。采用在地面部分建立全向天線接收矩陣的方式，代替了傳統的高增益自動跟蹤拋物面天線，相對于高增益自動跟蹤拋物面天線，其重量大大減少，具備一定的抗振動能力，便于運輸或移動；同時具備對多個遙測目標的跟蹤能力；增加接收天線在長期使用過程中的可靠性，降低接收天線在使用過程中的維護成本；并且，本系統具備更低的實現成本；采用擴頻編碼、擴頻解碼，增加了系統的抗干擾能力；采用糾錯編碼、糾錯解碼，增加了系統在惡劣環境下數據傳輸的可靠性。
文檔編號H04B7/155GK102355297SQ20111018663
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月5日 優先權日2011年7月5日
發明者呂春 申請人:成都睿興通電子科技有限公司, 成都飛機工業(集團)有限責任公司