雷達(dá)數(shù)據(jù)通信研究

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摘要就我國目前飛機(jī)上裝載的通信電臺而言，海量數(shù)據(jù)的傳輸需要占據(jù)大量的傳輸帶寬，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已經(jīng)難以滿足實(shí)際情況。而采用有源相控陣技術(shù)來對雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和接收，既能有效充分發(fā)揮其天線高增益的特性，而且不需要重新增加天線，大大降低了成本的消耗。因此，本文提出了基于有源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信方案，有效解決了雷達(dá)接收機(jī)沒有同步電路所帶來的問題，值得大幅度推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞有源相控陣技術(shù)；雷達(dá)數(shù)據(jù)通信；系統(tǒng)框架

0引言

傳統(tǒng)飛機(jī)上裝載的通信，其傳輸速度非常慢，無法實(shí)現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采集到大量數(shù)據(jù)后，目前現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈很難把采集的數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸?shù)降孛婵刂浦行?，而且在進(jìn)行任務(wù)交接過中，支援飛機(jī)也難以把相關(guān)文件保存下來。而有源相控陣技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正好有效解決了這一問題。但在飛機(jī)上加裝有源相控陣天線，會增加應(yīng)用成本，而且還要解決天線的安放位置，而新裝的天線勢必會對其他天線造成不同程度的干擾，成人影響飛機(jī)飛行的阻力，而通過有源相控陣?yán)走_(dá)天線則可以順利解決此類問題。

1有源相控陣?yán)走_(dá)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

整個(gè)系統(tǒng)由雷達(dá)天線、頻率源、控制部分、多通道接收機(jī)、信號/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共同組成，通過應(yīng)用此項(xiàng)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸和處理。通常情況下，雷達(dá)數(shù)據(jù)的處理比較依賴于雷達(dá)多次信息采集，并通過發(fā)生信號和接收信號來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的及時(shí)傳遞。

2有源相控陣?yán)走_(dá)天線的特點(diǎn)

2.1總發(fā)射信號功率比較高

就有源相控陣?yán)走_(dá)天線應(yīng)用實(shí)例表明，該系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，通過電纜來代替雷達(dá)管道，因此，在具體應(yīng)用過程中，并不會受到預(yù)熱時(shí)間和脈沖的限制。而且該系統(tǒng)中的發(fā)射系統(tǒng)也比較靈活和便捷，大大提升了總發(fā)射信號功率，從而實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的及時(shí)傳輸[1]。

2.2可靠性比較高

由于固態(tài)電子期間的平均故障間隔時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)比普通管子更長，因此相關(guān)構(gòu)件失效條件下的功能衰減量比較小，從而大幅度降低饋上功率的無故浪費(fèi)。可大幅度提升發(fā)射機(jī)的輸出功率，進(jìn)一步降低發(fā)射機(jī)對總功率的要求，從而達(dá)到節(jié)約電力資源的目的。

2.3改善發(fā)射天線的體積

在有源相控陣?yán)走_(dá)天線中，各個(gè)設(shè)備都在低電壓狀態(tài)下運(yùn)行，也就不存在高壓擊穿問題，這一特性就決定了，雷達(dá)發(fā)射天線的體積比較小，從而更好的發(fā)揮有源相控陣技術(shù)應(yīng)有的價(jià)值和作用。

2.4可進(jìn)一步簡化饋線系統(tǒng)

和無源相控陣技術(shù)相比，有源相控陣?yán)走_(dá)天線在具體應(yīng)用過程中，可大幅度簡化射頻系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而促使雷達(dá)數(shù)據(jù)通信實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化運(yùn)行，既能實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)，還能有效降低通信成本。

3基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信過程

3.1系統(tǒng)運(yùn)行過程

整個(gè)有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，通信脈沖是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)探測信息和數(shù)據(jù)技術(shù)傳輸?shù)闹刂兄?，而為更好的滿足雷達(dá)接收機(jī)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的及時(shí)傳遞，就需要從根本上保證通信脈沖和雷達(dá)脈沖載波頻率的一致性。同時(shí)為最大限度實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的高速傳輸，則需要盡量提升信道的寬度，這一點(diǎn)也是其他通信電臺難以實(shí)現(xiàn)，因此，在有源相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)的發(fā)送端，則需要添加其他設(shè)備來組成全新的通信電臺.A部分所代表的是系統(tǒng)的發(fā)送端，而B部分則表示接收端。橢圓虛線框架中則表示原來的通信電臺，矩形虛線則表示需要重新添加的部分。A部分中計(jì)算機(jī)的主要作用存儲雷達(dá)采樣設(shè)計(jì)，并對相關(guān)信號進(jìn)行處理，當(dāng)信號處理完成后，再通過信號處理器來對數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝和編碼處理，并及時(shí)做出對脈沖的響應(yīng)。在此過程中，要先考慮新添加的天線，能否和通信電臺共用一根天線，而如果可以實(shí)現(xiàn)共用，則可通過射頻開關(guān)，把收發(fā)機(jī)直接連接到天線上。而如果不能實(shí)現(xiàn)共用，則要重新加裝天線，才能滿足基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信的實(shí)際需求。而在B部分，信號處理器的主要功能：通信數(shù)據(jù)解調(diào)、信道解碼處理、對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，其主要作用是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的傳輸。而R2和R3則表示雷達(dá)數(shù)據(jù)鏈，其主要目的是實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳遞。

3.2信號處理過程

基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信的接收端信號處理，具體判斷方法有兩種，第一種判斷方法是通過系統(tǒng)運(yùn)行振幅來合理判斷雷達(dá)采樣信號，到底是脈沖信號還噪聲信號，此種判斷方法的原理是：在雷達(dá)采樣中，噪聲信號所持續(xù)的時(shí)間，比脈沖信號運(yùn)行時(shí)間略大。因此，在具體采樣時(shí)難免會收集到噪聲信號，但脈沖信號的振幅往往大于噪聲信號的幅度，通過幅度就可以判斷出雷達(dá)采樣得到是噪聲信號還是脈沖信號。除此之外，如果相位發(fā)生偏移，在可以通過功率補(bǔ)償?shù)姆椒▉磉M(jìn)行全面彌補(bǔ)，通過頻率補(bǔ)償后雷達(dá)采集的信號，也可以分為兩大列，其一是奇數(shù)列，其二偶數(shù)列，任何一種方法都可以實(shí)現(xiàn)相位偏移進(jìn)行處理；第二種判斷方法是通過校驗(yàn)位進(jìn)行全面判斷雷達(dá)采集數(shù)據(jù)的真實(shí)性，確保正確的數(shù)據(jù)可以順利存儲到緩沖器中，從而確保各種數(shù)據(jù)能順利傳輸。

3.3基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信的改進(jìn)方法

針對上述分析結(jié)合，在系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)時(shí)，很多方面只是從最簡單的情況入手，為提升整體系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和性能，可通過下屬方法進(jìn)行改進(jìn)：第一，把簡單對停等協(xié)議改變?yōu)槁?lián)系A(chǔ)RQ協(xié)議也可以根據(jù)源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際情況，重新選擇ARQ協(xié)議。應(yīng)用實(shí)例表明，原來的停等協(xié)議具有很強(qiáng)的局限性，很難滿足實(shí)際發(fā)展需求。比如：在停等協(xié)議條件下，設(shè)計(jì)脈沖并不是按照固定的脈沖進(jìn)行重復(fù)發(fā)生，而且在具體應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)脈沖的間隔時(shí)間往往大于雷達(dá)脈沖的時(shí)間間隔。簡而言之，需要間隔幾個(gè)接收窗才能接收到一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖。而如果采用ARQ協(xié)議，或者重新傳輸ARQ協(xié)議，則可以合理解決這一問題，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)脈沖通過固定的頻率進(jìn)行發(fā)送[2]。傳輸頻率要就盡量和雷達(dá)脈沖的充分頻率相一致，大量應(yīng)用實(shí)例表明，通過此種運(yùn)行方法，可促使每個(gè)接收窗都能單獨(dú)接收一個(gè)數(shù)據(jù)脈沖。但無論采用何種協(xié)議，需要合理保留脈沖觸發(fā)方法，否則數(shù)據(jù)脈沖就無法實(shí)現(xiàn)和接收窗的同步傳輸。第二，采用多進(jìn)制方法進(jìn)行調(diào)制，最常用的方法有兩種，一種是PSK法，也就是移相鍵控法；另一種是QAM法，也被稱之為多進(jìn)制正交振幅調(diào)制。應(yīng)用實(shí)例表明，如果源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的符號率相同，通過PSK法和QAM法進(jìn)行多進(jìn)制調(diào)制，可大幅度提升雷達(dá)數(shù)據(jù)的傳輸速度和及時(shí)性。所謂正交振幅調(diào)制法指的是采用兩個(gè)比較獨(dú)立的基帶波形，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相互正交的同頻截波，實(shí)現(xiàn)對雙邊帶的調(diào)制。主要的調(diào)制原理是通過相應(yīng)的信號，實(shí)現(xiàn)對頻譜正交分析，通過此種方法，就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)并行數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸。而就16QAM和16PSK這兩種調(diào)制方法的本質(zhì)特性而言，16QAM調(diào)制方法的抗噪聲性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)在16PSK調(diào)制方法以上[3]。但在具體應(yīng)用過程中，PSK屬于相對比較單純的調(diào)制法，系統(tǒng)中進(jìn)制數(shù)位越高，兩個(gè)信號之間的距離也就越近。其抗噪聲能力也就越低，在一定程度上限制了進(jìn)制數(shù)。因此，通常情況下，最高不能超過16PKS調(diào)制，而QAM調(diào)制法結(jié)合了幅度和相位的優(yōu)勢，發(fā)展至今已經(jīng)達(dá)到256進(jìn)制，因此，在具體應(yīng)用過程中，為有效提升數(shù)據(jù)使用率，在源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信中，最好采用256AQM就可以有效滿足實(shí)際需求[4]。第三，通過卷積碼或者RS碼對檢錯(cuò)碼進(jìn)行校驗(yàn)，在檢錯(cuò)碼時(shí)，除使用循環(huán)冗余進(jìn)行檢驗(yàn)之外，還可以采用卷積碼和RS碼節(jié)進(jìn)行校驗(yàn)。主要原因是卷積碼的譯碼主要采用維持比譯碼，此種譯碼屬于一種概率譯碼，為實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的合理傳輸和運(yùn)行，則需要對接收到的一段數(shù)據(jù)進(jìn)行全面計(jì)算和比較，以便找到一段最大相似的碼段，因此，在具體應(yīng)用中，源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收端的存在一定的延時(shí)性[5]。和卷積碼相比RS碼屬于一種前向糾錯(cuò)碼，在具體應(yīng)用過程中，主要通過交織技術(shù)促使源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的糾正。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，交織技術(shù)也是比較常用的錯(cuò)誤校驗(yàn)技術(shù)，其校驗(yàn)原理是通過非線性重新排列的方法，對雷達(dá)數(shù)據(jù)中存在的問題或者錯(cuò)誤進(jìn)行全面分析，以便確保雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的真實(shí)性，為后期應(yīng)用提供便利條件，具有很高的糾錯(cuò)能力。只要系統(tǒng)中還有一小部分沒有被破壞，則通過交織技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)數(shù)據(jù)的全面恢復(fù)，但也具有一定的缺點(diǎn)，在交織操作時(shí)可能存在較大的時(shí)延，在一定程度上影響了雷達(dá)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性【6】。

4結(jié)束語

綜上所述，本文結(jié)合理論實(shí)踐，研究了基于有源相控陣技術(shù)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）無源相控陣技術(shù)相比，有源相控陣技術(shù)在存儲雷達(dá)數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娼杂蟹浅Ｃ黠@優(yōu)勢。而且還具有高增益性和雷達(dá)系統(tǒng)高寬度的特點(diǎn)，從而有效解決目前數(shù)據(jù)鏈寬帶不足的問題。（2）傳統(tǒng)的雷達(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸距離只有150km，而在重傳率低于5%的前提下，即使最大的信息傳輸速率也只有1.7Mbps，很難滿足目前我國雷達(dá)數(shù)據(jù)通信的實(shí)際需求，而通過基于有源相控陣技術(shù)則能有效提升傳輸距離和傳輸速度。（3）通過有源相控陣?yán)走_(dá)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，不但可以提升數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸距離，還能促使發(fā)射端以更低的功率來發(fā)射信號，還能達(dá)到節(jié)約能源和降低信號的被截獲率。

作者：張建立 王明娟 單位：91550部隊(duì)