CN104459687A - 一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，通过在单个车载站上集成多个平板自跟踪天线实现对多个目标的跟踪测控，包括多个平板自跟踪天线伺服分系统、多个遥测接收解调分系统、一个多目标综合监控分系统、多个安控分系统、一个载车分系统。平板自跟踪天线伺服分系统实现对多个目标的自动跟踪，遥测接收解调分系统负责完成多个目标的遥测数据解调，多目标综合监控分系统负责协调多台平板自跟踪天线完成多个目标的跟踪测控，安控分系统负责对外发送安控指令，载车分系统负责为其它分系统提供移动工作保障。本发明各个分系统功能清晰，设备集成度高，实现了单个车载站对多个目标的跟踪测控，且成本远低于采用相控阵天线的车载测控系统。

Description

一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统

技术领域

本发明涉及一种多目标车载测控系统，特别是一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，同时对多个目标进行跟踪测控，适用于导弹测控系统需要同时对多个目标进行跟踪测控的场合，属于导弹武器系统的测控系统技术领域。

背景技术

车载测控系统是导弹武器系统的重要组成部分。车载测控系统的主要作用是通过载车的形式，使测控系统方便移动，可以在不同的地方对动态目标进行跟踪，使目标始终处于天线主波束的中心线附近，从而以最大接收增益可靠的连续接收遥测信号，同时通过天线发出控制指令。

目前常见的车载测控系统都是一车一天线，由于天线体积较大，无法在一辆载车上配备多副天线，同一时刻只能对一个目标进行跟踪测控，不能同时对多个目标进行跟踪测控。近几年出现了相控阵天线车载测控站，虽然能同时对多个目标进行跟踪测控，但是造价太高、维修不便。

现在导弹部队的军演或作战训练中，经常出现同一时刻需要跟踪多个目标的场合，如果配备常见的车载测控站，需要配备多套才能满足任务要求，且需要的操作号手多、多套累计造价也高、不方便统一监控各个车载测控站的情况，如果配备相控阵天线车载测控站，则造价太高。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，可以利用平板自跟踪天线实现同一时刻单套车载测控站对多个目标的跟踪测控，最大程度上满足了导弹武器系统同一时刻要对多个目标进行跟踪测控的需求。

本发明的技术解决方案是：一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，包括：N个平板自跟踪天线伺服分系统、N个接收解调分系统、一个监控分系统、N个安控分系统和一个载车分系统；

所述天线伺服分系统为平板自跟踪天线伺服分系统，接收解调分系统为遥测接收解调分系统，监控分系统为多目标综合监控分系统；

每个天线伺服分系统分别与一个接收解调分系统和一个安控分系统相连，每个天线伺服分系统接收单个目标的无线射频信号并送给与其连接的接收解调分系统，接收解调分系统从接收到的射频信号中解算出角误差信息并发送给天线伺服分系统，天线伺服分系统采集天线实时角信息，根据接收到的角误差信息完成对目标的自动跟踪，天线伺服分系统完成目标跟踪后，接收解调分系统进行目标遥测数据解调；所述天线伺服分系统采用能进行单通道单脉冲跟踪的平板自跟踪天线；

监控分系统与所有的安控分系统和接收解调分系统相连，监控分系统发送控制信号给安控分系统，安控分系统对接收到的控制信号进行调制和上变频处理，产生目标控制指令，通过天线伺服分系统将目标控制指令输出给跟踪目标，并将目标控制指令回送给监控分系统；

接收解调分系统接收直接输入的或者监控分系统发送的天线控制信号和接收解调参数信息，并将天线控制信号发送给天线伺服分系统，控制天线运动，同时接收解调分系统根据接收到的接收解调参数信息进行目标信号的接收解调，并将接收解调状态信息返回给监控分系统，所述接收解调的状态信息包括：接收解调分系统中的接收机锁定状态、帧同步、副帧同步和目标信号解密同步；

监控分系统接收安控分系统返回的目标控制指令和接收解调分系统返回的接收解调状态信息并进行显示；

载车分系统包括载车、车载空调和车载电站，载车分系统与所有分系统连接，为各个分系统提供电源及移动工作平台。

所述天线伺服分系统包括平板自跟踪天线、平板自跟踪天线座、伺服控制单元、伺服功放、方位伺服电机、俯仰伺服电机、上行控制指令功放单元、俯仰角度编码器、方位角度编码器和控制电源；

控制电源为天线伺服分系统的各组成单元提供电源；平板自跟踪天线安装在平板自跟踪天线座上，

上行控制指令功放单元、伺服控制单元、伺服功放、方位伺服电机和俯仰伺服电机均安装在平板自跟踪天线座内部；

上行控制指令功放单元接收安控分系统的目标控制指令，并将目标控制指令通过平板自跟踪天线发送给目标；

平板自跟踪天线接收目标的无线射频信号并将接收到的无线射频信号传送给接收解调分系统；

伺服控制单元从接收解调分系统接收的角误差信息，方位角度编码器和俯仰角度编码器获取平板自跟踪天线的实时角信息并传送给伺服控制单元，伺服控制单元根据接收到的角误差信息和实时角信息解算出伺服控制量，并将该伺服控制量送给伺服功放进行放大后，控制方位伺服电机和俯仰伺服电机工作，驱动平板自跟踪天线座进行运动，从而带动平板自跟踪天线指向目标，实现对目标的自动跟踪。

所述的多目标综合监控分系统包括中心监控设备和多口网络交换机，中心监控设备通过多口网络交换机与各个接收解调分系统和安控分系统相连，控制多目标车载测控系统同时跟踪多个目标，解算多个目标的遥测数据并向目标发送控制指令。

所述平板自跟踪天线的最大平面尺寸为：430mm*430mm。

所述N为大于等于1，小于等于6的自然数。

本发明与现有技术相比的有益效果为：

(1)本发明采用了平板自跟踪天线，该天线将伺服控制单元和伺服功放等设备模块化，将上行控制指令功放单元、伺服控制单元、伺服功放和伺服电机全部集成在平板天线座内部，大大减少了天线伺服分系统的设备体积，为在单辆载车上集成多个平板自跟踪天线提供了技术保证；

(2)本发明虽然在单辆载车上集成了多个平板自跟踪天线，但是各个天线伺服分系统和接收解调分系统、安控分系统是独立的，每个目标对应一套天线伺服分系统、接收解调分系统和安控分系统，这样各个目标的独立性强、互不影响，便于系统维护；

(3)本发明通过监控分系统对每个目标进行中心监控，自动完成对多个目标的跟踪测控，保证了系统在对多个目标跟踪测控时能够多而不乱，避免了人为操作导致的失误；

(4)本发明中的载车分系统包括两台车载电站和两台车载空调，为多目标车载测控系统各分系统供电，并保证了多目标车载测控系统车内设备的工作环境符合要求，使得多目标车载测控系统在野外能够完全独立工作，不依赖于其它任何外部设备；

(5)本发明对于不同的目标数量，在载车顶部能够安装固定这些数目的平板自跟踪天线及天线座的条件下，仅需要改变天线伺服分系统、接收解调分系统和安控分系统的数量即可，系统适应性和可改造性能好；

(6)本发明所需的操作人员数量少，一人就可以通过监控分系统完成对多个目标的跟踪测控；

(7)本发明相对于可以对多目标进行跟踪测控的相控阵天线测控系统成本低很多。

附图说明

图1为本发明的系统组成框图；

图2为本发明的载车右视图；

图3为本发明的载车左视图；

图4为本发明的天线伺服分系统组成框图；

图5为本发明的接收解调分系统组成框图；

图6为本发明的监控分系统组成框图；

图7为本发明的安控分系统组成框图。

具体实施方式

如图1所示为本发明的系统组成框图，从图1可知，本发明提出的一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，包括：N个平板自跟踪天线伺服分系统、N个接收解调分系统、一个监控分系统、N个安控分系统和一个载车分系统；

所述天线伺服分系统为平板自跟踪天线伺服分系统，接收解调分系统为遥测接收解调分系统，监控分系统为多目标综合监控分系统；

每个天线伺服分系统分别与一个接收解调分系统和一个安控分系统相连，每个天线伺服分系统接收单个目标的无线射频信号并送给与其连接的接收解调分系统，接收解调分系统从接收到的射频信号中解算出角误差信息并发送给天线伺服分系统，天线伺服分系统采集天线实时角信息，根据接收到的角误差信息完成对目标的自动跟踪，天线伺服分系统完成目标跟踪后，接收解调分系统进行目标遥测数据解调；所述天线伺服分系统采用能进行单通道单脉冲跟踪的平板自跟踪天线；

监控分系统与所有的安控分系统和接收解调分系统相连，监控分系统发送控制信号给安控分系统，安控分系统对接收到的控制信号进行调制和上变频处理，产生目标控制指令，通过天线伺服分系统将目标控制指令输出给跟踪目标，并将目标控制指令回送给及监控分系统；

接收解调分系统接收直接输入的或者监控分系统发送的天线控制信号和接收解调参数信息，并将天线控制信号发送给天线伺服分系统，控制天线运动，同时接收解调分系统根据接收到的接收解调参数信息进行目标信号的接收解调，并将接收解调状态信息返回给监控分系统，所述接收解调的状态信息包括：接收解调分系统中的接收机锁定状态、帧同步、副帧同步和目标信号解密同步；

监控分系统接收安控分系统返回的目标控制指令和接收解调分系统返回的接收解调状态信息并进行显示；

载车分系统包括载车、车载空调和车载电站，载车分系统与所有分系统连接，为各个分系统提供电源及移动工作平台。

如图2和图3所示，平板自跟踪天线安装固定在平板天线座上面，与天线座为一体，假设同时跟踪测控的目标个数为6个时，天线座和天线就分为两排等间隔的安装在载车顶部，保证天线运转的时候不会互相干涉，系统不工作的时候要把天线收藏起来，并用天线罩罩住，工作的时候要打开天线罩，并进行天线运行初始化。双电站在电站舱里。接收解调分系统、安控分系统、监控分系统及天线伺服分系统的控制电源都在工作舱里。电站舱在车舱的后部，电站的散热器紧挨着电站舱，工作舱在车舱的前部，中间是隔开的，各自有进出舱的门，可以防止电站的噪音及电磁辐射影响工作舱内的分系统设备。空调在工作舱的前部。电站舱的外面安装了梯子，可以通过这个梯子去载车顶部操作天线罩。跟踪测控的目标个数越多，载车底盘得越大、电站的输出功率得越大，因此选择载车底盘和电站要考虑目标的数量，例如目标个数为6时，可以选择陕西汽车集团公司生产的SX2190E、无锡开普机械有限公司8KW的KDE35SSP3机组；如果目标个数少一点，可以选择比SX2190E小一点的底盘和比KDE35SSP3功率小一些的电站。考虑到适应野外工作环境，空调选用军用空调，工作温度为-45度～55度。

如图4所示，本发明的天线伺服分系统由平板自跟踪天线、平板自跟踪天线座、控制电源、方位伺服电机、俯仰伺服电机、伺服功放、伺服控制单元、方位角度编码器、俯仰角度编码器组成。天线伺服分系统的作用是：保证天线对准目标，以最大接收增益接收目标辐射的无线遥测信号。平板自跟踪天线座为方位俯仰型天线座，因此图4中有方位伺服电机和俯仰伺服电机，以及方位角度编码器和俯仰角度编码器，伺服功放虽然只有一个，但是内部有两个独立的方位伺服功放单元和俯仰伺服功放单元。平板自跟踪天线由波束形成网络和低噪声放大器组成，采用单通道单脉冲体制，可同时实现跟踪误差调制、左旋遥测信号和右旋遥测信号接收功能。伺服控制单元接收角度编码器输出的实时角信息和接收解调分系统输出的以电压表示的角误差信息后，将这个角误差信息转换成相应的指令角，指令角减去实时角即为角误差，然后对角误差进行PID运算，就可以计算出位置环路控制信号，该控制信号送给伺服功放进行功率放大，然后驱动方位伺服电机和俯仰伺服电机运转，从而驱动天线运转，直至运行到指令角的位置，此时，天线完全指向目标，角误差为零，伺服控制单元输出的控制量为零，天线不再运转，此时天线以最大增益接收目标辐射的无线遥测信号，然后将接收到的左旋遥测信号和右旋遥测信号送给接收解调分系统。控制电源安装在载车工作舱内，将AC220V转化为天线伺服分系统所需的各种直流电源，通过电缆将电源送给安装在车顶部的天线伺服分系统其它部件。接收解调分系统输出的角误差信息是从左旋遥测信号和右旋遥测信号上的包络解算出来的。接收解调分系统除了向天线伺服分系统输出角误差信息，角误差信息包含方位角误差信息和俯仰角误差信息；还输出接收机信息，接收机信息包含接收机是否锁定、AGC(automatic gain control：自动增益控制)电压；还通过网络接口与天线伺服分系统进行监控信息交互。天线控制单元在将收到的角误差信息进行转换为相应的指令角之前，首先要判断接收机是否锁定，只有在接收机锁定的情况下才能使用这个角误差信息，否则收到的角误差信息是无效的。天线伺服分系统的工作模式包括程序跟踪、数字引导、GPS引导、手动跟踪、自跟踪、等待等，具体采用哪种工作模式，可以由天线伺服分系统自主决策，此时需要将天线伺服分系统设置为自动工作模式，或者由人工手动选择，此时需要将将天线伺服分系统设置为手动工作模式。

所述平板自跟踪天线固定在平板天线座上面，与天线座为一体。方位伺服电机、俯仰伺服电机、伺服功放、伺服控制单元、方位角度编码器、俯仰角度编码器和上行控制指令功放单元都集成在天线座内部，只有控制电源不在天线座内部，在载车的工作舱内。

如图5所示，接收解调分系统由两台AGC放大器、一台下变频器、一台接收解调基带设备组成。下变频器有两个通道，一台下变频器可以完成左旋遥测信号和右旋遥测信号的下变频，将频率变频至中频，中心频率为70MHz，接收解调基带设备也有两个通道，也可以同时处理中频左旋遥测信号和中频右旋遥测信号。AGC放大器是为了将遥测信号放大，同时限制了最大输出功率为-15dBm，防止遥测信号功率超出了下变频器的输入信号范围，下变频器最大输入信号功率为-20dBm，AGC放大器和下变频器之间还有一段电缆，电缆带来的损耗约为7dB。下变频器在0dB衰减时，增益为45dB。下变频器的衰减量是可以随着输入信号的功率自动调整的，也就是说下变频器的增益是可以根据输入信号功率自适应变化的，保证输出的信号功率在接收解调基带设备的输入范围内，接收解调基带设备的输入信号功率最大为0dBm，最小为-60dBm。由于平板自跟踪天线具有跟踪误差调制功能，因此从天线伺服分系统输出的遥测信号包含了遥测数据信息和角误差信息，角误差信息包括方位角误差信息和俯仰角误差信息。方位角误差信息是指平板自跟踪天线当前的方位角偏离目标的信息，俯仰方位角误差信息是指平板自跟踪天线当前的俯仰角偏离目标的信息。接收解调基带设备从输入的中频左旋遥测信号和中频右旋遥测信号上解算出角度信息，这个角度信息是以电压的形式表示的，送给天线伺服分系统，同时还从遥测信号里接收解调遥测数据，遥测数据可以在该设备上存盘也可以通过网络实时或事后传输给数据处理设备。接收解调遥测数据的时候首先要判断载波是否锁定，也就是接收机是否锁定，这个接收机的信息也要送给天线伺服分系统。天线伺服分系统根据这个接收机信息和角误差信息就可以驱动天线自动跟踪目标。接收解调设备是接收解调分系统的核心设备，可以根据目标的信号体制加载不同信号体制的工作模式，可以根据目标不同的数据格式加载不同的接收解调参数，也就是说可以适应多种数据格式多种信号体制的目标，具有很好的适应性。

如图6所示，监控分系统主要由一台中心监控设备和多口网络交换机组成。监控分系统不直接与天线伺服分系统相连，对天线伺服分系统的监控通过接收解调分系统中转，与每个接收解调分系统及每个安控分系统相连。中心监控设备由一台大尺寸显示屏和一台工控机组成，工控机要有100M/1000M自适应网络接口。在中心监控设备上可以对任何一个接收解调分系统和天线伺服分系统发出控制命令，也可以在中西监控设备上监视每一个接收解调分系统和天线伺服分系统的工作状态，这些工作状态既可以实时在显示界面上显示，也可以先存盘事后再查看。监控分系统的设备虽然不多，但是却是整个系统的控制中心。

如图7所示，安控分系统包含安控基带设备、上变频器、上行控制指令功放单元和平板自跟踪天线。安控基带设备和上变频器在载车的工作舱内，上行控制指令功放单元安装在平板天线座内部。平板自跟踪天线为收发一体的天线，既能够接收目标辐射的遥测信号，又能向目标发射安控指令。每个安控分系统与监控分系统通过网络接口相连，接收来自监控分系统的指令，然后将指令送给安控基带设备，产生基带指令信号，然后将该信号送到上变频器变为射频信号，再送给上行控制指令功放单元进行放大，最后送给天线，通过天线将安控指令无线发射出去。

本发明完善的系统组成和小巧的多目标平板自跟踪天线伺服系统，以及完备的监控分系统，使本发明具备很多优点，见表1。

表1

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (5)

1.一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，其特征在于包括：N个平板自跟踪天线伺服分系统、N个接收解调分系统、一个监控分系统、N个安控分系统和一个载车分系统；

所述天线伺服分系统为平板自跟踪天线伺服分系统，接收解调分系统为遥测接收解调分系统，监控分系统为多目标综合监控分系统；

每个天线伺服分系统分别与一个接收解调分系统和一个安控分系统相连，每个天线伺服分系统接收单个目标的无线射频信号并送给与其连接的接收解调分系统，接收解调分系统从接收到的射频信号中解算出角误差信息并发送给天线伺服分系统，天线伺服分系统采集天线实时角信息，根据接收到的角误差信息完成对目标的自动跟踪，天线伺服分系统完成目标跟踪后，接收解调分系统进行目标遥测数据解调；所述天线伺服分系统采用能进行单通道单脉冲跟踪的平板自跟踪天线；

监控分系统与所有的安控分系统和接收解调分系统相连，监控分系统发送控制信号给安控分系统，安控分系统对接收到的控制信号进行调制和上变频处理，产生目标控制指令，通过天线伺服分系统将目标控制指令输出给跟踪目标，并将目标控制指令回送给监控分系统；

接收解调分系统接收直接输入的或者监控分系统发送的天线控制信号和接收解调参数信息，并将天线控制信号发送给天线伺服分系统，控制天线运动，同时接收解调分系统根据接收到的接收解调参数信息进行目标信号的接收解调，并将接收解调状态信息返回给监控分系统，所述接收解调的状态信息包括：接收解调分系统中的接收机锁定状态、帧同步、副帧同步和目标信号解密同步；

监控分系统接收安控分系统返回的目标控制指令和接收解调分系统返回的接收解调状态信息并进行显示；

载车分系统包括载车、车载空调和车载电站，载车分系统与所有分系统连接，为各个分系统提供电源及移动工作平台。

2.根据权利要求1所述的一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，其特征在于：所述天线伺服分系统包括平板自跟踪天线、平板自跟踪天线座、伺服控制单元、伺服功放、方位伺服电机、俯仰伺服电机、上行控制指令功放单元、俯仰角度编码器、方位角度编码器和控制电源；

控制电源为天线伺服分系统的各组成单元提供电源；平板自跟踪天线安装在平板自跟踪天线座上，

上行控制指令功放单元、伺服控制单元、伺服功放、方位伺服电机和俯仰伺服电机均安装在平板自跟踪天线座内部；

上行控制指令功放单元接收安控分系统的目标控制指令，并将目标控制指令通过平板自跟踪天线发送给目标；

平板自跟踪天线接收目标的无线射频信号并将接收到的无线射频信号传送给接收解调分系统；

伺服控制单元从接收解调分系统接收的角误差信息，方位角度编码器和俯仰角度编码器获取平板自跟踪天线的实时角信息并传送给伺服控制单元，伺服控制单元根据接收到的角误差信息和实时角信息解算出伺服控制量，并将该伺服控制量送给伺服功放进行放大后，控制方位伺服电机和俯仰伺服电机工作，驱动平板自跟踪天线座进行运动，从而带动平板自跟踪天线指向目标，实现对目标的自动跟踪。

3.根据权利要求1所述的一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，其特征在于：所述的多目标综合监控分系统包括中心监控设备和多口网络交换机，中心监控设备通过多口网络交换机与各个接收解调分系统和安控分系统相连，控制多目标车载测控系统同时跟踪多个目标，解算多个目标的遥测数据并向目标发送控制指令。

4.根据权利要求1所述的一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，其特征在于：所述平板自跟踪天线的最大平面尺寸为：430mm*430mm。

5.根据权利要求1所述的一种基于平板自跟踪天线的多目标车载测控系统，其特征在于：所述N为大于等于1，小于等于6的自然数。