CN105629212A - 多波束实现ads-b in的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多波束实现ADS-BIN的方法，包括ADS-BIN天线仿真分析模块、ADS-BIN数据处理模块和ADS-BIN译码模块；ADS-BIN天线仿真分析模块确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数；ADS-BIN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换；ADS-BIN译码模块将对数数据进行ADS-BIN译码处理，得到ADS-BIN的目标经纬度信息。本发明在不增加硬件的条件下，可灵活形成各种增益的波束来达到指标要求，并通过数据处理和译码，将ADS-BIN的目标经纬度信息输出。

Description

多波束实现ADS-B IN的方法
技术领域
本发明涉及一种数字多波束实现ADS-BIN的方法。
背景技术
采用单独的ADS-BIN天线，有一套单独的处理系统是实现ADS-BIN的传统方法，且此类实现方式均为模拟方式，即作用距离等关键指标在处理系统的射频前端就已确定，相比于本发明，缺少灵活性，且有一套复杂的硬件系统。
本发明是基于数字阵二次雷达系统，在实现二次雷达功能的同时，采用数字多波束的方式集成实现ADS-BIN，由于实现为数字多波束方式，采用后端数字信号处理，可根据作用距离等指标要求灵活调整多波束的个数，且整个实现过程没有增加天线和处理系统等硬件，可大大节约成本，减少系统的复杂度，对数字阵体制的二次雷达实现ADS-BIN功能具有一定的借鉴作用。
发明内容
为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种数字多波束实现ADS-BIN的方法，针对数字阵二次雷达系统，采用数字多波束、后端数字信号处理实现ADS-BIN的功能。
本发明所采用的技术方案是：一种多波束实现ADS-BIN的方法，包括ADS-BIN天线仿真分析模块、ADS-BIN数据处理模块和ADS-BIN译码模块；其中：ADS-BIN天线仿真分析模块确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数；ADS-BIN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换；ADS-BIN译码模块将对数数据进行ADS-BIN译码处理，得到ADS-BIN的目标经纬度信息。
与现有技术相比，本发明的积极效果是：
数字阵二次雷达系统采用分布式数字T/R组件设计，多通道天线阵子收发，可灵活形成数字波束，对于ADS-BIN的功能，在不增加硬件的条件下，通过天线仿真分析，针对各种ADS-BIN的指标要求，可灵活形成各种增益的波束来达到指标要求，并通过数据处理和译码，将ADS-BIN的目标经纬度信息输出。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的流程图；
图2为数字阵二次雷达系统示意图；
图3是天线仿真分析图。
具体实施方式
一种多波束实现ADS-BIN的方法，如图1所示，包括如下内容：
ADS-BIN天线仿真分析模块、ADS-BIN数据处理模块、ADS-BIN译码模块。ADS-BIN天线仿真分析模块通过对ADS-BIN性能的分析，确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数；ADS-BIN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换；ADS-BIN译码模块将对数数据进行ADS-BIN数据格式分析并译码给出ADS-BIN的目标经纬度信息。
本发明的技术构成条件是基于数字T/R组件的数字阵二次雷达系统，数字阵二次雷达的系统构成示意图如2所示，主要由天线阵列、数字T/R组件、波束处理模块、本振模块、计算机等构成。
本发明首先根据作用距离指标确定数字多波束的个数以及形成对应数字多波束的权值，确定权值后，具体实现ADS-BIN的功能，其中包括数字T/R组件将天线阵列接收的ADS-B射频信号下变频得到基带I/Q数据后，通过光纤传给波束处理模块，波束处理模块完成数字多波束的形成以及ADS-BIN数据的解析，形成ADS-B的航迹并传给计算机显示。
根据二次雷达的距离作用公式，其中RRmax为最大应答距离，P′R为发射机脉冲功率，Pmin为接收机的灵敏度，λR为射频信号波长，GR为接收天线增益，P′R为发射天线增益，L为接收馈线损耗，L′为发射馈线损耗。本发明针对的其它参数不变的情况下，根据数字阵的特点可灵活改变GR，来实现要求的最大作用距离。
下面以本发明的具体应用为例说明实现方法，具体指标的变化实现方法基本一致。本发明具体应用ADS-BIN的作用距离为300公里，根据作用距离公式，在系统其它指标确定的情况下，确定GR为10dB，天线阵列形成全向波束的特点是波束宽度越窄，增益越大，本发明在特定天线阵列情况下要形成超过10dB增益的波束只能采用40°宽度的波束，本发明要求覆盖120°，因此需要3个40°宽度的波束才能满足要求，天线仿真分析图如图3所示，在仿真分析图可以看到，从左到右形成了3个40°宽度的波束覆盖-60°到60°范围，即120°波束宽度，其中最小的波束增益均大于10dB。
形成了3个40°宽度的波束后，可以形成对应的数字多波束权值，将此权值X＝[X1,X2,…Xm]，Xm＝Xmi+jXmq，Y＝[Y1,Y2,…Ym]，Ym＝Ymi+jYmq，Z＝[Z1,Z2,…Zm]，Zm＝Zmi+jZmq，(其中X、Y、Z分别对应3个40°宽度的波束，下标m对应于天线阵子的位置，下标i、q分别对应加权值在X轴和Y轴的映射，j表示复数的虚部)放在波束处理模块中存储。
在本发明的实际应用中，设阵面有m个天线阵子，天线阵子接收到的m路射频信号，由于系统为数字阵二次雷达，数字T/R组件不进行其它处理，将处理环节保留在后端模块中，只将天线阵子接收到的射频信号转换成基带信号为W＝[W1,W2,…Wm]，Wm＝Wmi+jWmq(Wmi和Wmq分别表示第m个天线阵子接收到的射频信号转换成基带信号后在X轴和Y轴的映射，j表示复数的虚部)，在波束处理模块中存有形成数字多波束的多路权值，在波束处理模块中空域滤波加权合成后的输出信号为H1＝W*XH＝W1*X1+W2*X2+…+Wm*Xm，同理H2＝W1*Y1+W2*Y2+…+Wm*Ym,H3＝W1*Z1+W2*Z2+…+Wm*Zm，将此3路信号经过取模和对数运算，最终形成3路数据输入到ADS-BIN译码模块。
在ADS-BIN译码模块中，接收到取模和对数运算后的3路数据后，分别将3路数据进行译码处理，分为以下处理步骤：
首先对信号进行限幅处理，把绝大部分非ADS-BIN的噪声信号去除，以减少数据运算量。
第二步把限幅处理后的数据进行6db上升沿处理，只有在时间轴上的相邻数据点的变化率超过6db时，才认为此数据为上升沿。
第三是将判定为上升沿的数据进行反窄处理，只有此数据的宽度超过一定时间(通常为0.3us)时，才将此数据输出。
经过上述三个步骤的处理后，再将数据与ADS-BIN的数据格式对比分析，将其中满足数据格式的信息译码输出。

Claims (6)

1.一种多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：包括ADS-BIN天线仿真分析模块、ADS-BIN数据处理模块和ADS-BIN译码模块；其中：ADS-BIN天线仿真分析模块确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数；ADS-BIN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换；ADS-BIN译码模块将对数数据进行ADS-BIN译码处理，得到ADS-BIN的目标经纬度信息。
2.根据权利要求1所述的多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：所述天线增益包括接收天线增益GR和发射天线增益G′R，二者满足如下公式： 其中，RRmax为最大应答距离，P′R为发射机脉冲功率，Pmin为接收机的灵敏度，λR为射频信号波长，L为接收馈线损耗，L′为发射馈线损耗。
3.根据权利要求1所述的多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：所述ADS-BIN数据处理模块加权合成最终的IQ数据为：H1＝W*XH＝W1*X1+W2*X2+…+Wm*Xm，H2＝W*YH＝W1*Y1+W2*Y2+…+Wm*Ym,H3＝W*ZH＝W1*Z1+W2*Z2+…+Wm*Zm，其中：X＝[X1,X2,…Xm]，Xm＝Xmi+jXmq，Y＝[Y1,Y2,…Ym]，Ym＝Ymi+jYmq，Z＝[Z1,Z2,…Zm]，Zm＝Zmi+jZmq，X、Y、Z分别对应3个40°宽度的波束，下标m对应于天线阵子的位置，下标i、q分别对应加权值在X轴和Y轴的映射；基带信号W＝[W1,W2,…Wm]，Wm＝Wmi+jWmq，Wmi和Wmq分别表示第m个天线阵子接收到的射频信号转换成基带信号后在X轴和Y轴的映射；j表示复数的虚部。
4.根据权利要求1所述的多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：所述译码处理包括如下步骤：
首先对信号进行限幅处理，去除非ADS-BIN的噪声信号；
第二步、对限幅处理后的数据进行6db上升沿处理；
第三步、将判定为上升沿的数据进行反窄处理；
第四步、将数据中满足ADS-BIN数据格式的信息译码输出。
5.根据权利要求4所述的多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：第二步所述上升沿处理是指：只有在时间轴上的相邻数据点的变化率超过6db时的数据才被判定为上升沿数据。
6.根据权利要求4所述的多波束实现ADS-BIN的方法，其特征在于：第三步所述反窄处理是指：只将宽度超过0.3us的数据进行输出。
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