CN108055063B - 一种可重构的柔性节点及节点重构方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可重构的柔性节点及节点重构方法，可重构柔性节点包括重构管理设备、可重构天线射频设备和软件无线电处理设备等；可重构天线射频设备包括由多个阵元构成的阵列天线、射频收发模块、波束形成处理机，重构管理设备采用基于同时多波束技术、任务指令、目标类型和目标特征的协同多模式方法控制天线阵元、射频收发模块、波束形成处理机及软件无线电处理设备，实现柔性节点无线电波束重构和功能重构，实现了在一个无线电系统中，能够对不同需求的一个或多个目标进行相同或不同的信息处理。

Description

一种可重构的柔性节点及节点重构方法

技术领域

本发明涉及无线电领域，特别是涉及一种可重构的柔性节点及节点重构方法。

背景技术

目前，相关技术中所提供的测控站、移动通信基站、探测设备等，均为基于单波束天线的无线电信息系统，仅能够对一个波束内目标进行信息处理、提供信息服务，每个无线电信息系统功能相对单一，难以变化。为了实现同时对较大空间范围内、多目标进行多功能信息处理和信息服务，则需要建立多个基于单波束天线的无线电信息系统，并分别利用不同信息处理设备对波束内不同需求的目标进行信息处理、提供信息服务，因此，只有在多套无线电信息系统同时工作的情况下，才能够实现对多个空域中的不同功能的多目标同时处理，在同一个节点需要对波束内不同需求的目标进行信息处理、提供信息服务时，往往需要布设多个无线电信息系统，极大的提高了成本，增加了节点体积，给无线电信息系统的工作造成了诸多不便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可重构的柔性节点及节点重构方法，以可重构天线射频设备波束重构和软件无线电处理设备功能重构的方式，在一个节点中，能够对不同需求的目标进行信息处理。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种可重构的柔性节点，包括重构管理设备、可重构天线射频设备和软件无线电处理设备；

所述可重构天线射频设备包括阵列接收天线、射频接收模块、接收波束形成处理机、阵列发射天线、射频发射模块和发射波束形成处理机；所述接收波束形成处理机的输入端通过射频接收模块与阵列接收天线连接，接收波束形成处理机的输出端与软件无线电处理设备连接；所述发射波束形成处理机的输入端与软件无线电处理设备连接，发射波束形成处理机的输出端通过射频发射模块与阵列发射天线连接；所述重构管理设备分别与发射波束形成处理机、接收波束形成处理机和软件无线电处理设备连接；

所述重构管理设备，用于根据预设的任务信息，或是软件无线电处理设备接收到的目标识别信息，对接收波束形成处理机、发射波束形成处理机和软件无线电处理设备进行动态重构；

所述接收波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，将来自多路天线阵元、射频接收模块的信号进行数字多波束形成，合成一个或多个足够信噪比的数字波束信号，传输给软件无线电处理设备；

所述发射波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，对来自软件无线电处理设备的信号进行数字波束处理，调整各通道上行信号，并输送到射频发射模块，经阵列发射天线发射出去，同时在部分或全空域合成一个或多个发射波束；

所述软件无线电处理设备，用于在重构管理设备的控制下，调整参数或加载对应的功能，对柔性节点的收发信号进行处理。

其中，所述的柔性节点还包括监控设备，所述监控设备分别与可重构天线射频设备和软件无线电处理设备连接，完成柔性节点的设备监控，保证柔性节点正常工作。优选地，所述的柔性节点还包括测试标校设备、时间频率设备、电源设备等节点内其它设备；监控设备还与分别与测试标校设备、时间频率设备、电源设备等节点内其它设备连接，实现设备监控；优选地，监控设备还与数据中心、用户中心、目标管理中心等节点外设备连接，保证柔性节点能接收任务计划、重构指令、目标特征等数据，同时有能上报接收的目标标识、服务需求、测控通信探测数据等信息等。

所述阵列接收天线包括多个接收天线阵元，所述射频接收模块包括多个射频接收通道，接收天线阵元与射频接收通道数量相同且一一对应，每个接收天线阵元的输出端通过对应的射频接收通道与接收波束形成处理机连接。

所述的阵列发射天线包括多个发射天线阵元，所述射频发射模块包括多个射频发射通道，发射天线阵元与射频发射通道一一对应，每个射频发射通道的输入端与发射波束形成处理机连接，射频发射通道的输出端与对应的发射天线阵元连接。

其中，所述的重构管理设备包括：

数据存储模块，用于保存多种数字波束合成算法所对应的配置程序包，以及软件无线电处理设备多种功能所对应的配置程序包，软件无线电处理设备的功能包括测控、通信、导航、探测和预警反制；

接收波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目及信号幅度、相位参数，并对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现接收波束的重构；其中，对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到接收波束形成处理机中，或是调整接收波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数；

发射波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目及信号幅度、相位参数，并对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现发射波束的重构；其中，对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置包参数；

功能重构模块，用于根据监控设备指令或目标识别信息、服务需求信息，从数据存储模块中选择功能配置程序包，加载到软件无线电处理设备中，或是对软件无线电处理设备中的功能配置参数进行调整，实现软件无线电处理设备的功能重构。

所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法中，重构管理设备采用基于同时多波束技术、任务指令、目标类型和特征的协同多模式方式控制天线阵元、射频收发模块、波束形成处理机及软件无线电处理设备，实现柔性节点无线电波束重构和功能重构，包括以下步骤：

采用基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法捕获各种类型目标；

软件无线电设备自动获取目标的标识信息或服务需求信息报监控设备，同时提取目标特征并基于目标特征进行目标分类，将结果传输给重构管理设备；

重构管理设备基于指令、目标数量和特征确定波束控制策略，并控制波束重构模块实现可重构天线射频设备的波束重构；

重构管理设备基于指令、目标类型和特征确定功能控制策略，并控制功能重构模块实现软件无线电设备实现功能重构。

其中，基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法，即可重构天线射频设备同时形成多个波束，软件无线电设备与波束对应，采用多模式同时跟踪捕获目标，获取目标的标识信息或服务需求信息，包括：

模式一，预置等待模式：监控设备接收来自节点外设备用户任务计划和重构信息，经资源冲突检测分析后，向节点内相关设备下任务指令，所述指令包括任务计划的主要信息：目标数目、目标进入时间、目标初始位置、目标代号、服务需求、信号参数以及重构指令，重构管理设备对任务指令分析后，确定柔性节点的设备配置，确保部分或全部波束及对应的软件无线电设备电路按指令进行重构、预置等待，待目标出现后，进行捕获跟踪，并自动获取目标的标识信息和所述需求信息；

模式二，随遇接入模式：柔性节点形成一个或多个接收波束全空域扫描，安装有用户终端的目标按协议发出登录信号，节点搜索到登录信号后，目标随遇接入,节点自动获取目标的标识信息和所述需求信息，进行合法性识别；

模式三，扫描探测模式：柔性节点形成一个或多个发射、接收波束，软件无线电设备设置多功能同时工作模式，波束在部分或全空域扫描，根据接收的目标下行信号或目标反射信号发现目标，并获取目标特征，进行协同性标识；

以上模式可在资源充足的条件下多波束、多模式、多功能并行工作，也可在资源不够的情况下，单节点分时工作或多节点协同工作。

其中，基于目标特征进行目标分类，即柔性节点获取目标的标识信息和服务需求信息，或目标下行信号、目标反射信号与已知目标特征分析对比，识别目标类型，所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息和服务需求信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号和相关任务参数；服务信息包括服务请求信息、通信服务信息和遥测遥控信息，所述目标类型包括：

合法目标：任务指令中下达的目标，或随遇接入的目标登录信号中的标识信息与合法用户信息相符合，则目标为可入网合法目标；

协同非法目标：若目标的标识信息能够被识别，但无入网许可标志，则目标为可入网非法目标，即协同非法目标；

非协同目标：若目标信号能接收，但不能识别，或只能利用反射信息对目标进行探测，则目标为不可入网的非法目标，即非协同目标；

其中，重构管理设备基于指令、目标数量和特征确定波束控制策略，并控制波束重构模块实现可重构天线射频设备的波束重构，具体包括以下子步骤：

在预置等待模式下，重构管理设备根据监控设备指令，确定目标数量、目标信号特征、空间物理特征；

在随遇接入模式、扫描探测模式下，先由监控设备确定初始扫描范围、扫描波束数量，待发现目标后，重构管理设备根据可重构天线射频设备的下行信息或反射信息，经软件无线电设备分析处理后，确定目标数量、目标信号特征、目标空间物理特征；

基于目标数量、目标特征得出分析波束重构策略，得出所需波束数量、所需合成信号功率、所需频率带宽、所需的天线阵元数目和射频组件增益或功率，并进行资源冲突检测；

如柔性节点资源满足需求，重构管理设备根据分析结果，采用基于陈列天线和数字波束形成的波束重构方法进行波束重构，即调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目，以及发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目，调整收发射频信号频率或带宽，调整参与合成的射频组件增益或功率；

重构管理设备根据分析结果，从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机和接收波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机和接收波束处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数，实现算法优化，最终完成波束重构；

在测控通信或探测过程中，动态跟踪可重构天线射频设备的下行信息或反射信息，并据此进行动态重构调整。

其中，重构管理设备基于指令、目标类型和特征确定功能控制策略，并控制功能重构模块实现软件无线电设备实现功能重构，具体包括以下子步骤：

对于指令规定的合法目标，重构管理设备按照目标标识和服务需求，对资源进行分析，资源足够，则采用预置功能重构，若资源不够，报监控设备；

对于随遇接入的合法目标，软件无线电处理设备根据目标标识和服务需求，采用动态重构或在线参数配置进行功能重构，提供所需信息服务；

对于协同非法目标，即可入网非法目标，软件无线电处理设备按照目标标识，提醒其为非法用户，并在线参数配置，持续跟踪，将目标信息报监控设备；

对于非协同目标，起先，软件无线电设备多功能配置，扫描捕获后，在跟踪过程中，不断提取目标特征并进行分析，根据分析结果再进动态重构或在线参数配置，不断迭代直至判定出目标属性，同时报监控设备，并根据监控指令预警反制；

其中，软件无线电设备由一个或多个可软件加载电路板或芯片构成，其主要由可编程门阵列、数字信号处理芯片和中央处理器构成，通过功能管理模块调用功能软件包，实现功能重构。所述预置功能重构，即选择存储于重构管理设备的相应功能程序包在软件无线电处理设备进行功能重构或进行重配置，提供所需信息服务； 所述动态重构，即由重构管理模块提前调用功能配置程序包，存于软件无线电处理设备的内存，需要时快速重构；所述在线参数配置，即改变功能程序软件参数，保持最佳工作状态。

优选地，在该柔性节点及对应的重构方法下，柔性节点的协同工作流程包括：

柔性节点接收到含有目标数量、范围、信号特征的任务指令后，分析确定预置等待波束的数目、目标特征等相关参数，重构管理设备按照此参数，在可重构天线射频设备中进行波束重构，在软件无线电处理设备进行功能重构，实现预置测控通信等功能，利用重构后的柔性节点进行测控通信等任务，并根据可重构天线射频设备的下行信息和反射信息，对可重构天线射频设备的接收波束和发射波束进行动态重构调整，保证节点的最佳工作状态；

柔性节点预置等待的同时，接收扫描波束数目、范围、目标特征等估计参数，资源冲突检测通过后，重构管理设备按照估计参数，在可重构天线射频设备中进行随机接入波束和扫描探测波束重构，并将软件无线电处理设备重构为多功能状态，开始扫描搜索，当收到目标下行信号或目标反射信号时，根据目标信号标识和目标特征，对目标进行识别、判断，如为合法目标，则与目标进行正常测控通信；如为协同非法目标，则软件无线电终端按照目标标识，提醒其为非法用户，持续跟踪，并报监控设备；如果发现无法识别的不明目标，即非协同目标，则重构管理设备控制柔性节点进入探测模式，则进行迭代的可重构天线射频设备波束重构和软件无线电设备功能重构，进行细微特征分析，直至识别到目标特征，并根据目标特征对目标进行合法性判断，如合法，则在可重构天线射频设备中再次进行波束重构，在软件无线电处理设备再次进行功能重构，与目标进行正常测控通信，如非法，则报监控设备，经同意，重构波束和功能，对非法目标进行预警反制。

柔性节点采用基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法捕获各种类型目标，软件无线电设备自动获取目标的标识信息或服务需求信息报监控设备，同时提取目标特征并经行目标识别、分类，将结果传输给重构管理设备；重构管理设备基于指令、目标数量和特征控制可重构天线射频设备进行波束重构；重构管理设备基于目标类型、目标特征控制软件无线电设备实现功能重构。

以上流程可在资源充足的条件下多波束、多模式、多功能并行工作，也可在资源不够的情况下，单节点分时工作或多节点协同工作。

本发明的有益效果是：本发明以可重构天线射频设备波束重构和软件无线电处理设备功能重构的方式，在一个节点中，能够对不同需求的目标进行信息处理，节约了成本，减小了体积；在测控通信导航任务进行过程中，能够通过可重构天线射频设备的下行信息和反射信息，对可重构天线射频设备的接收波束和发射波束进行动态重构调整，保证节点的最佳工作状态。

附图说明

图1为本发明的系统组成框图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为在可重构天线射频设备中进行波束重构的方法流程图；

图4为在软件无线电处理设备中进行功能重构的方法流程图；

图5为柔性节点的协同工作流程图；

图6本发明一些实施例的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种可重构的柔性节点，包括重构管理设备、可重构天线射频设备和软件无线电处理设备；

所述可重构天线射频设备包括阵列接收天线、射频接收模块、接收波束形成处理机、阵列发射天线、射频发射模块和发射波束形成处理机；所述接收波束形成处理机的输入端通过射频接收模块与阵列接收天线连接，接收波束形成处理机的输出端与软件无线电处理设备连接；所述发射波束形成处理机的输入端与软件无线电处理设备连接，发射波束形成处理机的输出端通过射频发射模块与阵列发射天线连接；所述重构管理设备分别与发射波束形成处理机、接收波束形成处理机和软件无线电处理设备连接；

所述重构管理设备，用于根据预设的任务信息，或是软件无线电处理设备接收到的目标识别信息，对接收波束形成处理机、发射波束形成处理机和软件无线电处理设备进行动态重构；

所述接收波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，将来自多路天线阵元、射频接收模块的信号进行数字多波束形成，合成一个或多个足够信噪比的数字波束信号，传输给软件无线电处理设备；

所述发射波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，对来自软件无线电处理设备的信号进行数字波束处理，调整各通道上行信号，并输送到射频发射模块，经阵列发射天线发射出去，同时在部分或全空域合成一个或多个发射波束；

所述软件无线电处理设备，用于在重构管理设备的控制下，调整参数或加载对应的功能，对柔性节点的收发信号进行处理。

在本申请的实施例中，所述的柔性节点还包括监控设备，所述监控设备分别与可重构天线射频设备和软件无线电处理设备连接，完成柔性节点的设备监控，保证柔性节点正常工作。所述的监控设备和重构管理设备，可以是分开的功能设备，也可以是软件功能模块，集成到一个计算机平台中，为柔性节点提供监控和重构管理。在该实施例中，所述的柔性节点还包括测试标校设备、时间频率设备、电源设备等节点内其它设备；监控设备还与分别与测试标校设备、时间频率设备、电源设备等节点内其它设备连接，实现设备监控；在该实施例中，监控设备还与数据中心、用户中心、目标管理中心等节点外设备连接，保证柔性节点能接收任务计划、重构指令、目标特征等数据，同时有能上报接收的目标标识、服务需求、测控通信探测数据等信息等。

所述阵列接收天线包括多个接收天线阵元，所述射频接收模块包括多个射频接收通道，接收天线阵元与射频接收通道数量相同且一一对应，每个接收天线阵元的输出端通过对应的射频接收通道与接收波束形成处理机连接。

所述的阵列发射天线包括多个发射天线阵元，所述射频发射模块包括多个射频发射通道，发射天线阵元与射频发射通道一一对应，每个射频发射通道的输入端与发射波束形成处理机连接，射频发射通道的输出端与对应的发射天线阵元连接。

其中，所述的重构管理设备包括：

数据存储模块，用于保存多种数字波束合成算法所对应的配置程序包，以及软件无线电处理设备多种功能所对应的配置程序包，软件无线电处理设备的功能包括测控、通信、导航、探测和预警反制；

接收波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目及信号幅度、相位参数，并对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现接收波束的重构；其中，对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到接收波束形成处理机中，或是调整接收波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数；

发射波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目及信号幅度、相位参数，并对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现发射波束的重构；其中，对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置包参数；

功能重构模块，用于根据监控设备指令或目标识别信息、服务需求信息，从数据存储模块中选择功能配置程序包，加载到软件无线电处理设备中，或是对软件无线电处理设备中的功能配置参数进行调整，实现软件无线电处理设备的功能重构。

在本申请的实施例中，软件无线电处理设备的功能重构不仅仅包括对测控、通信、导航、探测和预警反制等功能的重构，还包括各个功能下信号形式的重构，如信号的多址形式、调制形式、编码形式等。

如图2所示，所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，重构管理设备采用基于同时多波束技术、任务指令、目标类型和特征的协同多模式方式控制天线阵元、射频收发模块、波束形成处理机及软件无线电处理设备，实现柔性节点无线电波束重构和功能重构，包括以下步骤：

采用基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法捕获各种类型目标；

软件无线电设备自动获取目标的标识信息或服务需求信息报监控设备，同时提取目标特征并基于目标特征进行目标分类，将结果传输给重构管理设备；

重构管理设备基于指令、目标数量和特征确定波束控制策略，并控制波束重构模块实现可重构天线射频设备的波束重构；

重构管理设备基于指令、目标类型和特征确定功能控制策略，并控制功能重构模块实现软件无线电设备实现功能重构。

其中，基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法，即可重构天线射频设备同时形成多个波束，软件无线电设备与波束对应，采用多模式同时跟踪捕获目标，获取目标的标识信息或服务需求信息，包括：

模式一，预置等待模式：监控设备接收来自节点外设备用户任务计划和重构信息，经资源冲突检测分析后，向节点内相关设备下任务指令，所述指令包括任务计划的主要信息：目标数目、目标进入时间、目标初始位置、目标代号、服务需求、信号参数以及重构指令，重构管理设备对任务指令分析后，确定柔性节点的设备配置，确保部分或全部波束及对应的软件无线电设备电路按指令进行重构、预置等待，待目标出现后，进行捕获跟踪，并自动获取目标的标识信息和所述需求信息；

模式二，随遇接入模式：柔性节点形成一个或多个接收波束全空域扫描，安装有用户终端的目标按协议发出登录信号，节点搜索到登录信号后，目标随遇接入,节点自动获取目标的标识信息和所述需求信息，进行合法性识别；

模式三，扫描探测模式：柔性节点形成一个或多个发射、接收波束，软件无线电设备设置多功能同时工作模式，波束在部分或全空域扫描，根据接收的目标下行信号或目标反射信号发现目标，并获取目标特征，进行协同性标识；

以上模式可在资源充足的条件下多波束、多模式、多功能并行工作，也可在资源不够的情况下，单节点分时工作或多节点协同工作。

其中，基于目标特征的目标识别方法，即柔性节点获取目标的标识信息和服务需求信息，或目标下行信号、目标反射信号与已知目标特征分析对比，识别目标类型，所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息和服务需求信息，其中，空间物理特征包括目标距离、速度、方位角和俯仰角等；所述目标类型包括：

合法目标：指令中下达的目标，或随遇接入的目标登录信号中的标识信息与合法用户信息相符合，则目标为可入网合法目标；

协同非法目标：若目标的标识信息能够被识别，但无入网许可标志，则目标为可入网非法目标，即协同非法目标；

非协同目标：若目标信号能接收，但不能识别，或只能利用反射信息对目标进行探测，则目标为不可入网的非法目标，即非协同目标；

如图3所示，完成目标识别，提取目标特征后，采用基于指令、目标数量和目标特征的波束重构策略及基于陈列天线和数字波束形成的波束重构的方法，包括以下子步骤：

根据监控设备指令，在预置等待模式下，重构管理设备根据监控设备指令，确定目标数量、目标信号特征、空间物理特征，由波束重构模块计算分析确定波束重构策略，确定波束为指向工作方式，同时确定波束数量、波束指向范围、工作频率、所需合成信号功率或增益；在随遇接入模式，先由监控设备根据目标特征估计和资源情况，给出波束重构策略，确定初始波束为接收扫描工作方式，同时确定扫描范围、扫描波束数量、工作频率、所需合成信号增益；在扫描探测模式下，由监控设备根据目标特征估计和资源情况，给出波束重构策略，确定收发扫描工作方式，同时确定扫描范围、扫描波束数量、工作频率、所需合成信号功率或增益；

根据上述重构策略确定的信息，波束形成模块分析得出所需的天线阵元数目、射频组件频带、增益或功率以及波束形成算法，并进行资源冲突检测；

如柔性节点资源满足需求，形成波束模块进行基于陈列天线和数字波束形成的波束重构：调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目，以及发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目，调整收发射频信号频率或带宽，调整参与合成的射频组件增益或功率；并从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机和接收波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机和接收波束处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数，实现算法优化，完成波束重构；

待捕获目标后，重构管理设备根据软件无线电设备反馈的目标信息，经分析处理后，确定波束重构策略；在测控通信或探测过程中，动态调整收发射频信号频率，调整参与合成的射频组件增益或功率，优化波束合成算法，进行动态波束重构。

如图4所示，基于指令、目标类型、目标特征确定功能重构策略及基于软件无线电的功能重构方法，包括：

对于指令规定的合法目标，在预置等待模式下，重构管理设备基于监控设备指令确定工作方式、目标类型、特征，再由功能重构模块分析出指定功能软件重构策略；对于随遇接入和扫描探测模式下，先由监控设备根据目标特征估计和资源情况，给出多功能重构策略；并进行资源冲突检测，资源足够，则采用预置功能重构，即存储于重构管理设备的相应功能程序包在软件无线电处理设备进行功能重构或进行重配置；

待捕获目标后，重构管理设备根据软件无线电设备反馈的目标信息，经分析处理后，确定功能重构策略；合法目标的在测控通信或探测过程中，采用动态重构或在线配置进行功能重构，提供最佳服务；对于协同非法目标，即可入网非法目标，软件无线电终端按照目标标识，提醒其为非法用户，并动态重构或在线参数配置，持续跟踪，将目标信息报监控设备；对于非协同目标，在跟踪过程中，不断提取目标特征并进行分析，根据分析结果再进行动态重构或在线参数配置，不断迭代直至判定出目标属性，同时报监控设备，并根据监控指令预警反制。

需要说明的是，该柔性节点及对应的重构方法并非预置等待、扫描捕获、跟踪识别、信息服务、波束重构、功能重构等完全串行工作，而如图5所示，柔性节点的工作和重构是协同工作的，预置等待、扫描捕获、跟踪识别、信号服务中有重构，在重构过程中也在工作。流程包括：

柔性节点接收到含有目标数量、范围、信号特征的任务指令后，分析确定预置等待波束的数目、目标特征等相关参数，重构管理设备按照此参数，在可重构天线射频设备中进行波束重构，在软件无线电处理设备进行功能重构，实现预置测控通信等功能，利用重构后的柔性节点进行测控通信等任务，并根据可重构天线射频设备的下行信息和反射信息，对可重构天线射频设备的接收波束和发射波束进行动态重构调整，保证节点的最佳工作状态；

柔性节点预置等待的同时，接收扫描波束数目、范围、目标特征等估计参数，资源冲突检测通过后，重构管理设备按照估计参数，在可重构天线射频设备中进行随机接入波束和扫描探测波束重构，并将软件无线电处理设备重构为多功能状态，开始扫描搜索，当收到目标下行信号或目标反射信号时，根据目标信号标识和目标特征，对目标进行识别、判断，如为合法目标，则与目标进行正常测控通信；如为协同非法目标，则软件无线电终端按照目标标识，提醒其为非法用户，持续跟踪，并报监控设备；如果发现无法识别的不明目标，即非协同目标，则重构管理设备控制柔性节点进入探测模式，则进行迭代的可重构天线射频设备波束重构和软件无线电设备功能重构，进行细微特征分析，直至识别到目标特征，并根据目标特征对目标进行合法性判断，如合法，则在可重构天线射频设备中再次进行波束重构，在软件无线电处理设备再次进行功能重构，与目标进行正常测控通信，如非法，则报监控设备，经同意，重构波束和功能，对非法目标进行预警反制。

柔性节点采用基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法捕获各种类型目标，软件无线电设备自动获取目标的标识信息或服务需求信息报监控设备，同时提取目标特征并经行目标识别、分类，将结果传输给重构管理设备；重构管理设备基于指令、目标数量和特征控制可重构天线射频设备进行波束重构；重构管理设备基于目标类型、目标特征控制软件无线电设备实现功能重构。

以上流程可在资源充足的条件下多波束、多模式、多功能并行工作，也可在资源不够的情况下，单节点分时工作或多节点协同工作。

如图6所示，在本申请的一些实施例中，所述可重构天线射频设备中，可以采用同时具有收发功能的多个天线阵元，以及与天线阵元数目相同且一一对应的T/R组件，每个T/R组件中包含了射频接收通道与射频发射通道，且T/R组件与对应的天线阵元之间通过双工器连接；接收波束形成处理机的输入端与各个T/R组件（T/R组件中的射频接收通道）连接，发射波束形成处理机的输出传与各个T/R组件（T/R组件中的射频发射通道）连接。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。例如所述模块的划分，为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，可以结合或者可以分离，或一些特征可以忽略，或不执行；可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可重构的柔性节点，其特征在于：包括重构管理设备、可重构天线射频设备和软件无线电处理设备；

所述可重构天线射频设备包括阵列接收天线、射频接收模块、接收波束形成处理机、阵列发射天线、射频发射模块和发射波束形成处理机；所述接收波束形成处理机的输入端通过射频接收模块与阵列接收天线连接，接收波束形成处理机的输出端与软件无线电处理设备连接；所述发射波束形成处理机的输入端与软件无线电处理设备连接，发射波束形成处理机的输出端通过射频发射模块与阵列发射天线连接；所述重构管理设备分别与发射波束形成处理机、接收波束形成处理机和软件无线电处理设备连接；

所述重构管理设备，用于根据预设的任务信息，或是软件无线电处理设备接收到的目标识别信息，对接收波束形成处理机、发射波束形成处理机和软件无线电处理设备进行动态重构；所述的重构管理设备包括：

数据存储模块，用于保存多种数字波束合成算法所对应的配置程序包，以及软件无线电处理设备多种功能所对应的配置程序包，软件无线电处理设备的功能包括测控、通信、导航、探测和预警反制；

接收波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目及信号幅度、相位参数，并对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现接收波束的重构；其中，对接收波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到接收波束形成处理机中，或是调整接收波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数；

发射波束重构模块，用于根据监控设备指令或目标数目、目标特征信息，调整发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目及信号幅度、相位参数，并对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构，最终实现发射波束的重构；其中，对发射波束形成处理机中的数字波束合成算法进行重构的方式包括：从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机中数字波束合成算法所对应的配置包参数；

功能重构模块，用于根据监控设备指令或目标识别信息、服务需求信息，从数据存储模块中选择功能配置程序包，加载到软件无线电处理设备中，或是对软件无线电处理设备中的功能配置参数进行调整，实现软件无线电处理设备的功能重构；

所述接收波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，将来自多路天线阵元、射频接收模块的信号进行数字多波束形成，合成一个或多个足够信噪比的数字波束信号，传输给软件无线电处理设备；

所述发射波束形成处理机，用于在重构管理设备的控制下，对来自软件无线电处理设备的信号进行数字波束处理，调整各通道上行信号，并输送到射频发射模块，经阵列发射天线发射出去，同时在部分或全空域合成一个或多个发射波束；

所述软件无线电处理设备，用于在重构管理设备的控制下，调整参数或加载对应的功能，对柔性节点的收发信号进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种可重构的柔性节点，其特征在于：所述的柔性节点还包括监控设备，所述监控设备分别与可重构天线射频设备和软件无线电处理设备连接，完成柔性节点的设备监控，保证柔性节点正常工作。

3.根据权利要求1所述的一种可重构的柔性节点，其特征在于：所述阵列接收天线包括多个接收天线阵元，所述射频接收模块包括多个射频接收通道，接收天线阵元与射频接收通道数量相同且一一对应，每个接收天线阵元的输出端通过对应的射频接收通道与接收波束形成处理机连接。

4.根据权利要求1所述的一种可重构的柔性节点，其特征在于：所述的阵列发射天线包括多个发射天线阵元，所述射频发射模块包括多个射频发射通道，发射天线阵元与射频发射通道一一对应，每个射频发射通道的输入端与发射波束形成处理机连接，射频发射通道的输出端与对应的发射天线阵元连接。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，其特征在于：重构管理设备采用基于同时多波束技术、任务指令、目标类型和特征的协同多模式方式控制天线阵元、射频收发模块、波束形成处理机及软件无线电处理设备，实现柔性节点无线电波束重构和功能重构，包括以下步骤：

采用基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法捕获各种类型目标；

软件无线电设备自动获取目标的标识信息或服务需求信息报监控设备，同时提取目标特征并基于目标特征进行目标分类，将结果传输给重构管理设备；

重构管理设备基于指令、目标数量和特征确定波束控制策略，并控制波束重构模块实现可重构天线射频设备的波束重构；

重构管理设备基于指令、目标类型和特征确定功能控制策略，并控制功能重构模块实现软件无线电设备实现功能重构。

6.根据权利要求5所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，其特征在于：基于任务指令和多波束技术的多模式跟踪捕获方法，即可重构天线射频设备同时形成多个波束，软件无线电设备与波束对应，采用多模式同时跟踪捕获目标，获取目标的标识信息或服务需求信息，包括：

模式一，预置等待模式：监控设备接收来自节点外设备用户任务计划和重构信息，经资源冲突检测分析后，向节点内相关设备下任务指令，所述指令包括任务计划的主要信息：目标数目、目标进入时间、目标初始位置、目标代号、服务需求、信号参数以及重构指令，重构管理设备对任务指令分析后，确定柔性节点的设备配置，确保部分或全部波束及对应的软件无线电设备电路按指令进行重构、预置等待，待目标出现后，进行捕获跟踪，并自动获取目标的标识信息和所述需求信息；

模式二，随遇接入模式：柔性节点形成一个或多个接收波束全空域扫描，安装有用户终端的目标按协议发出登录信号，节点搜索到登录信号后，目标随遇接入,节点自动获取目标的标识信息和所述需求信息，进行合法性识别；

模式三，扫描探测模式：柔性节点形成一个或多个发射、接收波束，软件无线电设备设置多功能同时工作模式，波束在部分或全空域扫描，根据接收的目标下行信号或目标反射信号发现目标，并获取目标特征，进行协同性标识。

7.根据权利要求5所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，其特征在于：基于目标特征进行目标分类，即柔性节点获取目标的标识信息和服务需求信息，或目标下行信号、目标反射信号与已知目标特征分析对比，识别目标类型，所述目标特征包括目标信号特征、空间物理特征、目标的标识信息和服务信息，其中，空间物理特征包括目标运动轨迹、距离、速度、方位角和俯仰角；目标的标识信息包括目标身份编号、任务代号和相关任务参数；服务信息包括服务请求信息、通信服务信息和遥测遥控信息，所述目标类型包括：

合法目标：任务指令中下达的目标，或随遇接入的目标登录信号中的标识信息与合法用户信息相符合，则目标为可入网合法目标；

协同非法目标：若目标的标识信息能够被识别，但无入网许可标志，则目标为可入网非法目标，即协同非法目标；

非协同目标：若目标信号能接收，但不能识别，或只能利用反射信息对目标进行探测，则目标为不可入网的非法目标，即非协同目标。

8.根据权利要求5所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，其特征在于：重构管理设备基于指令、目标数量和特征确定波束控制策略，并控制波束重构模块实现可重构天线射频设备的波束重构，具体包括以下子步骤：

在预置等待模式下，重构管理设备根据监控设备指令，确定目标数量、目标信号特征、空间物理特征；

在随遇接入模式、扫描探测模式下，先由监控设备确定初始扫描范围、扫描波束数量，待发现目标后，重构管理设备根据可重构天线射频设备的下行信息或反射信息，经软件无线电设备分析处理后，确定目标数量、目标信号特征、目标空间物理特征；

基于目标数量、目标特征得出分析波束重构策略，得出所需波束数量、所需合成信号功率、所需频率带宽、所需的天线阵元数目和射频组件增益或功率，并进行资源冲突检测；

如柔性节点资源满足需求，重构管理设备根据分析结果，采用基于陈列天线和数字波束形成的波束重构方法进行波束重构，即调整接收波束形成处理机中参与合成的接收天线阵元数目和对应的射频接收通道数目，以及发射波束形成处理机中参与合成的发射天线阵元数目和对应的射频发射通道数目，调整收发射频信号频率或带宽，调整参与合成的射频组件增益或功率；

重构管理设备根据分析结果，从数据存储模块中选择所需数字波束合成算法对应的配置程序包，加载到发射波束形成处理机和接收波束形成处理机中，或是调整发射波束形成处理机和接收波束处理机中数字波束合成算法所对应的配置参数，实现算法优化，最终完成波束重构；

在测控通信或探测过程中，动态跟踪可重构天线射频设备的下行信息或反射信息，并据此进行动态重构调整。

9.根据权利要求5所述的一种可重构的柔性节点的节点重构方法，其特征在于：重构管理设备基于指令、目标类型和特征确定功能控制策略，并控制功能重构模块实现软件无线电设备实现功能重构，具体包括以下子步骤：

对于指令规定的合法目标，重构管理设备按照目标标识和服务需求，对资源进行分析，资源足够，则采用预置功能重构，若资源不够，报监控设备；

对于随遇接入的合法目标，软件无线电处理设备根据目标标识和服务需求，采用动态重构或在线参数配置进行功能重构，提供所需信息服务；

对于协同非法目标，即可入网非法目标，软件无线电处理设备按照目标标识，提醒其为非法用户，并在线参数配置，持续跟踪，将目标信息报监控设备；

对于非协同目标，起先，软件无线电设备多功能配置，扫描捕获后，在跟踪过程中，不断提取目标特征并进行分析，根据分析结果再进动态重构或在线参数配置，不断迭代直至判定出目标属性，同时报监控设备，并根据监控指令预警反制；

所述预置功能重构，即选择存储于重构管理设备的相应功能程序包在软件无线电处理设备进行功能重构或进行重配置，提供所需信息服务；

所述动态重构，即由重构管理模块提前调用功能配置程序包，存于软件无线电处理设备的内存，需要时快速重构；

所述在线参数配置，即改变功能程序软件参数，保持最佳工作状态。

Images