CN108616304B - 一种车载多路由组网对流层散射通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种车载多路由组网对流层散射通信系统，通过在单一载车中使用多套小型化散射通信设备进行多路由无线组网。路由选择和站址规划由计算机控制设备进行统一管理，根据对端站点距本地站点的通信距离，决定是否采用空间分集，动态配置通信的方向数，确定整个散射通信网的连接关系以及本站点在网络中的位置；通过散射天线指向调整与路由选择一体化操作，实现当升降杆上升或下降过程中，同时散射天线能进行展开或撤收操作，当散射天线进行展开操作的同时，收发两站的散射天线以定位设备为基准自动完成天线对准。

Description

一种车载多路由组网对流层散射通信系统
技术领域
本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种车载多路由组网对流层散射通信系统。
背景技术
在现代信息化战争条件下，武器系统已由平台中心战迅速向网络中心战转变，利用通信网络把地理上分散的战区传感器、指挥控制系统、主战武器平台连在一起，形成完善的“网络平台”，并以“网络平台”为中心，协调各武器单元联合作战，实现系统信息共享，进行体系对抗，提高各武器单元和武器系统的作战效能。对流层散射通信是利用对流层中大气的不均匀性对电波信号的散射或反射作用实现一种超视距无线通信方式。对流层散射通信传输容量、传输质量和传输可靠度均优于短波；单跳传输距离远大于微波通信；对流层散射通信多采用定向天线，天线波束窄，不易被干扰和截获，相比于卫星通信体现出更优的安全性，且不占用宝贵的卫星转发器资源；另外，对流层散射通信受雷电、极光、磁暴和核暴等极端环境因素的影响较小。这些特点使得它与卫星、微波、短波通信方式相比具有一定的优势，成为各国战略、战术及战区通信网中不可缺少的重要通信手段。然而对流层散射通信传输损耗很大，接收信号信噪比较低，故需要大功率的发射机和灵敏的接收机提高信噪比。这无疑造成对流层散射设备复杂、体积庞大。因此传统的对流层散射通信装备只能实现单方向通信，即点对点通信，无法满足当前组网作战对通信系统的需求。然而近年来，随着调制解调技术和固态功放的发展进步，对流层散射设备的小型化成为可能。
综上所述，现有技术存在的问题是：传统对流层散射通信装备受设备复杂、体积大的影响，在现有装备载车的有限空间上只能装载一套散射通信设备，即只能实现单方向通信，无法满足当前组网作战对通信系统的需求。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种车载多路由组网对流层散射通信系统。
本发明是这样实现的：通过在单一载车中使用多套小型化散射通信设备进行多路由无线组网。路由选择和站址规划由计算机控制设备进行统一管理，根据对端站点距本地站点的通信距离，决定是否采用空间分集，动态配置通信的方向数，确定整个散射通信网的连接关系以及本站点在网络中的位置。
本发明的另一目的在于提供一种实现所述车载多路由组网对流层散射通信方法构建的散射天线指向调整与路由选择一体化对流层散射通信系统：当升降杆上升或下降过程中，同时散射天线能进行展开或撤收操作，当散射天线进行展开操作的同时，收发两站的散射天线以定位设备为基准自动完成天线对准。
所述车载多路由组网对流层散射通信系统设置有：
用于路由选择和天线控制的计算机控制设备1；
所述计算机控制设备与定位设备和升降杆控制箱连接；
所述升降杆控制箱与升降杆连接，所述升降杆与天线底座连接，所述天线底座上安装有散射天线；
所述高频设备与低频设备连接；所述低频设备与用户数据接口连接。
进一步，所述定位设备为北斗定位仪；
所述天线底座包括：回平座、云台控制箱；
所述升降杆控制箱包括：限位开关、高度传感器、升降电机。
进一步，所述云台控制箱包括：限位开关、方位传感器、俯仰传感器、俯仰电机、方位电机。
本发明的路由选择和站址规划由终端控制计算机统一管理，根据对端站点距本地站点的通信距离，决定是否采用空间分集，动态配置通信的方向数，确定整个散射通信网的连接关系以及本站点在网络中的位置。在通信系统设计时引入散射天线指向调整与路由选择一体化思想，当升降杆上升或下降过程中，同时散射天线能进行展开或撤收操作，当散射天线进行展开操作的同时，收发两站的散射天线以定位设备为基准自动完成天线对准。本发明针对传统散射通信局限于点对点通信的现状，提出在单一载车中使用多套小型化散射通信设备进行多路由无线组网，实现无线多路由大区域动态组网通信。
附图说明
图1是本发明实施例提供的车载多路由组网对流层散射通信系统结构示意图；
图2是本发明实施例提供的车载对流层散射通信近距离组网拓扑结构图；
图3是本发明实施例提供的车载对流层散射通信远距离组网拓扑结构图；
图4是本发明实施例提供的车载对流层散射通信远近距混合组网拓扑结构图；
图5是本发明实施例提供的散射天线指向调整与路由选择一体化设计结构图；
图6是本发明实施例提供的一体化设计的设备布置场景图；
图中：1、计算机控制设备；2、定位设备；2-1、北斗定向仪；3、用户数据接口；4、低频设备；5、高频设备；6、天线底座；6-1、回平座；6-2、云台控制箱；6-2-1、限位开关；6-2-2、方位传感器；6-2-3、俯仰传感器；6-2-4、俯仰电机；6-2-5、方位电机；7、散射天线；8、车舱；9、升降杆；10、升降杆控制箱；10-1、限位开关；10-2、高度传感器；10-3、升降电机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明基于对流层散射的车载多路由组网技术，对解决地面武器系统在复杂地形条件下大区域组网作战的通信难题，显著提高武器系统的体系对抗能力具有重大意义。
下面结合附图对本发明的系统结构作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的车载多路由对流层散射通信系统包括：计算机控制设备1、定位设备2、用户数据接口3、低频设备4、高频设备5、天线底座6、散射天线7、车舱8、升降杆9、升降杆控制箱10。
计算机控制设备1、用户数据接口3、低频设备4、高频设备5安装于载车的车舱8中，天线底座6、散射天线7、升降杆9、升降杆控制箱10安装于车舱8的舱顶。用于路由选择和天线控制的计算机控制设备1与定位设备2和升降杆控制箱10连接，高频设备5与低频设备4连接，低频设备4与用户数据接口3连接，升降杆控制箱10与升降杆9连接，以上模块采用数据线缆进行连接，线缆的规格型号不作具体要求。
升降杆9与天线底座6为机械连接，机械连接结构为本领域惯用结构。定位设备2为北斗定位仪2-1；天线底座6包括：回平座6-1、云台控制箱6-2；云台控制箱6-2包括：限位开关6-2-1、方位传感器6-2-2、俯仰传感器6-2-3、俯仰电机6-2-4、方位电机6-2-5，散射天线7安装在天线底座6的回平座6-1上，连接器结构为本领域惯用结构；升降杆9与天线底座6为机械连接，连接器结构为本领域惯用结构；升降杆控制箱10包括：限位开关10-1、高度传感器10-2、升降电机10-3。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
本发明对流层散射通信低频设备4在发射端将基带信号变换为信号包络适合于信道传输的中频信号，接着输入高频设备5，经上变频、放大后，由安装在天线底座6的散射天线7辐射到空间；接收端进行的是与此相反的过程，即将来自高频设备的信号，进行放大、解调，完成中频信号向基带信号的转变。
以采用四面散射天线的对流层散射通信车为例，四面散射天线中分别对应于四套高频设备和四套低频设备，如图1所示。建立组网连接时，首先通过安装在车舱8舱顶上的定位设备2进行本地站点和对端站点的坐标确认，定位设备2可采用惯用的双北斗定位仪。定位设备2将获取的坐标信息输入计算机控制设备1进行路由规划：
情形1：当组网通信的四个对端站点距离本地站点距离较近时，对流层散射信道的衰落特性对通信质量影响较小。利用四套低频设备4、四套高频设备5和四面散射天线7可实现四个方向同时高速率通信，组网拓扑结构如图2所示。
情形2：对流层散射信道是典型的多径衰落信道，当两个对端站点距本地站点较远时，信号会产生比较严重的衰落，则可采用空间分集技术改善信号质量。具体地，利用两套低频设备4、四套高频设备5和四面散射天线7进行通信连接，即高频设备5和散射天线7共用一套低频设备4，高频设备5和散射天线7共用一套低频设备5，组网拓扑结构如图3所示。
情形3：当存在两个距离较近的对端站点，一个距离较远的对端站点时，此为情形1和情形2的混合情况。具体地，可利用三套低频设备4、四套高频设备5和四面散射天线7进行通信连接，即高频设备5和散射天线7共用一套低频设备4(或者高频设备5和散射天线7共用一套低频设备4)，高频设备5散射天线7与低频设备4一一对应(高频设备5，散射天线7与低频设备4一一对应)，实现三个方向的连接，组网拓扑结构如图4所示。
在本发明中，由于散射天线7采用定向天线，组网通信时需根据路由方向转动位置。在通信系统设计时引入散射天线指向调整与路由选择一体化思想，涉及对流层散射通信车的计算机控制设备1、散射天线7、升降杆9、升降杆控制箱10、天线底座6和定位设备2，如图5所示。
在本发明中，散射天线7为抛物面型天线，天线尺寸和馈源等不在本发明之内，生产时可根据实际需求选择本领域惯用型号。升降杆9由若干节杆节金属管套装而构成，最外节天线杆体为基节，其它杆节为天线杆节，生产时可根据实际需求选择本领域惯用结构。升降杆控制箱10主要由限位开关10-1、高度传感器10-2和升降电机10-3等组成。升降电机10-3用于控制升降杆的上升和下降，高度传感器10-2获取升降杆9实时的高度信息，并将该信息经升降杆控制箱10传入计算机控制设备1并显示出来。当升降杆9上升或下降到限位时，触发限位开关10-1，停止升降杆9的升降运动。天线底座6主要由回平座6-1和云台控制箱6-2组成。回平座6-1用于安装散射天线7，回平座6-1为本领域惯用结构。云台控制箱6-2主要包括由限位开关6-2-1、方位传感器6-2-2、俯仰传感器6-2-3、俯仰电机6-2-4和方位电机6-2-5等组成。俯仰电机6-2-4和方位电机6-2-5控制散射天线7的俯仰和方位运动，方位传感器6-2-2和俯仰传感器6-2-3获取散射天线7实时的方位和俯仰信息，并将该信息经云台控制箱6-2传入计算机控制设备1并显示出来。定位设备2采用惯用的双北斗定位仪2-1、2-2，用于识别站点方向。图6示出本发明对流层散射通信设备布置场景图。
本发明中，在计算机控制设备1控制升降杆9上升(或下降)过程中，同时可以控制散射天线7能进行展开(或撤收)操作，将升降杆9举升到一定高度，可通过丝杠将杆体锁定停止位置上，丝杠采用本领域惯用结构。特别指出，由于对流层散射通信具有较强的多径衰落效应，而采用多面天线进行空间分集接收是常用的技术。工程上，对空间分集中两面散射天线7的间隔一般要求大于七十倍波长，对于频率为4.5GHz来说天线间隔要大于4.67米。如果车舱8的舱顶水平方向不能满足间隔要求，这时可将其中一套散射天线7和天线底座6直接安装在车舱8舱顶上，另一套安装在升降杆9上，以增加空间间隔，结构原理图如图5所示，安装场景图如图6所示。
本发明中，收发两站散射天线7的对准控制采用双北斗定向仪2-1、2-2。当计算机控制设备1控制散射天线7进行展开操作的同时，同时可以控制收发两站的散射天线7以双北斗定向仪2-1、2-2为基准自动完成天线对准，相比于传统的人工对准方式，本发明在缩短展开时间的同时提高了天线对准的精度。特别指出，安装于车舱8舱顶的每个天线底座6可全方位调整，散射天线7之间相互不干涉。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种车载多路由组网对流层散射通信方法，其特征在于，所述车载多路由组网对流层散射通信方法包括：
对流层散射通信低频设备在发射端将基带信号变换为信号包络中频信号，输入高频设备，经上变频、放大后，由 安装在天线底座的散射天线辐射到空间；接收端将来自射频设备的中频信号，进行放大、解调，完成中频信号向基带信号的转变；
路由选择和站址规划由计算机控制设备进行统一管理，根据对端站点距本地站点的通信距离，决定是否采用空间分集，动态配置通信的方向数，确定整个散射通信网的连接关系以及本站点在网络中的位置。
2.一种如权利要求1所述车载多路由组网 对流层散射通信方法的对流层散射通信系统，其特征在于，所述对流层散射通信系统设置有：
用于路由选择和站址规划的计算机控制设备；
所述计算机控制设备与定位设备和升降杆控制箱连接；所述升降杆控制箱与高频设备连接；所述高频设备与低频设备连接；所述低频设备与用户数据接口连接；
所述升降杆控制箱与升降杆连接，所述升降杆与天线底座连接，所述天线底座上安装有散射天线。
3.如权利要求2所述的对流层散射通信系统，其特征在于，所述定位设备为北斗定位仪；
所述天线底座包括：回平座、云台控制箱；
所述升降杆控制箱包括：限位开关、高度传感器、升降电机。
4.如权利要求3所述的对流层散射通信系统，其特征在于，所述云台控制箱包括：限位开关、方位传感器、俯仰传感器、俯仰电机、方位电机。
5.如权利要求3所述的对流层散射通信系统，其特征在于，构建的散射天线指向调整与路由选择一体化对流层散射通信系统：当升降杆上升或下降过程中，同时散射天线能进行展开或撤收操作，当散射天线进行展开操作的同时，收发两站的散射天线以定位设备为基准自动完成天线对准。
6.一种安装有权利要求2～5任意一项所述对流层散射通信系统的汽车。
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