CN110333505A - 一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统及方法，包括多个数字阵列子阵组成的雷达阵列子板、主机和母板；所述主机通过光纤向母板传输指令，所述母板将指令译码后分发到各个子板中；所述数字阵列子阵包括信号处理器、接收链路、发送链路，所述接收链路和接收链路均连接于信号处理器上，其中，所述接收链路将采集的信号经过信号处理器处理后通过发射链路传送出去。本发明使利用多通道的RFDAC芯片构建数字阵列雷达‑高速通信一体化平台的发射通道，可以实现雷达和通信信号的同时发射，不仅可以简化系统架构，还增加了系统的灵活性。

Description

一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统及方法

技术领域

本发明涉及雷达通信领域，尤其涉及一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统及方法。

背景技术

随着雷达和通信信号处理技术的发展，多种电子系统由简单组合向综合一体化集成发展，综合性能大幅提升。雷达、侦查、通信及电子对抗等高科技电子装备，承担着信息获取和联网传递、电磁使用争夺权等方面的任务，是信息化条件下电子对抗体系的核心要素；将这些电子设备集成起来，构成综合性电子高科技电子兵器，是提升电子对抗体系冗余度和可靠性，最终提升整体对抗效能的关键举措。多种电子系统的综合集成，提升系统的综合对抗能力，也存在很多新的问题需要解决。例如：电子设备之间的电磁干扰以及电子设备对平台资源的消耗，会导致整个系统机动性和对抗效能的减弱；多种电子设备的装备必然会要求系统具备更高的信息传输效率、更好的信息传输实时性和可靠性等。因此，如何将雷达、通信设备有机结合，构成综合性雷达通信一体化体系，解决电子对抗平台的小型化、通用化以及系统资源的合理使用等问题，是这一背景下的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统及方法。

一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统，包括多个数字阵列子阵组成的雷达阵列子板、主机和母板；

多个数字阵列子阵组成的雷达阵列子板与主机之间通过光纤实现高速数据传输，这种方式在作战时，可以使雷达主机和阵面间分置十公里之远，减小反辐射导弹等对雷达系统的威胁，避免人员的伤亡。同时，最终雷达阵列的大小取决于子阵的数量，只需要在母板上增加或者减少FMC接口的子阵板卡即可，极大地增加了系统的灵活性。工作时，主机通过光纤向母板传输相控阵的波束指向指令、雷达工作频率指令、通信信号的调制方式、通信的工作频段等信息，母板接收到信息后，经过指令译码后，将相关指令分发到各个子阵板卡中，每个子阵根据当前波束指向要求，在FPGA中用数字方法实现各阵元的精确幅相加权，从而使雷达系统能实现收发波束赋形和收发宽带全自适应波束形成，同时根据系统要求，可以更改当前雷达和通信的工作频率，只需要更改RFDAC中的相关参数即可，最后，根据不同时刻通信要求的不同，可以方便地切换通信信号的调制方式等，使得系统可以很容易地实现发射波形和频率的捷变。

所述数字阵列子阵包括信号处理器、接收链路、发送链路，所述接收链路和接收链路均连接于信号处理器上，其中，所述接收链路将采集的信号经过信号处理器处理后通过发射链路传送出去。

所述信号处理器包括FPGA控制器，其中，所述FPGA控制器被配置为8通道、15.4Gbps JESD204B数据输入端口，用于实现数字阵列子阵的精确幅相加权。

所述接收链路通过RFADC实现将采集的模拟信号转化为数字信号，其中，所述RFADC被配置为8通道、15.4Gbps JESD204B数据输入端口、高性能片内DAC时钟倍频器和数字信号处理功能。

所述发射链路由RFDAC实现，所述RFDAC具有三个可旁路复用数据输入通道，三个通道可分别发射：只用于雷达探测的信号的通道1；只用于通信的调制信号的通道2；既可以用于雷达探测又可以实现通信功能的复合高效调制信号的通道3。

一种基于数字列阵的雷达通信一体化的方法，包括：

系统被设置为分时体制，用于雷达和通信共享雷达天线；

系统被设置为分波体制，根据将相控阵雷达的阵面划分不同的区域实现雷达探测、通信和识别功能；

系统被设置为同时体制，根据雷达与通信使用同一种波形或者合成的一个信号进行雷达探测和通信。

所述分时体制的方法包括如下步骤：

S11:在接收链路接收信息时，控制FPGA切换通信和雷达单独的解码软件模块；

S12:在发送链路发送信息时，系统关闭发射复合高效调制信号的通道；

S13:对只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道之间进行开关切换；

S14:同一时间，只选择S13中其中一个子通道进行发射。

所述分波体制的方法包括如下步骤：

S21:在接收链路接收信息时，根据特定的算法对接收链路接收的链路进行处理；

S22:在发送链路发送信息时，系统关闭发射复合高效调制信号的通道；

S23:同时打开只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道；

S24:采用雷达工作优先策略；

S25: 若雷达探测改变频率对新的雷达工作频率产生影响，调节子通道到适当频率从而避免干扰。

所述同时体制的方法包括如下步骤：

S31:在接收链路接收信息时，根据特定的算法对接收链路接收的链路进行处理；

S32:开启复合高效调制信号的子通道，关闭其他子通道。

本发明的有益效果：利用多通道的RFDAC芯片构建数字阵列雷达-高速通信一体化平台的发射通道，可以实现雷达和通信信号的同时发射，不仅可以简化系统架构，还增加了系统的灵活性。

附图说明

图1是雷达一体化体统；

图2是数字阵列子阵原理图；

图3是 RFDAC芯片的内部功能框图；

图4是 RFADC芯片的内部功能框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

本实施例中，如图1，雷达通信一体化系统一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统，包括能量管理控制器、储能变流管理设备、以太网交换机、第一数据链路、第二数据链路和第三数据链路。

储能变流管理设备包括一个能量管理单元和多个与之相连的PCS，能量管理单元接收并分发功率调度指令到每台PCS，PCS通过输送功率或吸收功率实现电网的功率调度。能量管理控制器包括能量管理主机和能量管理备机，能量管理主机通过第一数据链路和能量管理单元进行高实时性的数据交互，能量管理备机通过第二数据链路和能量管理单元进行高实时性的数据交互，能量管理主机、备机与EMS（能量管理系统）和能量管理单元经过以太网交换机通过第三数据链路进行低实时性的数据交互。

如图3所示，RFDAC芯片是一款高性能、双通道、16位数模转换器（DAC），支持高达12.6GSPS的DAC采样速率。该器件具有8通道、15.4Gbps JESD204B数据输入端口、高性能片内DAC时钟倍频器和数字信号处理功能，适合单频段和多频段直接至射频（RF）无线应用。它的每一个RF DAC具有三个可旁路复用数据输入通道。每个数据输入通道包括可配置增益级、插值滤波器和通道数控振荡器（NCO），方便灵活的多频段频率规划。此外，该芯片支持JESD204B子类1的多芯片同步，双通道模式下功耗仅为2.55W（12 GSPS）。

如图4所示，FADC芯片是一款双通道、14位、3GSPS模数转换器（ADC）。该器件具有片内缓冲器和采样保持电路，确保实现较低的功耗、较小的封装尺寸和出色的易用性。该产品经过专门设计，支持那些可高达5GHz带宽的模拟信号进行直接采样的通信应用场合。ADC输入的-3dB带宽为9GHz。此款芯片经过了全面优化，采用小巧紧凑的封装，可以提供宽泛的输入带宽、快速的采样速率、卓越的线性度以及较低的功耗。

一种基于数字列阵的雷达通信一体化的方法，其特征在于，包括：系统被设置为分时体制，用于雷达和通信共享雷达天线；系统被设置为分波体制，根据将相控阵雷达的阵面划分不同的区域实现雷达探测、通信和识别功能；系统被设置为同时体制，根据雷达与通信使用同一种波形或者合成的一个信号进行雷达探测和通信。

对于分时体制，只需要在软件中将发射复合高效调制信号的子通道关闭，随后在只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道之间进行开关切换，同一时间只选择这两者中的一个子通道进行发射，就可以实现雷达-通信的分时体制发射，此种情况下，雷达和通信不存在相互之间的干扰问题。对于分波束体制，在软件中将发射复合高效调制信号的子通道关闭，只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道同时发射，此种情况下，当两个通道的发射频率接近或者通信信号的谐波等落入雷达的工作频段时，两者之间就会存在干扰，现提出解决方案如下，发射时，采用雷达工作优先策略，由于雷达需要实时进行扫描和跟踪，因此，当雷达探测需要改变频率时，也考虑通信频段的带外干扰信号是否会对新的雷达工作频率产生影响，如果产生影响，则也需要改变通信频率，避免其干扰信号影响雷达的正常工作。具体到该方案，只需要在子通道的NCO中，将两个子通道设置成适当的频率，就可以避免两个通道间的相互干扰。对于同时体制，只开启复合高效调制信号的子通道，其他子通道关闭。可见就发射而言，该平台完全可以实现三种一体化体制的验证和实现。

对于接收，在分时体制下，子阵中的FPGA芯片只需要切换其中分别针对通信和雷达单独的解码软件模块即可；在分波束和同时体制中，需要在FPGA中编写针对两者信号分离的算法，然后进行进一步的处理。

本发明采用的RFDAC、RFADC芯片，利用多通道的RFDAC芯片实现雷达和通信信号的同时发射，大大的降低了系统的复杂性和功耗，在小型化的同时又增加了系统的灵活性

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统，其特征在于，包括多个数字阵列子阵组成的雷达阵列子板、主机和母板；所述主机通过光纤向母板传输指令；所述母板将指令译码后分发到各个子板中；所述数字阵列子阵包括信号处理器、接收链路、发送链路，所述接收链路和接收链路均连接于信号处理器上，其中，所述接收链路将采集的信号经过信号处理器处理后通过发射链路传送出去。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统，其特征在于，所述信号处理器包括FPGA控制器，其中，所述FPGA控制器被配置为8通道、15.4Gbps JESD204B数据输入端口，用于实现数字阵列子阵的精确幅相加权。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体化系统，其特征在于，所述接收链路通过RFADC实现将采集的模拟信号转化为数字信号，其中，所述RFADC被配置为8通道、15.4Gbps JESD204B数据输入端口、高性能片内DAC时钟倍频器和数字信号处理功能。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体化统及方法，其特征在于，所述发射链路由RFDAC实现，所述RFDAC具有三个可旁路复用数据输入通道，三个通道可分别发射：只用于雷达探测的信号的通道1；只用于通信的调制信号的通道2；既可以用于雷达探测又可以实现通信功能的复合高效调制信号的通道3。

5.一种基于数字列阵的雷达通信一体化的方法，其特征在于，包括：

系统被设置为分时体制，用于雷达和通信共享雷达天线；

系统被设置为分波体制，根据将相控阵雷达的阵面划分不同的区域实现雷达探测、通信和识别功能；

系统被设置为同时体制，根据雷达与通信使用同一种波形或者合成的一个信号进行雷达探测和通信。

6.根据权利要求5所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体化统的方法，其特征在于，所述分时体制的方法包括如下步骤：

S11:在接收链路接收信息时，控制FPGA切换通信和雷达单独的解码软件模块；

S12:在发送链路发送信息时，系统关闭发射复合高效调制信号的通道；

S13:对只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道之间进行开关切换；

S14:同一时间，只选择S13中其中一个子通道进行发射。

7.根据权利要求5所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体化的方法，其特征在于，所述分波体制的方法包括如下步骤：

S21:在接收链路接收信息时，根据特定的算法对接收链路接收的链路进行处理；

S22:在发送链路发送信息时，系统关闭发射复合高效调制信号的通道；

S23:同时打开只发射雷达探测信号和只发射通信调制信号的子通道；

S24:采用雷达工作优先策略；

S25: 若雷达探测改变频率对新的雷达工作频率产生影响，调节子通道到适当频率从而避免干扰。

8.根据权利要求5所述的一种基于数字列阵的雷达通信一体的方法，其特征在于，所述同时体制的方法包括如下步骤：

S31:在接收链路接收信息时，根据特定的算法对接收链路接收的链路进行处理；

S32:开启复合高效调制信号的子通道，关闭其他子通道。