CN111060876A - 一种雷达通信数据链的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达通信数据链的实现方法，包括：雷达系统、通信波形产生模块和通信接收机；所述雷达系统与通信波形产生模块通信连接，所述通信接收机通过宽带全向天线与雷达系统进行无线通信；所述雷达系统包括依次连接的雷达波形产生模块、中频切换开关、上变频、PA、收发复用器和雷达天线，以及与收发复用器连接的雷达接收机；其中，上变频、PA和收发复用器组成发射信道。本发明能够较好适应雷达系统的现有条件，几乎不影响雷达系统的正常工作和性能，仅对雷达系统做较小的改动的情况下，充分共享雷达系统的发射信道和雷达天线，新增雷达通信功能。该方法适应范围广，不仅可以运用在L波段雷达系统，还可应用到其它频段雷达系统上。

Description

一种雷达通信数据链的实现方法

技术领域

本发明涉及雷达通信技术领域，尤其是一种雷达通信数据链的实现方法。

背景技术

雷达作为探测、定位和识别目标，实行空中监视和交通管制的有效工具，对战场情报感知、分析、指挥以及武器制导等任务不可或缺。在战场上，为了保证隐蔽性和安全性，地面雷达站与指挥、情报分析及战斗单元等部门均是分散布局，利用各种有线网络或无线通信设备进行信息交互和共享，而缺乏可快速、实时传输信息的直接通信手段。

由于有线网络需要提前架设有线电缆，通信可靠性和安全保密性不易保障，也无法支持机动条件下的应用场合。对于机动部队，雷达目标信息需经过专门人员转换为无线通信方式传输，信息传输的实时性低，通信可靠性和安全保密性也不易保障。

随着信息技术在军事领域的广泛运用，新一轮以信息技术为基础，以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事变革已经开始，未来战争是以信息化为特征的陆、海、空、天的一体化战争，因此，电子装备也正在向一体化的趋势发展。

雷达和通信作为信息获取、处理、传输和交换的典型方式，虽然在硬件设备和软件架构上有明显的区别，但从它们的工作原理、系统结构、工作频率等方面来看，两者又具有很多相似之处，所以对雷达和通信实施一体化设计，不仅条件具备，而且硬件资源共享也是可行的，对雷达系统和通信系统进行有机结合和资源共享，不仅是未来作战平台电子电子综合一体化系统的主要发展方向，而且将雷达和通信实施多功能一体化设计。可极大地提高系统作战能力，以及克服传统的情报传递速度慢、保密性差和误报率高等方面的不足。从体制上，雷达通信一体化发展方向主要有三种：分时体制、分波束体制及同时体制。

(1)分波束体制：将相控阵雷达的阵面划分为不同的区域，分别用于雷达探测、通信等功能。该体制仅适用于相控阵雷达，应用范围受限；雷达探测与通信能够同时工作，共享系统发射能量，减低雷达探测功率；同时，存在雷达、通信相互干扰的问题。

(2)同时体制：将通信信号作为基带信号，雷达探测信号作为载波进行调制生成一体化信号，在通信同时进行雷达探测。该体制雷达探测与通信也能够同时工作，雷达、通信均能够使用全部的系统能量。但需要研究新的雷达信号波形和通信信号波形共享方式，技术难度高。

(3)分时体制：雷达系统和通信系统共享雷达天线，二者分时工作。该体制不需要研究新的雷达信号波形和通信信号波形，能够直接利用成熟的雷达和通信技术，实现简单；二者分时工作，同时通信时隙可以利用雷达探测的保护时隙，避免了减少雷达探测的工作时间和相互干扰，但通信时间有限从而限制了通信传输能力。

虽然信息化作战的需求推动雷达与通信一体化趋势发展，但现役的大量雷达装备不具备雷达通信一体化能力。同时，现役的雷达平台型号多、工作频段广、平台差异性大，均进行雷达通信一体化改造工作量很大，也是不现实的。此外，雷达作为战场情报感知主要手段，最主要担当情报输出角色，即通信发送角色。

数据链是一种按照规定的信息格式和通信协议实时传输格式化数字信息的战术信息系统。数据链将指挥平台、武器平台和情报网络进行连接，武器的作战能力得到大大的提上。通过美军在实战中的运用来看，数据链发挥了重要作用，已成为三军联合作战中进行实时或非实时指挥控制、战场态势信息分发的主要手段。

因此，针对以上特点，在现役雷达装备可以开发一种广播式数据链，作为雷达探测的目标信息的快速数据共享通信手段。实现过程中，在技术体制上应首先适应现役雷达平台的特点。因此，分波束体制和同时体制需要对雷达平台的波束控制、波形样式、波形产生等进行改动，工作量大、技术难度高、改造成本高、适应范围小，故无法直接适应多样性的现役雷达平台。而分时体制将雷达系统和通信系统分割开，通过分时工作，能够在几乎不影响已有雷达平台的基础上，新增通信部件，快速、简单、低成本的实现通信功能，提升雷达平台的信息化作战能力。除了体制以外，利用现有雷达平台进行通信过程中还存在以下问题：

(1)雷达的天线具有较强的选择性，主瓣增益高、副瓣增益低、波动大(一般主要考核天线的副瓣增益最大值，而最小值没有考核)。在雷达天线旋转工作时，通信接收机接收的通信信号会出现明显的幅度波动，将影响通信的可靠性和全方位覆盖性，需要采用纠错、重传等通信冗余技术以及自动增益控制技术。

(2)雷达的固态功放非线性，将导致通信调制信号经过雷达发射信道后，出现频谱扩展的现象，使带外频率成分增加，不仅会干扰其他邻近信道设备正常工作，也会对自身通信性能产生不良影响，这对通信调制方式提出了特殊要求。

(3)为了不影响雷达的探测时间，通信波形的持续时间不能太长，而雷达的信道带宽已确定，通信容量受限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种雷达通信数据链的实现方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种雷达通信数据链的实现方法，包括：雷达系统、通信波形产生模块和通信接收机；所述雷达系统与通信波形产生模块通信连接，所述通信接收机通过宽带全向天线与雷达系统进行无线通信；所述雷达系统包括依次连接的雷达波形产生模块、中频切换开关、上变频、PA、收发复用器和雷达天线，以及与收发复用器连接的雷达接收机；其中，上变频、PA和收发复用器组成发射信道；

所述雷达系统探测的目标信息与发射同步触发脉冲一同送入通信波形产生模块，在发射同步触发脉冲的控制下，通信波形产生模块对目标信息进行处理后产生中频通信信号，该中频通信信号经过中频切换开关送入雷达系统的发射信道后，由雷达天线进行发射；通信接收机通过宽带全向天线接收该中频通信信号，并在检测和解析出该中频通信信号所携带的目标信息后发送给目标设备。

进一步，所述通信波形产生模块包括：

通信接口；所述通信接口用于实现所述通信波形产生模块和雷达系统之间的通信连接；

ZYNQ处理器；所述ZYNQ处理器与通信接口连接，用于对目标信息进行处理后产生数字中频信号；

存储器；所述存储器与ZYNQ处理器连接，用于存储ZYNQ处理器的配置程序和系统配置参数；

DAC；所述DAC与ZYNQ处理器连接，用于将所述ZYNQ处理器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；

中频调理电路；所述中频调理电路与DAC连接，用于滤除模拟中频信号中的干扰信号并调整输出幅度，输出中频通信信号至中频切换开关；

时钟管理器；所述时钟管理器与ZYNQ处理器、通信接口和DAC连接，用于通过选择时钟源产生所述ZYNQ处理器、通信接口和DAC的工作时钟；

RS232转换器；所述RS232转换器作为调试接口，用于将ZYNQ处理器连接调试设备以对所述通信波形产生模块进行调试。

进一步，所述ZYNQ处理器包括依次连接的网口报文接收处理模块、报文组帧与缓冲处理模块、报文重传处理模块、GMSK基带调制模块和DUC模块；在通信接口以网口报文形式接受目标信息后，所述ZYNQ处理器的处理过程为：

网口报文接收处理模块接收网口报文，并解析出包括雷达探测的雷达站号、目标属性、目标位置、目标高度和录取时间的目标信息；

报文组帧与缓冲处理模块对报文按照要求的通信格式进行组帧并存入网口报文缓冲区；

报文重传处理模块将网口报文缓冲区的报文加入报文发送队列，并将报文发送队列中的报文逐条、依次传递给调制缓冲区；

GMSK基带调制模块按照要求的调制方式将调制缓冲区中的报文转换为数字基带I、O信号；

DUC模块将数字基带I、O信号转换中心频率为30MHz的数字中频信号。

进一步，所述要求的通信格式为总长度为195位的通信帧，包括14位前保护字段、16位同步头、1位相位参考位、96位数据段、64位校验字段和4位后保护字段。

进一步，所述要求的调制方式为采用BT＝0.3的GMSK调制方式。

进一步，所述报文重传处理模块的处理过程为：

(11)检查目标信息接收缓存区是否为空，若不是则执行(12)，否则执行(13)；

(12)从目标信息接收缓冲区取出一条报文数据，插入到报文发送队列发送指针所指位置，并附加当前时间作为时间属性，同时目标信息接收缓冲区报文数量减1，然后执行(13)；

(13)检查发送数据缓冲区是否为空，若不是则跳转执行(11)，否则执行(14)；

(14)检查报文重传队列是否为空，若是则结束处理，否则执行(15)；

(15)从报文发送队列发送指针所指位置的目标信息，存入发送数据缓冲区，并置位发送数据缓冲区的状态标志,然后执行(16)；

(16)检查发送指针所指报文在报文发送队列中的驻留时间是否超过限制，若是则执行(17)，否则执行(18)；

(17)将驻留时间超过限制的报文从发送队列中删除后执行(18)；

(18)发送指针指向报文发送队列的下一个位置，然后跳转执行(11)。

进一步，所述通信接收机包括：

宽带全向天线；所述宽带全向天线用于接收雷达天线发射的中频通信信号；

射频前端；所述射频前端与宽带全向天线连接，用于处理宽带全向天线接收的中频通信信号，得到带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号；

数字信号处理模块；所述数字信号处理模块与射频前端连接，用于将所述带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号经过解调、解析和去重传后得到目标信息，并将目标信息发送给目标设备。

进一步，所述射频前端包括：

第一级信号处理电路；所述第一级信号处理电路用于将宽带全向天线接收的中频通信信号经过宽带滤波器滤除带外干扰信号后功分为2路中频数字信号；

第二级信号处理电路；所述第二级信号处理电路与第一级信号处理电路连接，包括2路信号处理电路，每路信号处理电路分别利用滤波器从所述2路中频信号中选出1150MHz～1300MHz和1290MHz～1440MHz两个频段的中频数字信号，并分别进行限幅保护和放大后再次功分为2路，得到4路中频数字信号；

第三级信号处理电路；所述第三级信号处理电路与第二级信号处理电路连接，包括4路接收通道，每路接收通道分别利用滤波器将所述4路中频信号分割为1150MHz～1230MHz和1220MHz～1300MHz、以及1290MHz～1370MHz和1360MHz～1440MHz四个频段的中频数字信号，每路中频数字信号的带宽为80MHz，相邻两路间保留10MHz的过渡带，并且每路中频数字信号经滤波、可变衰减器和放大后，分别与各自的本振混频得到中心频率为240MHz的中频数字信号，然后再次功分为2路，得到8路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号，其中4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块的快速AGC控制的幅度信息，另外4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块经过解调、解析和去重传后得到目标信息。

进一步，所述数字信号处理模块包括FPGA以及与FPGA连接的ARM、4路中频ADC和视频ADC；

所述4路视频ADC用于接收4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号用于快速AGC控制的幅度信息；

所述4路中频ADC用于以320MSPS的采样率对另外4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号进行采样，并按5MHz的信道间隔划分出64路通信信道；每路中频数字信号包含16路通信信道；

所述FPGA分别对每路中频数字信号进行IQ变换，使中频数字信号进行一次频谱搬移和2倍抽取，将采样率降为160MSPS，通信信道数变为32；然后进行信道化处理以5MHz间隔从32路通信信道中选出16个通信信道，并分别进行解调，输出GMSK二进制码元数据；再通过搜索同步头进行通信同步，确定每个数据符号的位定时时刻；然后，根据位定时时刻和要求的通信格式，进行数据解析和RS纠错译码后从而恢复出中频通信信号中的目标信息；

所述ARM对恢复出的目标信息进行去重传处理后，将目标信息发送给目标设备。

进一步，所述去重传处理的方法为：

(21)检查目标信息接收缓冲区是否接收了新报文，若是则执行(22)；

(22)取出新报文并标记接收时间，同时将搜索指针指向接收队列开始位置，执行(23)；

(23)检查新报文是否到达接收队列尾部，若是则执行(24)，否则执行(25)；

(24)将新报文进行组包并发送给目标设备；然后向接收队列插入一个新成员，记录该报文的雷达站号、目标批次及接收时间；

(25)取出搜索指针所指的成员信息后执行(26)；

(26)检查新报文的目标批次是否与该成员的相同，若是则执行(27)，否则执行(28)；

(27)检查新报文的雷达站号是否与该成员的相同，若是则结束处理，否则执行(28)；

(28)将搜索指针指向接收队列下一个成员后执行(23)。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明提出的一种雷达通信数据链的实现方法，可以利用现役旧体制雷达系统，实现雷达通信数据链的简单、低成本；并具体描述了其工作原理，具体数据链通信体制和系统实现方案。该方法能够较好适应雷达系统的现有条件，几乎不影响雷达系统的正常工作和性能，仅对雷达系统做较小的改动的情况下，充分共享雷达系统的发射信道和雷达天线，新增雷达通信功能。该方法适应范围广，不仅可以运用在L波段(即1150MHz～1440MHz)雷达系统，还可应用到其它频段雷达系统上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的雷达通信数据链的实现方法原理图。

图2为本发明的通信波形产生模块的结构示意图。

图3为本发明的通信波形产生模块的处理流程图。

图4为本发明的通信帧格式示意图。

图5为本发明的报文重传处理模块的处理流程图。

图6为本发明的通信接收机的结构示意图。

图7为本发明的通信接收机的处理流程图。

图8为本发明的通信信道分布示意图。

图9为本发明的通信去重传处理流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的一种雷达通信数据链的实现方法，包括：雷达系统、通信波形产生模块和通信接收机；所述雷达系统与通信波形产生模块通信连接，所述通信接收机通过宽带全向天线与雷达系统进行无线通信；所述雷达系统包括依次连接的雷达波形产生模块、中频切换开关、上变频、PA、收发复用器和雷达天线，以及与收发复用器连接的雷达接收机；其中，上变频、PA和收发复用器组成发射信道；

所述雷达系统探测的目标信息与发射同步触发脉冲一同送入通信波形产生模块，在发射同步触发脉冲的控制下，通信波形产生模块对目标信息进行处理后产生中频通信信号，该中频通信信号经过中频切换开关送入雷达系统的发射信道后，由雷达天线进行发射；通信接收机通过宽带全向天线接收该中频通信信号，并在检测和解析出该中频通信信号所携带的目标信息后发送给目标设备。

1、通信波形产生模块

如图2所示，所述通信波形产生模块包括：

通信接口；所述通信接口用于实现所述通信波形产生模块和雷达系统之间的通信连接；通信接口通常采用以太网物理层接口(Ethernet PHY)。

ZYNQ处理器；所述ZYNQ处理器与通信接口连接，用于对目标信息进行处理后产生数字中频信号；ZYNQ处理器采用FPGA+ARM架构，其中，FPGA主要完成中频通信信号的基带编码、基带调制、数字上变频和数字滤波等处理；ARM主要完成以太网通信协议解析，报文重传处理以及其他软件管理功能。

存储器；所述存储器与ZYNQ处理器连接，用于存储ZYNQ处理器的配置程序和系统配置参数；存储器通常采用FLASH与DRAM。

DAC；所述DAC与ZYNQ处理器连接，用于将所述ZYNQ处理器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；DAC为可以是常用的数模转换模块。

中频调理电路；所述中频调理电路与DAC连接，用于滤除模拟中频信号中的干扰信号并调整输出幅度，输出中频通信信号至中频切换开关；中频调理电路包括中频带通滤波器和中频放大器等中频信号处理器件。

时钟管理器；所述时钟管理器与ZYNQ处理器、通信接口和DAC连接，用于通过选择时钟源产生所述ZYNQ处理器、通信接口和DAC的工作时钟；其中，时钟源可以是外部参考时钟或板载参考时钟等。

RS232转换器；所述RS232转换器作为调试接口，用于将ZYNQ处理器连接调试设备以对所述通信波形产生模块进行调试。选用的RS232转换器只是常用的通信接口协议转换器，也可以根据需求采用其他转换器进行替代。

进一步，如图3所示，所述ZYNQ处理器包括依次连接的网口报文接收处理模块、报文组帧与缓冲处理模块、报文重传处理模块、GMSK基带调制模块和DUC模块；在通信接口以网口报文形式接受目标信息后，所述ZYNQ处理器的处理过程为：

网口报文接收处理模块接收网口报文，并解析出包括雷达探测的雷达站号、目标属性、目标位置、目标高度和录取时间的目标信息；

报文组帧与缓冲处理模块对报文按照要求的通信格式进行组帧并存入网口报文缓冲区；

报文重传处理模块将网口报文缓冲区的报文加入报文发送队列，并将报文发送队列中的报文逐条、依次传递给调制缓冲区；

GMSK基带调制模块按照要求的调制方式将调制缓冲区中的报文转换为数字基带I、O信号；

DUC模块将数字基带I、O信号转换中心频率为30MHz的数字中频信号。

其中，如图4所示，所述要求的通信格式为总长度为195位的通信帧，包括14位前保护字段(Ramp-UP)、16位同步头、1位相位参考位、96位数据段、64位校验字段和4位后保护字段(Ramp-Down)。

从时域上看，前保护字段(Ramp-UP)的波形长度为4.2us，后保护字段(Ramp-Down)的波形长度为1.2us，同步头的波形长度为4.8，数据段的波形长度为28.8us和校验字段的波形长度为19.2us，故通信帧的时间总长度为58.5us，满足通信时隙不超过60us的要求。

具体地，

前保护字段(Ramp-UP)为14位固定二进制数0x2555。

后保护字段(Ramp-Down)为4位二进制数组成，其状态由数据段的最后一位数据决定，若为二进制数据“1”，则后保护字段(Ramp-Down)为0x05，否则为0xA。

同步头为16位固定二进制数“0111100010001001”。

数据段由雷达站号、目标批次、目标属性、目标位置、目标高度以及时间信息组成，长度共96位。

校验字段为RS编码产生的冗余数据，其为64位二进制数。

其中，所述要求的调制方式为采用BT＝0.3的GMSK调制方式。调制方式的选择主要考虑以下因素影响：

(1)雷达系统的发射信道为非线性放大，通信调制信号通过发射信道后，会产生非线性效应，使带外频率成分增加，出现频谱扩展，对自身通信性能产生不良影响，也会干扰其他邻近信道设备正常工作；

(2)雷达系统的发射信道带宽有限，带宽为3.5MHz，间隔为5MHz，若通信信号频谱过宽，会被雷达信道产生明显失真，影响通信效果；泄露到其它信道，可能对雷达正常工作性能产生不利影响。

因此，调制方式最好具有恒包络、较好的功率谱利用率等特点。GMSK即高斯最小频移键控调制方式，具有恒包络、频谱紧凑、带外辐射低、抗干扰能力强、良好的频谱利用率等特点，对射频发射信道的非线性不敏感，非常适合该系统的使用。GMSK的频谱占用带宽与BT参数相关，具体见表1。

表1，不同BT参数的GMSK双边频谱占用带宽：

其中，带宽B用比特率表示；BT＝∞时表示MSK调制。

考虑雷达系统的发射信道带宽有限的特点，采用BT＝0.3的GMSK调制方式(0.3GMSK)，其99％功率带宽约为通信速率的0.91倍。

GMSK采用两个不同的信号频率携带信息，相对于PSK和ASK等单载频调制具有更大冗余度，抗干扰性更好。此外，为了降低接收机进行信道估计的难度，GMSK调制前引入了差分预编码。

其中，n表示时间，a[n]表示第n时刻的编码输入数据，b[n]表示数据a[n]的编码输出数据。

雷达射频通道带宽为3.5MHz。根据表1中GMSK频谱占用带宽与通信速率的关系，可知通信速率不能超过3.85Mbps。系统单次通信发射时隙不超过60us，按3.85Mbps速率计算，每次通信最多可传输231位数据。根据雷达信息数据长度为96位，考虑保护位、同步头以及纠错冗余等信息位的需求，通信速率选取3.33Mbps。

进一步，由于雷达天线的强方向选择性，雷达系统工作时，雷达天线旋转会导致通信接收机收到的信号出现明显的幅度起伏，影响通信报文的正常接收；同时，由于雷达天线副瓣增益的不确定性，可能导致通信链路不足，出现通信报文丢失。因此，在通信体制设计中必须采用通信冗余措施，提高通信可靠性。为增加链路质量优良传输路径出现的概率，通过多次重传，将通信发射时刻随机的分布在雷达的各方向上。

固定次数的通信重传会降低通信容量，在目标信息数量较大时，可能出现阻塞，在目标数量较少时，无法充分利用通信时隙。因此，本实施例采用了一种能够根据目标信息数量自动改变重传次数的自适应重传方式，如图5所示，所述报文重传处理模块的处理过程为：

(11)检查目标信息接收缓存区是否为空，若不是则执行(12)，否则执行(13)；

(12)从目标信息接收缓冲区取出一条报文数据，插入到报文发送队列发送指针所指位置，并附加当前时间作为时间属性，同时目标信息接收缓冲区报文数量减1，然后执行(13)；

(13)检查发送数据缓冲区是否为空，若不是则跳转执行(11)，否则执行(14)；

(14)检查报文重传队列是否为空，若是则结束处理，否则执行(15)；

(15)从报文发送队列发送指针所指位置的目标信息，存入发送数据缓冲区，并置位发送数据缓冲区的状态标志,然后执行(16)；

(16)检查发送指针所指报文在报文发送队列中的驻留时间是否超过限制，若是则执行(17)，否则执行(18)；

(17)将驻留时间超过限制的报文从发送队列中删除后执行(18)；

(18)发送指针指向报文发送队列的下一个位置，然后跳转执行(11)。

需要说明的是，本实施例中有三种数据缓冲器：

(1)目标信息接收缓冲区：用于保持雷达系统通过通信接口(如网口)送入通信波形产生模块的目标信息。

(2)报文重传队列：用于缓冲正在处于传输，但未重传完毕的报文信息。

(3)发送数据缓冲区：用于保存通信波形产生模块带发送的报文数据。

2、通信接收机

如图6所示，所述通信接收机包括：

宽带全向天线；所述宽带全向天线用于接收雷达天线发射的中频通信信号；

射频前端；所述射频前端与宽带全向天线连接，用于处理宽带全向天线接收的中频通信信号，得到带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号；

数字信号处理模块；所述数字信号处理模块与射频前端连接，用于将所述带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号经过解调、解析和去重传后得到目标信息，并将目标信息发送给目标设备。

通信接收机的工作频段为1150MHz～1440MHz，由于雷达系统和通信接收机不存在直接关联，即通信接收机不能直接事先知道数据链的广播频段，故通信接收机采用实时宽带盲接收方式；为了提高通信接收机的抗干扰和信号捕获能力，在实现时采用分段接收方式，由此对所述射频前端和数字信号处理模块进行以下设置：

所述射频前端包括：

第一级信号处理电路；所述第一级信号处理电路用于将宽带全向天线接收的中频通信信号经过宽带滤波器滤除带外干扰信号后功分为2路中频数字信号；

第二级信号处理电路；所述第二级信号处理电路与第一级信号处理电路连接，包括2路信号处理电路，每路信号处理电路分别利用滤波器从所述2路中频信号中选出1150MHz～1300MHz和1290MHz～1440MHz两个频段的中频数字信号，并分别进行限幅保护和放大后再次功分为2路，得到4路中频数字信号；

第三级信号处理电路；所述第三级信号处理电路与第二级信号处理电路连接，包括4路接收通道，每路接收通道分别利用滤波器将所述4路中频信号分割为1150MHz～1230MHz和1220MHz～1300MHz、以及1290MHz～1370MHz和1360MHz～1440MHz四个频段的中频数字信号，每路中频数字信号的带宽为80MHz，相邻两路间保留10MHz的过渡带，并且每路中频数字信号经滤波、可变衰减器和放大后，分别与各自的本振混频得到中心频率为240MHz的中频数字信号，然后再次功分为2路，得到8路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号，其中4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块的快速AGC控制的幅度信息，另外4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块经过解调、解析和去重传后得到目标信息。

如图7所示，所述数字信号处理模块包括FPGA以及与FPGA连接的ARM、4路中频ADC和视频ADC；

所述4路视频ADC用于接收4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号用于快速AGC控制的幅度信息；

所述4路中频ADC用于以320MSPS的采样率对另外4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号进行采样，并按5MHz的信道间隔划分出64路通信信道；每路中频数字信号包含16路通信信道；

所述FPGA分别对每路中频数字信号进行IQ变换，使中频数字信号进行一次频谱搬移和2倍抽取，将采样率降为160MSPS，通信信道数变为32，如图8所示；然后进行信道化处理以5MHz间隔从32路通信信道中选出16个通信信道，并分别进行解调，输出GMSK二进制码元数据；再通过搜索同步头进行通信同步，确定每个数据符号的位定时时刻；然后，根据位定时时刻和要求的通信格式，进行数据解析和RS纠错译码后从而恢复出中频通信信号中的目标信息；

所述ARM对恢复出的目标信息进行去重传处理后，将目标信息发送给目标设备。

另外，所述数字信号处理模块还包括自检源，所述自检源将数字信号处理模块的FPGA与射频前端的自检信号馈入端口连接，通过馈入不同频率、功率的自检信号可检测通信接收机的灵敏度和通道增益等工作状态。

另外，通信应用特点如下：

(1)采用广播方式通信，通信接收机为非协作、盲接收方式；

(2)雷达天线增益变化范围大，波动快；

(3)通信信号波形时域存在强弱信号交织情况；

(4)通信过程存在大信号阻塞现象，尤其当通信接收机与雷达距离较近时。

针对以上特点，需考虑纠错校验措施，由此本实施例中的所述RS纠错译码采用RS(20，12)纠错编码，其本源多项式为p(x)＝x⁸+x⁴+x³+x²+1,能够检出或纠正最多4个RS符号的错误。

进一步，还可以对每一个不同的通信信道分配一个独立的16位扰码，其依次与数据码元进行异或，使数据码流更具有随机性，同时，防止由于收发信道的非线性效应产生交调分量，落入工作信道被重复接收。

进一步，如图9所示，所述去重传处理的方法为：

(21)检查目标信息接收缓冲区是否接收了新报文，若是则执行(22)；

(22)取出新报文并标记接收时间，同时将搜索指针指向接收队列开始位置，执行(23)；

(23)检查新报文是否到达接收队列尾部，若是则执行(24)，否则执行(25)；

(24)将新报文进行组包并发送给目标设备；然后向接收队列插入一个新成员，记录该报文的雷达站号、目标批次及接收时间；

(25)取出搜索指针所指的成员信息后执行(26)；

(26)检查新报文的目标批次是否与该成员的相同，若是则执行(27)，否则执行(28)；

(27)检查新报文的雷达站号是否与该成员的相同，若是则结束处理，否则执行(28)；

(28)将搜索指针指向接收队列下一个成员后执行(23)。

通过上述内容可知，本发明具有的有益效果如下：

本发明提出的一种雷达通信数据链的实现方法，可以利用现役旧体制雷达系统，实现雷达通信数据链的简单、低成本；并具体描述了其工作原理，具体数据链通信体制和系统实现方案。该方法能够较好适应雷达系统的现有条件，几乎不影响雷达系统的正常工作和性能，仅对雷达系统做较小的改动的情况下，充分共享雷达系统的发射信道和雷达天线，新增雷达通信功能。该方法适应范围广，不仅可以运用在L波段(即1150MHz～1440MHz)雷达系统，还可应用到其它频段雷达系统上。

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 (10)

1.一种雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，包括：雷达系统、通信波形产生模块和通信接收机；所述雷达系统与通信波形产生模块通信连接，所述通信接收机通过宽带全向天线与雷达系统进行无线通信；所述雷达系统包括依次连接的雷达波形产生模块、中频切换开关、上变频、PA、收发复用器和雷达天线，以及与收发复用器连接的雷达接收机；其中，上变频、PA和收发复用器组成发射信道；

所述雷达系统探测的目标信息与发射同步触发脉冲一同送入通信波形产生模块，在发射同步触发脉冲的控制下，通信波形产生模块对目标信息进行处理后产生中频通信信号，该中频通信信号经过中频切换开关送入雷达系统的发射信道后，由雷达天线进行发射；通信接收机通过宽带全向天线接收该中频通信信号，并在检测和解析出该中频通信信号所携带的目标信息后发送给目标设备。

2.根据权利要求1所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述通信波形产生模块包括：

通信接口；所述通信接口用于实现所述通信波形产生模块和雷达系统之间的通信连接；

ZYNQ处理器；所述ZYNQ处理器与通信接口连接，用于对目标信息进行处理后产生数字中频信号；

存储器；所述存储器与ZYNQ处理器连接，用于存储ZYNQ处理器的配置程序和系统配置参数；

DAC；所述DAC与ZYNQ处理器连接，用于将所述ZYNQ处理器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；

中频调理电路；所述中频调理电路与DAC连接，用于滤除模拟中频信号中的干扰信号并调整输出幅度，输出中频通信信号至中频切换开关；

时钟管理器；所述时钟管理器与ZYNQ处理器、通信接口和DAC连接，用于通过选择时钟源产生所述ZYNQ处理器、通信接口和DAC的工作时钟；

RS232转换器；所述RS232转换器作为调试接口，用于将ZYNQ处理器连接调试设备以对所述通信波形产生模块进行调试。

3.根据权利要求2所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述ZYNQ处理器包括依次连接的网口报文接收处理模块、报文组帧与缓冲处理模块、报文重传处理模块、GMSK基带调制模块和DUC模块；在通信接口以网口报文形式接受目标信息后，所述ZYNQ处理器的处理过程为：

网口报文接收处理模块接收网口报文，并解析出包括雷达探测的雷达站号、目标属性、目标位置、目标高度和录取时间的目标信息；

报文组帧与缓冲处理模块对报文按照要求的通信格式进行组帧并存入网口报文缓冲区；

报文重传处理模块将网口报文缓冲区的报文加入报文发送队列，并将报文发送队列中的报文逐条、依次传递给调制缓冲区；

GMSK基带调制模块按照要求的调制方式将调制缓冲区中的报文转换为数字基带I、O信号；

DUC模块将数字基带I、O信号转换中心频率为30MHz的数字中频信号。

4.根据权利要求3所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述要求的通信格式为总长度为195位的通信帧，包括14位前保护字段、16位同步头、1位相位参考位、96位数据段、64位校验字段和4位后保护字段。

5.根据权利要求3所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述要求的调制方式为采用BT＝0.3的GMSK调制方式。

6.根据权利要求3所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述报文重传处理模块的处理过程为：

(11)检查目标信息接收缓存区是否为空，若不是则执行(12)，否则执行(13)；

(12)从目标信息接收缓冲区取出一条报文数据，插入到报文发送队列发送指针所指位置，并附加当前时间作为时间属性，同时目标信息接收缓冲区报文数量减1，然后执行(13)；

(13)检查发送数据缓冲区是否为空，若不是则跳转执行(11)，否则执行(14)；

(14)检查报文重传队列是否为空，若是则结束处理，否则执行(15)；

(15)从报文发送队列发送指针所指位置的目标信息，存入发送数据缓冲区，并置位发送数据缓冲区的状态标志,然后执行(16)；

(16)检查发送指针所指报文在报文发送队列中的驻留时间是否超过限制，若是则执行(17)，否则执行(18)；

(17)将驻留时间超过限制的报文从发送队列中删除后执行(18)；

(18)发送指针指向报文发送队列的下一个位置，然后跳转执行(11)。

7.根据权利要求1所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述通信接收机包括：

宽带全向天线；所述宽带全向天线用于接收雷达天线发射的中频通信信号；

射频前端；所述射频前端与宽带全向天线连接，用于处理宽带全向天线接收的中频通信信号，得到带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号；

数字信号处理模块；所述数字信号处理模块与射频前端连接，用于将所述带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号经过解调、解析和去重传后得到目标信息，并将目标信息发送给目标设备。

8.根据权利要求7所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述射频前端包括：

第一级信号处理电路；所述第一级信号处理电路用于将宽带全向天线接收的中频通信信号经过宽带滤波器滤除带外干扰信号后功分为2路中频数字信号；

第二级信号处理电路；所述第二级信号处理电路与第一级信号处理电路连接，包括2路信号处理电路，每路信号处理电路分别利用滤波器从所述2路中频信号中选出1150MHz～1300MHz和1290MHz～1440MHz两个频段的中频数字信号，并分别进行限幅保护和放大后再次功分为2路，得到4路中频数字信号；

第三级信号处理电路；所述第三级信号处理电路与第二级信号处理电路连接，包括4路接收通道，每路接收通道分别利用滤波器将所述4路中频信号分割为1150MHz～1230MHz和1220MHz～1300MHz、以及1290MHz～1370MHz和1360MHz～1440MHz四个频段的中频数字信号，每路中频数字信号的带宽为80MHz，相邻两路间保留10MHz的过渡带，并且每路中频数字信号经滤波、可变衰减器和放大后，分别与各自的本振混频得到中心频率为240MHz的中频数字信号，然后再次功分为2路，得到8路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号，其中4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块的快速AGC控制的幅度信息，另外4路经过滤波和放大后用于数据信号处理模块经过解调、解析和去重传后得到目标信息。

9.根据权利要求7所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述数字信号处理模块包括FPGA以及与FPGA连接的ARM、4路中频ADC和视频ADC；

所述4路视频ADC用于接收4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号用于快速AGC控制的幅度信息；

所述4路中频ADC用于以320MSPS的采样率对另外4路带宽为80MHz、中心频率为240MHz的中频数字信号进行采样，并按5MHz的信道间隔划分出64路通信信道；每路中频数字信号包含16路通信信道；

所述FPGA分别对每路中频数字信号进行IQ变换，使中频数字信号进行一次频谱搬移和2倍抽取，将采样率降为160MSPS，通信信道数变为32；然后进行信道化处理以5MHz间隔从32路通信信道中选出16个通信信道，并分别进行解调，输出GMSK二进制码元数据；再通过搜索同步头进行通信同步，确定每个数据符号的位定时时刻；然后，根据位定时时刻和要求的通信格式，进行数据解析和RS纠错译码后从而恢复出中频通信信号中的目标信息；

所述ARM对恢复出的目标信息进行去重传处理后，将目标信息发送给目标设备。

10.根据权利要求9所述的雷达通信数据链的实现方法，其特征在于，所述去重传处理的方法为：

(21)检查目标信息接收缓冲区是否接收了新报文，若是则执行(22)；

(22)取出新报文并标记接收时间，同时将搜索指针指向接收队列开始位置，执行(23)；

(23)检查新报文是否到达接收队列尾部，若是则执行(24)，否则执行(25)；

(24)将新报文进行组包并发送给目标设备；然后向接收队列插入一个新成员，记录该报文的雷达站号、目标批次及接收时间；

(25)取出搜索指针所指的成员信息后执行(26)；

(26)检查新报文的目标批次是否与该成员的相同，若是则执行(27)，否则执行(28)；

(27)检查新报文的雷达站号是否与该成员的相同，若是则结束处理，否则执行(28)；

(28)将搜索指针指向接收队列下一个成员后执行(23)。

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