CN111600138A - 一种多目标自跟踪天线 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种多目标自跟踪天线，包括依次电性连接的全向天线模块、低噪声模块和自跟踪模块，其中，全向天线模块旨在进行多个测控信号的分集接收，等效实现对同个目标同时进行自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天线的增益；低噪声模块对信号进行放大滤波；自跟踪模块实现目标信号分离、多个信号来向独立跟踪以及多天线信号分集合成等功能。本发明为多目标遥测的全向阵列天线，按照最大比合成原则，自适应组合多个天线单元，增强微弱信号的接收效果，既保证方位全向接收，又提高天线等效增益。

Description

一种多目标自跟踪天线

技术领域

本申请涉及遥控遥测技术领域，具体而言，涉及一种多目标自跟踪天线。

背景技术

近年来，无人机技术及应用成为世界各国普遍重视的争相发展技术领域， 无人机向着系列化、系统化的方向发展，中近程无人机由于开发和使用成本较 低，同时不需要机场或专用跑道，具有起降条件要求低，起降风险小的特点， 成为无人机应用的主力机型。无人机地面控制站是无人机系统必不可少的组成 部分，目前无人机地面控制站向着车载、便携、轻型化发展。

现有无人机地面测控天线存在两方面的缺陷，限制了无人机的应用。其一， 地面测控天线增益较低。目前应用最为广泛的是中小型无人机，其航程在10 至50Km左右，而便携式多地面测控设备常采用全向天线，天线增益不高，导 致无人机的工作距离难以达到上限。其二，现有技术为点对点测控通信，无法 实现对多个无人机测控的同时通信。无人机群飞行特点需要地面天线覆盖整个 空域，且对每个目标均实现高增益波束跟踪，而传统遥测天线多采用抛物面天 线+旋转伺服结构，体积大、成本高，且无法同时跟踪多个目标。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种多目标自跟踪天线，以解决目前的问题。

为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：

一种多目标自跟踪天线，包括依次电性连接的全向天线模块、低噪声模块 和自跟踪模块，其中，全向天线模块旨在对360度方位(水平全向)内的多个 独立测控信号的分集接收，等效实现自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天 线的增益；

低噪声模块对信号进行放大滤波；

自跟踪模块实现目标信号分离、多个信号来向独立跟踪以及多天线信号分 集合成等功能。

如附图1所示，为便携多目标自跟踪全向阵列天线的天线组成示意图，其 中包括全向天线模块、低噪声模块和自跟踪模块，图中低噪放部分为低噪声模 块的组成结构示意模式，低噪声的上方部分为全向天线模块的组成结构示意模 式，低噪放的下方部分为自跟踪模块的组成结构示意模式。本发明为多目标遥 测的全向阵列天线，按照最大比合成原则，自适应组合多个天线单元，增强微 弱信号的接收效果。基于自适应分集合成的通信阵列天线具有传统抛物面天线 的自跟踪能力和高定向天线增益，同时还具备多目标同时跟踪的能力，简化了 多目标遥测系统的复杂程度，提升了接收效果，大大降低了接收站的建设成本， 以满足无人机群的远距离测控通信的需求。本发明利用多个全向天线进行测控信号的分集接收，等效实现自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天线的增益， 能够在不增加机载测控设备功耗的条件下，有效提升设备作用距离；采用多波 束电子波束扫描技术，可以消除地面站天线对伺服机的依赖，减轻设备重量， 提高设备的使用的灵活性。作为多机测控的重要信道设备，无人机测控阵列天 线组阵技术研究具有非常重要的意义。

其中，全向阵列天线包含多个不同的阵列单元，对其进行组合，实现全空 域覆盖的同时，优化低仰角增益，提升远距离通信的接收效果。

对于AWGN信道而言，通信作用距离越远，其空间衰减越大。实际应用中 视距范围内，目标距离地面站距离越远，信号来波方向的仰角也相应越低。同 样，目标距离地面站的距离相对近时，信号来波方向仰角也高。根据此原则， 全向阵列天线采用多个不同阵列单元进行组合。全部阵列单元均为水平全向性 天线，能够满足水平全向的要求，适应目标信号从各个方位入射。不同阵列单 元在垂直方向的波瓣宽度存在差异，部分单元垂直波瓣很窄，实现高定向，提 高低仰角的天线增益；部分单元为宽波束，覆盖更大的空域空间。全向阵列天 线平衡了全空域覆盖和低仰角高增益之间的矛盾。

进一步地，所述全向天线模块包括有一个或一个以上的天线阵列单元，不 同天线阵列单元为相同或者不同的天线结构或天线类型。

天线模块包含多个天线阵列单元，不同天线阵列单元可采用相同或者不同 的天线结构或天线类型。比如不同的天线阵列单元，某些天线阵列单元可用一 个基本单元，而其他天线阵列单元可用“四个基本单元组合为一个”的方式； 又或者天线阵列单元采用垂直振子，其他天线阵列单元采用套筒天线、螺旋天 线等，诸如此类。

全向天线模块由基本的全向阵列天线阵列布置而成，因此可以根据实际项 目选择布置数目，同时，对应的全向阵列天线也由天线阵列单元的基本单元构 成，也可以根据实际项目选择布置数目。具体如附图1、2所示的组合结构， 能够变换数目组合。

进一步地，天线阵列单元之间的排列为水平排列、垂直排列、或不规则排 列。如附图2和3所示，为垂直振子基本单元的结构示意图，本技术中的阵列 天线采用印刷电路实现，其馈电面如图所示，电路板背面为接地面。

上述排列方式为优先实施方案，但在实际中，本技术的全向阵列天线单元 之间的排列可任意放置，并不限定。

进一步地，所述全向天线模块包括四个全向阵列天线，其中，全向阵列天 线包括有天线阵列单元A、天线阵列单元B、天线阵列单元C和天线阵列单元 D，其中：

天线阵列单元A由一个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元B由两个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元C由四个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元D由四个垂直振子基本单元组成。

本实例由四种不同阵列单元组成，阵列单元中均采用垂直线极化的振子天 线结构形式。

如附图2所示，为便携多目标自跟踪全向阵列天线的天线组成示意图，全 向阵列天线由十一个垂直振子基本单元构成，垂直振子基本单元进行组合实现 四个天线单元。其中一个垂直振子基本单元构成阵列天线顶部的天线阵列单元 A，天线阵列单元A方向图具有最宽波束，能够接收高仰角入射的信号。阵列 天线的天线阵列单元B，由两个垂直振子基本单元垂直方向组合而成，其天线 波束仍保留水平全向的特性，但垂直波瓣宽度为天线阵列单元A的一半。阵列 天线的天线阵列单元C和天线单元D均有四个垂直振子基本单元按照垂直方向 组合而成，其垂直波瓣宽度仅为天线阵列单元A的1/4。相对天线阵列单元A， 天线增益相应的高6dB，天线阵列单元C和天线阵列单元D实现低仰角高增益 的天线方向图覆盖效果。

其中两个阵列单元由四个振子天线垂直组合而成，压缩天线的垂直方向波 瓣宽度，其水平方向为最大增益方向，最大增益为8dBi，以保证低仰角远距 离的测控通信；另一个阵列单元由两个振子天线垂直组合而成，用于补充中仰 角空域的信号接收；而最后一个阵列单元为单个振子天线，用于高仰角来向信 号的接收。

作为本技术的实施项目，在实际中，阵列单元数量可以不限于上述四个天 线阵列单元，可以根据单元方向图进行优化，兼容波束宽带和高增益；对应的 垂直振子基本单元也可以不仅限于上述一、二、四、四的组成结构；选材上， 阵列天线结构不仅限于振子天线，亦可采用套筒天线、螺旋天线等。

进一步地，所述低噪声模块为低噪声放大电路。本处设置四处电路低噪声 放大电路，每个阵列单元与相应的低噪放相连，对信号进行放大滤波。低噪放 前端加入限幅器保护电路；馈电由输出端同轴线缆芯线供电，电源具有短路保 护设计，防止连接失误导致电路损坏。射频信号和供电直流共用一根同轴线缆， 以减少供电线缆的数量。

进一步地，所述自跟踪模块包括：

分路网络：将低噪放输出信号进行信道化分离，

本处对应设置四路，分路网络将四路低噪放输出信号进行信道化分离。对 于频分系统，不同目标的信号处于不同频率的信道上，分路网络将阵元天线所 接收到的信号，分离为多路信号，每路信号对应一个目标，每路信号再经过相 干接收通道的选频滤波。分路网络不仅限于功分电路实现，亦可采用多工器等 具有类似性能电路。按照最大比原则，将多个天线接收到的信号进行合成，发 挥了每个天线阵列单元的最大作用。

相干接收通道：采用超外差结构，可以获得更高的选频性能，提高不同目 标之间的隔离，

本处设置八个相干接收通道，每两个对应一路分路网络，对于同一目标， 不同阵列单元接收信号进入同一个相干接收通道，其本振信号由同一频综源产 生，具有同源性。分路网络和相干接收通道实现了多目标的信号分离。多目标 信号接收共用了同一组天线阵列，而目标分离的实现在电路部分实现，大大减 少了天线架设的复杂度和难度，提升了系统的集成度。相干接收通道将信号放 大、滤波和变频后，输出给信号处理单元；

信号处理单元：包含模数转换器(ADC)，将相干接收通道输出的中频模拟 信号转换为数字信号；包含FPGA芯片，分别实现多个目标的方位估计和信号 合成；包含模数转换器(DAC)，将多个目标合成后信号转换为模拟中频信号；

本处对应设置两路模数转换器(ADC)，按照图1中对接模式连接相干接收 通道，数字信号输出至信号处理单元中的Field－Programmable Gate Array(FPGA)芯片，估计目标的来波方向(Direction Of Arrival:DOA)，并 按照最大比原则对接收信号进行合成，提高信号的信噪比。信号处理单元将合 成后信号经过数模转换器(DAC)，转换为中频模拟信号；

上变频通道：分别将信号处理单元输出的不同目标中频模拟信号，调制至 原载波频率，并分别对信号进行滤波和放大，

本处对应上述信号处理单元设置两路，上变频通道将信号处理单元输出的 中频模拟信号，调制至原载波频率，并分别对信号进行滤波和放大。

合路网络：将不同目标的信号再合成为一路，输出给后端的接收机。本处 设置一个总的合路器，合成网络减少了自跟踪天线与接收机之间连接线缆的数 量。

进一步地，全向天线模块和自跟踪模块之间设有SMP接插件，其上设有 SMP插座，全向天线模块和自跟踪模块通过SMP接插件对插连接。阵列天线输 出为四个SMP插座，按照等间距进行排列，与之对应的自跟踪模块输入端亦为 四个SMP插座。SMP接插件结构紧凑、易安装、具有很好的便携性和测试性。

进一步地，全向天线模块中的天线和自跟踪模块之间的每个SMP插座皆通 过一个活动的SMP-KK转接头互连。利用SMP-KK转接头提高结构装配的误差容 限。相比于传统对插的刚性连接方式，该方式采用的SMP-KK转接头具有一定 的活动空间，避免了装配后接插件由于误差导致的受力，降低了损坏概率。

进一步地，在SMP插座四周的SMP接插件上，设有一圈凹槽结构的防水槽。 防水槽一体加工在SMP接插件上，将SMP插座四周围合，装配时填充一定弹力 的橡胶圈，对接插件位置进行防水。

进一步地，SMP接插件中间位置还存在两个定位结构，四周设有安装孔。 定位结构为装配时的全向天线模块和自跟踪模块提供大概的方位定位。其中， 对应天线的定位结构为定位凹孔，对应跟踪模块的定位结构为定位凸台。四周 设有六个安装孔，对应天线的安装部分为通孔，对应模块的安装部分为内螺纹 孔，对接全向天线模块和自跟踪模块时，通过螺钉将天线与模块相互固定。

在实际安装过过程中，自跟踪模块可以与普通三脚架固定，架设便利，无 需复杂安装环境需求。

自跟踪模块输出同轴线缆芯线对其直流馈电，减少了天线对外输出的线缆 数量，天线对外仅需要一根同轴线缆即可。

按照最大比原则，将多个天线接收到的信号进行合成，发挥了每个天线阵 列单元的最大作用。

与现有技术相比较，本申请能够带来如下技术效果：

1、本发明采用最大比合成原则，对多个天线接收信号进行合成，在数字 域形成等效的数字波束对目标进行自适应跟踪。与传统相控阵天线不同，本项 目将多个水平全向的阵列天线进行任意组合和排列，不必按照阵列间距进行规 则布局。由此大大减少了天线架设要求，可在有限空间中更有效的对天线分布 进行优化，能够更加有效的抵抗信道的频率选择性衰落。

2、将不同增益的天线进行组合。对于AWGN信道而言，通信作用距离越远， 其空间衰减越大。因此，为了保障通信系统在远距离通信时的解调裕量，通过 提高地面接收天线的增益是一种有效的技术途径。而实际应用中，目标距离地 面站距离越远，其天线的仰角越低；相应的天线仰角越高，距离地面站的距离 也相对要近，空间衰减也小。因此本发明提出，差异天线单元的设计方案，天 线阵列设计为四个阵列单元，其中两个天线阵列单元由四个垂直振子垂直组阵 而成，保证水平全向性的同时，压缩天线的垂直方向波瓣宽度，提高天线在低 仰角区域的增益。另外两个天线阵列单元分别有单个垂直振子和两个垂直振子 组成，用于弥补目标处于高仰角区域时信号接收的效果。将三种阵列单元进行 组合，实现了全空域的覆盖，并有效的提高了远距离通信时的天线增益。

3、本项目采用同一组天线接收多个目标信号，而后经过通道选频特性对 各个目标进行分离，最终在数字域实现信号的合成和数字波束跟踪。该设计方 法仅需要一组天线就可以对于多目标同时进行跟踪。与抛物面天线应用中，天 线与目标数一一对应相比，该设计方法大大减少了系统的复杂程度。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请 的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用 于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是本发明便携多目标自跟踪全向阵列天线组成示意图；

图2是本发明全向阵列天线的组成示意图；

图3是垂直振子基本单元的结构示意图；

图4是单个振子在水平剖面方向的覆盖效果图；

图5是单个振子在垂直剖面方向的覆盖效果图；

图6是两个振子在水平剖面方向的覆盖效果图；

图7是两个振子在垂直剖面方向的覆盖效果图；

图8是四个振子在水平剖面方向的覆盖效果图；

图9是四个振子在垂直剖面方向的覆盖效果图；

图10是SMP接插件的阵列天线插接面的结构示意图；

图11是SMP接插件的自跟踪模块插接面的结构示意图；

图12是全向阵列天线与自跟踪模块的安装位置结构图；

图中：01、馈电面，02、接地面，1、SMP接插件，2、定位结构，21、定 位凹孔，22、定位凸台，3、安装孔，4、SMP插座，5、防水槽，6、天线安装 位置，7、自跟踪模块安装位置。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施 例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所 描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申 请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第 一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次 序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请 的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆 盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品 或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的 或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、 “内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置 关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申 请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方 位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于 表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或 连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在 本申请中的具体含义。

另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征 可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例1

一种多目标自跟踪天线，包括依次电性连接的全向天线模块、低噪声模块 和自跟踪模块，其中，全向天线模块旨在对360度方位(水平全向)内的多个 独立测控信号的分集接收，等效实现自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天 线的增益；

低噪声模块对信号进行放大滤波；

自跟踪模块实现目标信号分离、多个信号来向独立跟踪以及多天线信号分 集合成等功能。

如附图1所示，为便携多目标自跟踪全向阵列天线的天线组成示意图，其 中包括全向天线模块、低噪声模块和自跟踪模块，图中低噪放部分为低噪声模 块的组成结构示意模式，低噪声的上方部分为全向天线模块的组成结构示意模 式，低噪放的下方部分为自跟踪模块的组成结构示意模式。本发明为多目标遥 测的全向阵列天线，按照最大比合成原则，自适应组合多个天线单元，增强微 弱信号的接收效果。基于自适应分集合成的通信阵列天线具有传统抛物面天线 的自跟踪能力和高定向天线增益，同时还具备多目标同时跟踪的能力，简化了 多目标遥测系统的复杂程度，提升了接收效果，大大降低了接收站的建设成本， 以满足无人机群的远距离测控通信的需求。本发明利用多个全向天线进行测控信号的分集接收，等效实现自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天线的增益， 能够在不增加机载测控设备功耗的条件下，有效提升设备作用距离；采用多波 束电子波束扫描技术，可以消除地面站天线对伺服机的依赖，减轻设备重量， 提高设备的使用的灵活性。作为多机测控的重要信道设备，无人机测控阵列天 线组阵技术研究具有非常重要的意义。

其中，全向阵列天线包含多个不同的阵列单元，对其进行组合，实现全空 域覆盖的同时，优化低仰角增益，提升远距离通信的接收效果。

对于AWGN信道而言，通信作用距离越远，其空间衰减越大。实际应用中 视距范围内，目标距离地面站距离越远，信号来波方向的仰角也相应越低。同 样，目标距离地面站的距离相对近时，信号来波方向仰角也高。根据此原则， 全向阵列天线采用多个不同阵列单元进行组合。全部阵列单元均为水平全向性 天线，能够满足水平全向的要求，适应目标信号从各个方位入射。不同阵列单 元在垂直方向的波瓣宽度存在差异，部分单元垂直波瓣很窄，实现高定向，提 高低仰角的天线增益；部分单元为宽波束，覆盖更大的空域空间。全向阵列天 线平衡了全空域覆盖和低仰角高增益之间的矛盾。

进一步地，所述全向天线模块包括有一个或一个以上的天线阵列单元，不 同天线阵列单元为相同或者不同的天线结构或天线类型。

天线模块包含多个天线阵列单元，不同天线阵列单元可采用相同或者不同 的天线结构或天线类型。比如不同的天线阵列单元，某些天线阵列单元可用一 个基本单元，而其他天线阵列单元可用“四个基本单元组合为一个”的方式； 又或者天线阵列单元采用垂直振子，其他天线阵列单元采用套筒天线、螺旋天 线等，诸如此类。

全向天线模块由基本的全向阵列天线阵列布置而成，因此可以根据实际项 目选择布置数目，同时，对应的全向阵列天线也由天线阵列单元的基本单元构 成，也可以根据实际项目选择布置数目。具体如附图1、2所示的组合结构， 能够变换数目组合。

进一步地，天线阵列单元之间的排列为水平排列、垂直排列、或不规则排 列。如附图2和3所示，为垂直振子基本单元的结构示意图，本技术中的阵列 天线采用印刷电路实现，其馈电面01如图所示，电路板背面为接地面02。如

上述排列方式为优先实施方案，但在实际中，本技术的全向阵列天线单元 之间的排列可任意放置，并不限定。

进一步地，所述全向天线模块包括四个全向阵列天线，其中，全向阵列天 线包括有天线阵列单元A、天线阵列单元B、天线阵列单元C和天线阵列单元 D，其中：

天线阵列单元A由一个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元B由两个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元C由四个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元D由四个垂直振子基本单元组成。

本实例由四种不同阵列单元组成，阵列单元中均采用垂直线极化的振子天 线结构形式。

如附图2所示，为便携多目标自跟踪全向阵列天线的天线组成示意图，全 向阵列天线由十一个垂直振子基本单元构成，垂直振子基本单元进行组合实现 四个天线单元。其中一个垂直振子基本单元构成阵列天线顶部的天线阵列单元 A，天线阵列单元A方向图具有最宽波束，能够接收高仰角入射的信号。阵列 天线的天线阵列单元B，由两个垂直振子基本单元垂直方向组合而成，其天线 波束仍保留水平全向的特性，但垂直波瓣宽度为天线阵列单元A的一半。阵列 天线的天线阵列单元C和天线单元D均有四个垂直振子基本单元按照垂直方向 组合而成，其垂直波瓣宽度仅为天线阵列单元A的1/4。相对天线阵列单元A， 天线增益相应的高6dB，天线阵列单元C和天线阵列单元D实现低仰角高增益 的天线方向图覆盖效果。如附图4-9所示，为不同组成的天线阵列单元的天线 方向覆盖效果。

其中两个阵列单元由四个振子天线垂直组合而成，压缩天线的垂直方向波 瓣宽度，其水平方向为最大增益方向，最大增益为8dBi，以保证低仰角远距 离的测控通信；另一个阵列单元由两个振子天线垂直组合而成，用于补充中仰 角空域的信号接收；而最后一个阵列单元为单个振子天线，用于高仰角来向信 号的接收。

作为本技术的实施项目，在实际中，阵列单元数量可以不限于上述四个天 线阵列单元，可以根据单元方向图进行优化，兼容波束宽带和高增益；对应的 垂直振子基本单元也可以不仅限于上述一、二、四、四的组成结构；选材上， 阵列天线结构不仅限于振子天线，亦可采用套筒天线、螺旋天线等。

进一步地，所述低噪声模块为低噪声放大电路。本处设置四处电路低噪声 放大电路，每个阵列单元与相应的低噪放相连，对信号进行放大滤波。低噪放 前端加入限幅器保护电路；馈电由输出端同轴线缆芯线供电，电源具有短路保 护设计，防止连接失误导致电路损坏。射频信号和供电直流共用一根同轴线缆， 以减少供电线缆的数量。

进一步地，所述自跟踪模块包括：

分路网络：将低噪放输出信号进行信道化分离，

本处对应设置四路，分路网络将四路低噪放输出信号进行信道化分离。对 于频分系统，不同目标的信号处于不同频率的信道上，分路网络将阵元天线所 接收到的信号，分离为多路信号，每路信号对应一个目标，每路信号再经过相 干接收通道的选频滤波。分路网络不仅限于功分电路实现，亦可采用多工器等 具有类似性能电路。按照最大比原则，将多个天线接收到的信号进行合成，发 挥了每个天线阵列单元的最大作用。

相干接收通道：采用超外差结构，可以获得更高的选频性能，提高不同目 标之间的隔离，

本处设置八个相干接收通道，每两个对应一路分路网络，对于同一目标， 不同阵列单元接收信号进入同一个相干接收通道，其本振信号由同一频综源产 生，具有同源性。分路网络和相干接收通道实现了多目标的信号分离。多目标 信号接收共用了同一组天线阵列，而目标分离的实现在电路部分实现，大大减 少了天线架设的复杂度和难度，提升了系统的集成度。相干接收通道将信号放 大、滤波和变频后，输出给信号处理单元。

信号处理单元：包含模数转换器(ADC)，将相干接收通道输出的中频模拟 信号转换为数字信号；包含FPGA芯片，分别实现多个目标的方位估计和信号 合成；包含模数转换器(DAC)，将多个目标合成后信号转换为模拟中频信号；

本处对应设置两路模数转换器(ADC)，按照图1中对接模式连接相干接收 通道，数字信号输出至信号处理单元中的Field－Programmable Gate Array(FPGA)芯片，估计目标的来波方向(Direction Of Arrival:DOA)，并 按照最大比原则对接收信号进行合成，提高信号的信噪比。信号处理单元将合 成后信号经过数模转换器(DAC)，转换为中频模拟信号；

上变频通道：分别将信号处理单元输出的不同目标中频模拟信号，调制至 原载波频率，并分别对信号进行滤波和放大，

本处对应上述信号处理单元设置两路，上变频通道将信号处理单元输出的 中频模拟信号，调制至原载波频率，并分别对信号进行滤波和放大。

合路网络：将不同目标的信号再合成为一路，输出给后端的接收机。本处 设置一个总的合路器，合成网络减少了自跟踪天线与接收机之间连接线缆的数 量。

针对下述设施说明，结合附图10-12所示，

进一步地，全向天线模块和自跟踪模块之间设有SMP接插件1，其上设有 SMP插座4，全向天线模块和自跟踪模块通过SMP接插件1对插连接。无源天 线即阵列天线输出为四个SMP插座4，按照等间距进行排列，与之对应的自跟 踪模块输入端亦为四个SMP插座4。SMP接插件1结构紧凑、易安装、具有很 好的便携性和测试性。如附图12所示，SMP接插件1水平放置，对插后，上 下方分别为天线安装位置6和自跟踪模块安装位置7。

进一步地，全向天线模块中的天线和自跟踪模块之间的每个SMP插座4 皆通过一个活动的SMP-KK转接头互连。利用SMP-KK转接头提高结构装配的误 差容限。相比于传统对插的刚性连接方式，该方式采用的SMP-KK转接头具有 一定的活动空间，避免了装配后接插件由于误差导致的受力，降低了损坏概率。

进一步地，在SMP插座4四周的SMP接插件1上，设有一圈凹槽结构的防 水槽5。防水槽5一体加工在SMP接插件1上的自跟踪模块插接面上，将SMP 插座4四周围合，装配时填充一定弹力的橡胶圈，对接插件位置进行防水。

进一步地，SMP接插件1中间位置还存在两个定位结构2，四周设有安装 孔3。定位结构2为装配时的全向天线模块和自跟踪模块提供大概的方位定位。 其中，对应天线的定位结构2为定位凹孔21，对应跟踪模块的定位结构2为 定位凸台22。四周设有六个安装孔3，对应天线的安装部分为通孔，对应模块 的安装部分为内螺纹孔，对接全向天线模块和自跟踪模块时，通过螺钉将天线 与模块相互固定。

在实际安装过过程中，自跟踪模块可以与普通三脚架固定，架设便利，无 需复杂安装环境需求。

自跟踪模块输出同轴线缆芯线对其直流馈电，减少了天线对外输出的线缆 数量，天线对外仅需要一根同轴线缆即可。

按照最大比原则，将多个天线接收到的信号进行合成，发挥了每个天线阵 列单元的最大作用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领 域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之 内。

Claims (10)

1.一种多目标自跟踪天线，其特征在于，包括依次电性连接的全向天线模块、低噪声模块和自跟踪模块，其中，

全向天线模块旨在对360度方位(水平全向)内的多个独立测控信号的分集接收，等效实现自跟踪的数字天线波束，提高地面测控天线的增益；

低噪声模块对信号进行放大滤波；

自跟踪模块实现目标信号分离、多个信号来向独立跟踪以及多天线信号分集合成等功能。

2.如权利要求1所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，所述全向天线模块包括有一个或一个以上的天线阵列单元，不同天线阵列单元为相同或者不同的天线结构或天线类型；

天线模块包含多个天线阵列单元，不同天线阵列单元可采用相同或者不同的天线结构或天线类型。比如不同的天线阵列单元，某些天线阵列单元可用一个基本单元，而其他天线阵列单元可用“四个基本单元组合为一个”的方式；又或者天线阵列单元采用垂直振子，其他天线阵列单元采用套筒天线、螺旋天线等，诸如此类。

3.如权利要求2所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，天线阵列单元之间的排列为水平排列、垂直排列、或不规则排列；

上述排列方式为优先实施方案，但在实际中，本技术的全向阵列天线单元之间的排列可任意放置，并不限定。

4.如权利要求3所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，所述全向天线模块包括四个全向阵列天线，其中，全向阵列天线包括有天线阵列单元A、天线阵列单元B、天线阵列单元C和天线阵列单元D，其中：

天线阵列单元A由一个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元B由两个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元C由四个垂直振子基本单元组成，

天线阵列单元D由四个垂直振子基本单元组成。

5.如权利要求1所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，所述低噪声模块为四路低噪声放大电路。

6.如权利要求1或5所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，所述自跟踪模块包括：

分路网络：将低噪放输出信号进行信道化分离，

相干接收通道：采用超外差结构，可以获得更高的选频性能，提高不同目标之间的隔离，

信号处理单元：包含模数转换器(ADC)，将相干接收通道输出的中频模拟信号转换为数字信号；包含FPGA芯片，分别实现多个目标的方位估计和信号合成；包含模数转换器(DAC)，将多个目标合成后信号转换为模拟中频信号；

上变频通道：分别将信号处理单元输出的不同目标中频模拟信号，调制至原载波频率，并分别对信号进行滤波和放大，

合路网络：将不同目标的信号再合成为一路，输出给后端的接收机。

7.如权利要求1-6任一所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，全向天线模块和自跟踪模块之间设有SMP接插件(1)，其上设有SMP插座(4)，全向天线模块和自跟踪模块通过SMP接插件(1)对插连接。

8.如权利要求7所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，全向天线模块中的天线和自跟踪模块之间的每个SMP插座(4)皆通过一个活动的SMP-KK转接头互连。

9.如权利要求8所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，在SMP插座(4)四周的SMP接插件(1)上，设有一圈凹槽结构的防水槽(5)。

10.如权利要求9所述的一种多目标自跟踪天线，其特征在于，SMP接插件(1)中间位置还存在两个定位结构(2)，四周设有安装孔(3)。

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