CN114578291B - 一种用于雷达设备上行功率的调整方法 - Google Patents

一种用于雷达设备上行功率的调整方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于雷达设备上行功率的调整方法，其在集成处理终端的上行功率调整系统将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内，完成网络参数初始化，在集中处理终端开设接收数据的缓冲区，设置并查询处理功放功率确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线。通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，获得下行测量帧，确定是否需要改变上行功率调整系统的显示结果。在跟踪过程中，应该优先保证测量主站的功率符合跟踪要求；采用人工调节的方式需要根据自动增益控制电压以及与其进行通讯的目标应答机的动态范围逐一进行调整。

Description

一种用于雷达设备上行功率的调整方法
技术领域
本发明涉及跟踪测量技术领域，更为具体地，本发明涉及一种用于雷达设备上行功率的调整方法。
背景技术
雷达设备为火箭和卫星发射及运行提供数据传输支持。在卫星发射阶段，当地面雷达设备使用固定功率发射信号时，由于卫星与地面雷达设备之间的距离发生大尺度变化，造成信号的空间衰减发生大幅度变化，也就是说，距离会引起功率损失。卫星与地面雷达设备之间的距离越大，功率损失越显著，从而可能导致卫星应答机所接收的信号超出其动态范围。当信号过小时会低于灵敏度，信号过大时会产生饱和现象，信号过小或过大都可能降低轨道测量数据的准确度，甚至引起雷达设备跟踪丢失，无法为卫星提供数据传输支持。现有技术中在某些特定
使用多个雷达设备跟踪卫星时，为了防止多个雷达设备合成过大的功率造成卫星应答机饱和，需要人工调整上行功率。在调整上行功率的过程中，需要考虑雷达设备之间的相互影响，既要求功率足够大，尽可能多个雷达设备完成跟踪，又要求功率不能过大，即非地面雷达测量主站不能影响雷达测量主站对卫星的跟踪。
发明内容
针对现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提出一种用于雷达设备上行功率的调整方法，其在集成处理终端的上行功率调整系统将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内，完成网络参数初始化，在集中处理终端开设接收数据的缓冲区，设置并查询处理功放功率，确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线。初始化网络参数，开设接收数据缓冲区，设置并查询初始功放功率，任何一项失败时，均重新执行该上述三个步骤，也就是说重新执行模块①，直到三项功能均执行成功后，雷达站Ai发射的信号经通道i到达卫星应答机，得到通道i内的信噪比；通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，获得下行测量帧，根据解调的具体结构确定是否需要改变上行功率调整系统的显示结果。其中，获得下行测量帧的方法为：搜索下行信号载波频率ωc；当本地伪码产生器产生的信号与下行信号扩频码相位对齐时会有峰值产生，将峰值取模放大作为判决量检测。同时，在跟踪过程中，应该优先保证测量主站的功率符合跟踪要求；并且，采用人工调节的方式需要根据自动增益控制电压以及与其进行通讯的目标应答机的动态范围逐一进行调整。
本发明的技术方案如下：
一种用于雷达设备上行功率的调整方法，其具体步骤如下：
S1：进行网络参数初始化：
将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内；若网络参数初始化成功，则转入S2；若网络参数初始化未成功，则转入S4；
S2：设置缓冲区：
通过集中处理终端的上行功率调整系统在集中处理终端设置接收数据的缓冲区；若缓冲区设置成功，则转入S3；若缓冲区未设置成功，则转入S4；
S3：设置并查询初始的功放功率：
通过查询初始的功放功率，确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线；其中1≤i≤m；m为卫星过境弧段内的在线的各地面雷达设备的数量；N为卫星过境弧段内各地面雷达设备的总数量，m≤N；
若能够查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入步骤S5；若未能查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入S4；
S4：转入S1，依次顺序执行上述步骤，直到S1、S2和S3均执行成功，转入S5；
S5：地面雷达设备Ai发射的信号经通道i到达卫星应答机，解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率为Si，解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值为φi，得到通道i内的信噪比yi＝Si/φi；
S6：通过地面雷达设备的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，若获得下行测量帧M(t)，转入S7；若未解调出下行测量帧数据，不改变上行功率调整系统中的显示结果，继续对下行信号进行相干解调；
S7：将S6中解调的下行测量帧M(t)通过组播方式发送至局域网；确定是否设置测量主站，若已经设置测量主站，则转入S11；若未设置测量主站，则转入S8；
S8：设卫星应答机的接收动态范围对应的AGC为AGCmin～-AGCmax；判断自动控制增益电压AGC是否大于(AGCmax-1)V；
若自动控制增益电压AGC＞(AGCmax-1)V，则全部m个地面雷达设备以第一比例为步进单位，按照同样的比例降低功率，直至AGCmax-AGC＞1V；
若自动控制增益电压AGC≤(AGCmax-1)V，则确定Si/φi是否小于灵敏度以上10dB；
当Si/φi小于灵敏度以上10dB，则m个地面雷达设备以第二比例为步进单位，按照同样的比例增强功率，直至Si/φi≥灵敏度以上10dB，转入步骤S9；
此时，m个地面雷达设备直接进行测量作业；
S9：选择m个地面雷达设备中Si/φi最大的地面雷达设备Amax的作为测量主站；
S10：卫星在靠近Amax的过程中，在到达Amax的最近点以前，优先调整Amax的功率，转入步骤S11；
到达Amax的最近点以后，集中处理终端上的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率，若卫星开始远离地面雷达设备Amax，则转入步骤S8；
S11：调整地面雷达设备Amax的功放功率。
优选地，所述下行信号
其中，M(t)＝x(t)/PN(t)cosωct；
其中，M(t)表示下行测量帧数据，PN(t)表示下行信号扩频伪码，ωc表示下行信号载波频率；t表示当前时刻；n表示第n片数据；ai取值1或者-1，Ts表示下行测量帧数据中一个数据位的时间长度。
优选地，同时搜索下行信号载波频率ωc以及下行信号扩频码PN(t)的相位，其具体步骤如下：
步骤一：根据地面雷达设备的基带设备的接收频率ωspan确定基带设备的频率搜索范围ω1～ω2；
步骤二：对上述频率搜索范围进行分段；得到各频率段所对应的中心频率fi，其中1≤i≤k；k为所划分的频率段的数量；
步骤三：根据各段各自的中心频率fi，通过本地伪码产生器产生的本地信号yi(t)；
步骤四：下行信号x(t)采样后与本地伪码产生器所产生的信号y(n)做相关函数运算，计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；
其中，
rxy(n)＝IDFT{DFT[x(n)]·DFT*[y(n)]}
其中，下行信号x(t)经过离散化后表示为x(n)，DFT()表示离散傅里叶变换，IDFT()表示逆离散傅里叶变换；使用两次DFT和一次IDFT计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；
步骤五：将互相关函数值进行取模放大，经归一化处理以后得到一个实数值序列，优选地，所述序列中的各个分量均不小于零。
步骤六：将所述实数值序列中各个分量的最大值作为能量峰值；
步骤七：将该能量峰值后作为判决量检测，若判决量大于预设的阈值，则判定搜索到下行信号；若判决量小于等于预设的阈值，则判定未搜索到下行信号；
步骤八：将该能量峰值所对应的中心频率fs，设置为下行信号载波频率ωc；
出现能量峰值时，则本地伪码产生器产生的信号与下行信号扩频码相位对齐；获得下行信号的扩频码PN(t)的相位。
优选地，所述下行信号为直接序列扩频(Direct Sequence Spread Sprectrum，DSSS)体制的BPSK调制信号。
优选地，完成频率和相位搜索后，通过PLL锁相环进行闭环控制，地面雷达设备的基带设备中本地载波的相位和伪码相位锁定下行信号的相位、伪码相位，进行相位相干。
优选地，依次通过数据位同步、帧同步，获得下行测量帧数据
优选地，所述自动增益控制电压AGC为卫星应答机所接收到的所有信号的功率之和；雷达设备Ai的上行功率经过信道衰减后，到达卫星应答机入口处的信号功率为Si；其中1≤i≤m；自动增益控制电压AGC的具体表达式如下所示；
其中，kt是与卫星应答机有关的系数因子；Si是解扩后上行信号中的信息带宽内的功率。
优选地，所述下行测量帧中的信噪比为xi＝(Si/φi-b)/k；将所述下行测量帧中信噪比进行量纲还原，得到相应通道内的原始信噪比yi；其中b和k为卫星应答机的系数因子；Si为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率，即为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率；φi为解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值。
优选地，地面基带解调下行测量帧的方法是：
将地面雷达系统的中频信号输入基带；地面基带接收该中频信号，对中频信号完成相干解调，输出下行测量帧信息。地面雷达系统的基带相干解调的方法与卫星应答机的相干解调方法一致。下行测量帧信息按照如图2的格式打包，该格式参考高级数据链路控制协议，即HDLC协议。打包后的数据以组播方式发送至局域网。数据包中信息长度为“数据”字段的长度。校验字段为可选项。当不校验时，填充0x0000，当生成校验码时，按照CRC-16-CCITT，即ITU-IEEE规范，方式生成校验码。生成校验码的多项式为g(x)＝x16+x12+x5+1，生成校验码的寄存器初相为0xFFFF。在某一时刻未接收到或者未解调出下行测量帧数据时，不发送任何数据。具体地，地面基带设备在某一时刻t未接收到下行信号或者未解调出下行测量帧数据时，地面基带设备不向局域网发送任何数据。地面基带设备是指地面雷达设备的基带设备。
并列地，S6中，首先判断各雷达设备的地面基带设备在某一时刻t是否接收到下行信号；若未接收到下行信号；则集中处理终端的上行功率调整系统的模块②不改变集中处理终端的上行功率调整系统中的显示结果；若接收到下行信号，则通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，若获得下行测量帧，转入S7；若未解调出下行测量帧数据，不改变上行功率调整系统中的显示结果；优选地，若未解调出下行测量帧数据，则集中处理终端的上行功率调整系统的模块②不改变上行功率调整系统的显示结果。优选地，所述下行信号为中频信号。
首先使用雷达系统中的地面基带设备解调应答机下行信号中的下行测量帧，获得卫星上应答机接收信号的自动增益控制电压AGC和上行信号的信噪比Si/φi，即卫星上应答机处理得到的本通道内的功率Si与解扩后带宽内噪声功率多点平均谱密度之比。本通道内的功率Si为解扩后信息带宽内的功率。AGC和Si/φi完整的表示了卫星应答机接收信号的功率与信噪比。
卫星应答机的下行信号传输至下变频器，经过地面雷达设备的变频器后，下行信号转换为中频信号输入至地面雷达设备的地面基带设备；地面基带设备接收中频信号后对该中频信号进行相干解调。
优选地，地面基带设备解调下行测量帧后，将所述下行测量帧通过组播方式发送至局域网。
更进一步地，输出下行测量帧信息，下行测量帧信息打包后，以组播方式发送至局域网；集中处理终端的上行功率调整系统通过局域网接收该下行测量帧信息，等待进行功率调整。
下行测量帧信息按打包格式参考HDLC(High Data Link Control)协议。打包后的数据以组播方式发送至局域网。数据包中信息长度为“数据(DATA)”字段的长度。校验字段为可选项。当不校验时，填充0x0000，当生成校验码时，按照CRC-16-CCITT(ITU-IEEE规范)方式生成校验码。生成校验码的多项式为g(x)＝x16+x12+x5+1，生成校验码的寄存器初相为0xFFFF。在某一时刻未接收到或者未解调出下行测量帧数据时，不发送任何数据。具体地，地面基带设备在某一时刻t未接收到下行信号或者未解调出下行测量帧数据时，地面基带设备不向局域网发送任何数据。
集中处理终端上的上行功率调整系统包括3个功能模块，其分别为模块①、模块②和模块③。
模块①，该模块完成3项功能：初始化网络参数，开设接收数据缓冲区，设置并查询初始功放功率。任何一项失败时，均重新执行该模块，直到三项功能均执行成功，程序进入模块②。
优选地，上行功率调整系统通过模块①，进行网络参数初始化，所述网络参数包括集中处理终端的网卡和端口号绑定至其上的上行功率调整系统内；该上行功率调整系统在集中处理终端开设接收数据的缓冲区；设置并查询初始的功放功率，按照执行任务前全区的雷达跟踪方案设置该初始的功放功率；集中处理终端上的上行功率调整系统向各地面雷达设备的功放发布查询命令，获得各地面雷达设备的初始功放功率；若任何一项失败时，均重新执行该模块①，直到三项功能均执行成功，进入模块②。
模块②，组播接收下行测量帧数据，同时使用曲线和数值显示卫星应答机所接收的上行信号的自动增益控制电压AGC和各通道i内的信噪比Si/φi。
优选地，上行功率调整系统通过模块②，使用软件定时器，采用组播方式连续接收下行测量帧数据。当接收到下行测量帧数据时，提取数据中预设的字节和位并进行拼接，由此计算获得卫星应答机接收信号的AGC和Si/φi。以AGC为例，下行测量帧数据中提取预设数据基本方法是：bjq表示下行测量帧数据的第j个字节的第q位。每个字节包括8个二进制位数据。AGC用相邻字节的[bxy，bx(y+1)，......，bx8；b(x+1)1，b(x+1)2，......，b(x+1)8，......；b(x+s)1，......，b(x+s)c]共计L位表示，最低的字节x取第y到第8位，最高的字节(x+s)取第1到第c位，中间的字节全取用。L位数据按照上文字节和位顺序拼接后，按照无符号数的格式转换相应的十进制数表示AGC对应的有效字段。Si/φi对应的有效字段提取方法与上述方法原理相同。计算结果同时采用数值和曲线显示在上行功率调整系统的软件界面上。根据本发明的实例，软件界面上曲线显示的横轴范围为1024个数据点，曲线使用滚动刷新方式，即当曲线点数不足1024个点时，持续向原有曲线右侧追加数据点；当曲线点数超出1024个点时，删除曲线左侧最老的数据点，在曲线右侧追加新的数据点。上行功率调整系统的软件界面曲线显示包括两条纵轴，其中一条纵轴对应自动增益控制电压AGC，另一条纵轴对应卫星应答机所有通道的Si/φi，每个通道的Si/φi对应一条曲线。纵轴范围可人工调整。当没有数据点时，不改变软件界面的曲线显示和数值显示。
优选地，若接收到下行测量帧数据，则提取下行测量帧数据中AGC字节和S/φ字节的位，并进行拼接；通过线性变换复原量纲，得到AGC和Si/φi，并在界面上进行显示和数值显示。量纲还原采用如下所示表达式，
y＝kx+b
其中，x表示从下行测量帧数据中提取的有效字段，k、b是与卫星应答机有关的系数因子。当选择不同的系数因子k、b时，y分别表示AGC、Si/φi。
组播接收时上行功率调整系统中的模块②，模块②为AGC-S/φ解析模块，如果没有接收到下行测量帧数据，则不改变显示界面的曲线显示和数值显示。
模块③，模块③受模块②驱动，模块②如果未收到数据点，则不会产生新的AGC和Si/φi；当发现有新的AGC和Si/φi时，集中处理终端的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率。
优选地，模块③，根据预设信号变化范围，使用组播方式向功放发出命令数据，调整上行功率；当发现有新的AGC和Si/φi时，集中处理终端上的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率。判断是否已经设置测量主站，若未设置，转入步骤S8。若已经设置主站，则转入步骤S11。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
用于雷达设备上行功率的调整方法，其在集成处理终端的上行功率调整系统将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内，完成网络参数初始化，在集中处理终端开设接收数据的缓冲区，设置并查询处理功放功率，确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线。初始化网络参数，开设接收数据缓冲区，设置并查询初始功放功率，任何一项失败时，均重新执行该上述三个步骤，也就是说重新执行模块①，直到三项功能均执行成功后，雷达站Ai发射的信号经通道i到达卫星应答机，得到通道i内的信噪比；通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，获得下行测量帧，根据解调的具体结构确定是否需要改变上行功率调整系统的显示结果。其中，获得下行测量帧的方法为：搜索下行信号载波频率ωc；当本地伪码产生器产生的信号与下行信号扩频码相位对齐时会有峰值产生，将峰值取模放大作为判决量检测。同时，在跟踪过程中，应该优先保证测量主站的功率符合跟踪要求；并且，采用人工调节的方式需要根据自动增益控制电压以及与其进行通讯的目标应答机的动态范围逐一进行调整。
附图说明
本发明上述和/或附加方面的优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明的用于雷达设备上行功率的调整方法的流程示意图。
图2是根据本发明的用于雷达设备上行功率的调整方法的下行测量帧的数据传输格式。
图3是根据本发明的用于雷达设备上行功率的调整方法的集中处理终端的上行功率调整系统的功能组成框图。
图4是根据本发明的用于雷达设备上行功率的调整方法中上行功率调整系统的工作流程图。
图5是根据本发明的用于雷达设备上行功率的调整方法中获得下行测量帧方法。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下结合附图对本发明进行详细说明。根据本发明实施例的用于雷达设备上行功率的调整方法，预设卫星应答机的动态范围δ，所述卫星应答机的动态范围为其可接收的最大信号功率Pmax与最小信号功率Pmin的比值取以10为底的对数，即
对应的自动增益控制电压AGC范围为AGCmin～AGCmax。其中卫星应答机接收最小功率信号Pmin时，AGC为AGCmin，应答机接收的最小功率Pmin为灵敏度；接收最大功率信号Pmax时，AGC为AGCmax，其具体步骤如下：
S1：进行网络参数初始化；
所述网络参数包括集中处理终端的网卡和端口号，将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内；
若网络参数初始化成功，则转入S2；
若网络参数初始化未成功，则转入S4；
S2：通过集中处理终端的上行功率调整系统在集中处理终端开设接收数据的缓冲区；
若缓冲区设置成功，则转入S3；
若缓冲区未设置成功，则转入S4；
S3：设置并查询初始的功放功率；通过查询初始的功放功率，确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线；其中1≤i≤m；m为卫星过境弧段内的在线的各地面雷达设备的数量；N为卫星过境弧段内各地面雷达设备的总数量，m≤N；
若能够查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入步骤S5；若未能查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入S4；
优选地，按照执行任务前全区的雷达跟踪方案预设各雷达设备的初始功放功率；集中处理终端的上行功率调整系统向各地面雷达设备的功放发布查询命令，获得卫星过境弧段内的n个地面雷达设备的初始功放功率；
S4：转入S1，依次顺序执行上述步骤，直到S1、S2和S3均执行成功，转入S5；
S5：地面雷达设备Ai发射的信号经通道i到达卫星应答机，解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率为Si，解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值为φi，得到通道i内的信噪比yi＝Si/φi；
优选地，一个地面雷达设备对应一个通道，该通道内的功率定义为Si，该通道内的功率为卫星上应答机处理得到的本通道内的功率，也就是解扩后上行信号中的信息带宽内的功率Si；
S6：通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，若获得下行测量帧M(t)，转入S7；若未解调出下行测量帧数据，不改变上行功率调整系统中的显示结果，继续对下行信号进行相干解调。
优选地，若未解调出下行测量帧数据，则集中处理终端的上行功率调整系统的模块②不改变上行功率调整系统的显示结果。
优选地，所述下行信号x(t)如式(1)所示，
其中，M(t)＝x(t)/PN(t)cosωct；
其中，M(t)表示下行测量帧数据，PN(t)表示下行信号扩频伪码，ωc表示下行信号载波频率；t表示当前时刻；n表示第n个二进制位，也就是第n片数据。ai取值1或者-1，Ts表示下行测量帧数据中一个数据位的时间长度，即周期。
同时搜索下行信号载波频率ωc以及下行信号扩频码PN(t)的相位，获得下行测量帧，所述扩频码即为扩频伪码。
同时搜索下行信号载波频率ωc以及下行信号扩频码PN(t)的相位，其具体步骤如下：
步骤一：根据地面雷达设备的基带设备的接收频率ωspan确定基带设备的频率搜索范围ω1～ω2；
步骤二：对上述频率搜索范围进行分段；得到各频率段所对应的中心频率fi，其中1≤i≤k；k为所划分的频率段的数量；
步骤三：根据各段各自的中心频率fi，通过本地伪码产生器产生的本地信号yi(t)；
步骤四：下行信号x(t)采样后与本地伪码产生器所产生的信号y(n)做相关函数运算，计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；
其中，
rxy(n)＝IDFT{DFT[x(n)]·DFT*[y(n)]}
其中，下行信号x(t)经过离散化后表示为x(n)，DFT()表示离散傅里叶变换，IDFT()表示逆离散傅里叶变换；使用两次DFT和一次IDFT计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；步骤五：将互相关函数值进行取模放大，经归一化处理以后得到一个实数值序列，优选地，所述序列中的各个分量均不小于零。
步骤六：将所述实数值序列中各个分量的最大值作为能量峰值；
步骤七：将该能量峰值后作为判决量检测，若判决量大于预设的阈值，则判定搜索到下行信号；若判决量小于等于预设的阈值，则判定未搜索到下行信号；
步骤八：将该能量峰值所对应的中心频率fs，设置为下行信号载波频率ωc；
出现能量峰值时，则本地伪码产生器产生的信号与下行信号扩频码相位对齐；获得下行信号的扩频码PN(t)的相位。
优选地，所述下行信号为直接序列扩频(Direct Sequence Spread Sprectrum，DSSS)体制的BPSK调制信号。
优选地，，完成频率和相位搜索后，通过PLL锁相环进行闭环控制，地面雷达设备的基带设备中本地载波的相位和伪码相位锁定下行信号的相位、伪码相位，进行相位相干。
优选地，依次通过数据位同步、帧同步，获得下行测量帧数据
所述自动增益控制电压AGC为卫星应答机所接收到的所有信号的功率之和；雷达设备Ai的上行功率经过信道衰减后，到达卫星应答机入口处的信号功率为Si；其中1≤i≤m；自动增益控制电压AGC的具体表达式如下所示；
其中，kt是与卫星应答机的系数因子；Si是解扩后上行信号中的信息带宽内的功率；
所述下行测量帧中的信噪比为xi＝(Si/φi-b)/k；将所述下行测量帧中信噪比进行量纲还原，可得到相应通道内的原始信噪比yi；其中b和k为卫星应答机的系数因子；Si为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率，即其为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率；φi为解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值。
优选地，地面基带解调下行测量帧的方法是：
将地面雷达系统的中频信号输入基带；地面基带接收该中频信号，对中频信号完成相干解调，输出下行测量帧信息。地面雷达系统的基带相干解调的方法与卫星应答机的相干解调方法一致。下行测量帧信息按照如图2的格式打包，该格式参考高级数据链路控制协议，即HDLC协议。打包后的数据以组播方式发送至局域网。数据包中信息长度为“数据(DATA)”字段的长度。校验字段为可选项。当不校验时，填充0x0000，当生成校验码时，按照CRC-16-CCITT(ITU-IEEE规范)方式生成校验码。生成校验码的多项式为g(x)＝x16+x12+x5+1，生成校验码的寄存器初相为0xFFFF。在某一时刻未接收到或者未解调出下行测量帧数据时，不发送任何数据。具体地，地面基带设备在某一时刻t未接收到下行信号或者未解调出下行测量帧数据时，地面基带设备不向局域网发送任何数据。
并列地，S6中，首先判断各雷达设备的地面基带设备在某一时刻t是否接收到下行信号；若未接收到下行信号；则集中处理终端的上行功率调整系统的模块②不改变集中处理终端的上行功率调整系统中的显示结果；
若接收到下行信号，则通过地面雷达系统的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，若获得下行测量帧，转入S7；若未解调出下行测量帧数据，不改变上行功率调整系统中的显示结果；优选地，若未解调出下行测量帧数据，则集中处理终端的上行功率调整系统的模块②不改变上行功率调整系统的显示结果。优选地，所述下行信号为中频信号。
如图1所示，首先使用雷达系统中的地面基带设备解调应答机下行信号中的下行测量帧，获得卫星上应答机接收信号的自动增益控制电压AGC和上行信号的信噪比Si/φi，即卫星上应答机处理得到的本通道内的功率Si与解扩后带宽内噪声功率多点平均谱密度之比。本通道内的功率Si为解扩后信息带宽内的功率。AGC和Si/φi完整的表示了卫星应答机接收信号的功率与信噪比。
卫星应答机的下行信号传输至下变频器，经过地面雷达设备的变频器后，下行信号转换为中频信号输入至地面雷达设备的地面基带设备；地面基带设备接收中频信号后对该中频信号进行相干解调。
S7：将S6中解调的下行测量帧通过组播方式发送至局域网；
优选地，将S6中解调的下行测量帧M(t)通过组播方式发送至局域网；确定是否设置测量主站，若已经设置测量主站，则转入S11；若未设置测量主站，则转入S8；
优选地，地面基带设备解调下行测量帧后，将所述下行测量帧通过组播方式发送至局域网。
更进一步地，输出下行测量帧信息，下行测量帧信息按照如图2所示的格式进行打包后，以组播方式发送至局域网；集中处理终端的上行功率调整系统通过局域网接收该下行测量帧信息，等待进行功率调整。
下行测量帧信息按照如图2的格式打包，该格式参考HDLC(High Data LinkControl)协议。打包后的数据以组播方式发送至局域网。数据包中信息长度为“数据(DATA)”字段的长度。校验字段为可选项。当不校验时，填充0x0000，当生成校验码时，按照CRC-16-CCITT(ITU-IEEE规范)方式生成校验码。生成校验码的多项式为g(x)＝x16+x12+x5+1，生成校验码的寄存器初相为0xFFFF。在某一时刻未接收到或者未解调出下行测量帧数据时，不发送任何数据。具体地，地面基带设备在某一时刻t未接收到下行信号或者未解调出下行测量帧数据时，地面基带设备不向局域网发送任何数据。
集中处理终端上的上行功率调整系统包括3个功能模块，其分别为模块①、模块②和模块③。
模块①，该模块完成3项功能：初始化网络参数，开设接收数据缓冲区，设置并查询初始功放功率。任何一项失败时，均重新执行该模块，直到三项功能均执行成功，程序进入模块②。
优选地，上行功率调整系统通过模块①，进行网络参数初始化，所述网络参数包括集中处理终端的网卡和端口号绑定至其上的上行功率调整系统内；该上行功率调整系统在集中处理终端开设接收数据的缓冲区；设置并查询初始的功放功率，按照执行任务前全区的雷达跟踪方案设置该初始的功放功率；集中处理终端上的上行功率调整系统向各地面雷达设备的功放发布查询命令，获得各地面雷达设备的初始功放功率；若任何一项失败时，均重新执行该模块①，直到三项功能均执行成功，进入模块②。
模块②，组播接收下行测量帧数据，同时使用曲线和数值显示卫星应答机所接收的上行信号的自动增益控制电压AGC和各通道i内的信噪比Si/φi。
优选地，上行功率调整系统通过模块②，使用软件定时器，采用组播方式连续接收下行测量帧数据。当接收到下行测量帧数据时，提取数据中预设的字节和位并进行拼接，由此计算获得卫星应答机接收信号的AGC和Si/φi。以AGC为例，下行测量帧数据中提取预设数据基本方法是：bjq表示下行测量帧数据的第j个字节的第q位。每个字节包括8个二进制位数据。AGC用相邻字节的[bxy，bx(y+1)，......，bx8；b(x+1)1，b(x+1)2，......，b(x+1)8，......；b(x+s)1，......，b(x+s)c]共计L位表示，最低的字节x取第y到第8位，最高的字节(x+s)取第1到第c位，中间的字节全取用。L位数据按照上文字节和位顺序拼接后，按照无符号数的格式转换相应的十进制数表示AGC对应的有效字段。Si/φi对应的有效字段提取方法与上述方法原理相同。计算结果同时采用数值和曲线显示在上行功率调整系统的软件界面上。根据本发明的实例，软件界面上曲线显示的横轴范围为1024个数据点，曲线使用滚动刷新方式，即当曲线点数不足1024个点时，持续向原有曲线右侧追加数据点；当曲线点数超出1024个点时，删除曲线左侧最老的数据点，在曲线右侧追加新的数据点。上行功率调整系统的软件界面曲线显示包括两条纵轴，其中一条纵轴对应自动增益控制电压AGC，另一条纵轴对应卫星应答机所有通道的Si/φi，每个通道的Si/φi对应一条曲线。纵轴范围可人工调整。当没有数据点时，不改变软件界面的曲线显示和数值显示；
若接收到下行测量帧数据，则提取下行测量帧数据中AGC字节和S/字节的位，并进行拼接；通过线性变换y＝kx+b复原量纲，得到AGC和Si/φi，并在界面上进行显示和数值显示。其中，x表示从下行测量帧数据中提取的有效字段，k、b是与卫星应答机有关的系数因子。当选择不同的系数因子k、b时，y分别表示AGC、Si/φi。
组播接收时上行功率调整系统中的模块②，模块②为AGC-S/φ解析模块，如果没有接收到下行测量帧数据，则不改变显示界面的曲线显示和数值显示。
模块③，模块③受模块②驱动，模块②如果未收到数据点，则不会产生新的AGC和Si/φi；当发现有新的AGC和Si/φi时，集中处理终端的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率。
优选地，模块③，根据预设信号变化范围，使用组播方式向功放发出命令数据，调整上行功率；当发现有新的AGC和Si/φi时，集中处理终端上的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率。判断是否已经设置测量主站，若未设置，转入步骤S8。若已经设置主站，则转入步骤S11。
S8：设卫星应答机的接收动态范围对应的AGC为AGCmin～-AGCmax；判断自动控制增益电压AGC是否大于(AGCmax-1)V；
若自动控制增益电压AGC＞(AGCmax-1)V，则全部m个地面雷达设备以第一比例为步进单位，按照同样的比例降低功率，直至AGCmax-AGC＞1V；
若自动控制增益电压AGC≤(AGCmax-1)V，则确定Si/φi是否小于灵敏度以上10dB；
当Si/φi小于灵敏度以上10dB，则m个地面雷达设备以第二比例为步进单位，按照同样的比例增强功率，直至Si/φi≥灵敏度以上10dB，转入步骤S9；
此时，m个地面雷达设备直接进行测量作业；
S9：选择m个地面雷达设备中Si/φi最大的地面雷达设备Amax的作为测量主站；
S10：卫星在靠近Amax的过程中，在到达Amax的最近点以前，优先调整Amax的功率，转入步骤S11；
到达Amax的最近点以后，集中处理终端上的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率，若卫星开始远离地面雷达设备Amax，则转入步骤S8；
S11：卫星未远离该地面雷达设备，则调整地面雷达设备Amax的功放功率；
仅当连续3次功率较弱或者较强时，即Si/φi＜灵敏度以上10dB或者AGC＞(AGCmax-1V)，调整功放功率10dB。当功放可调整范围不足10dB时，尽能力调整，即当上行信号过弱时设置为最大值或者上行信号过强时设置为最小值。当用户界面点击程序停止按钮时，程序退出。
优选地，各雷达站Ai接收卫星下行测量帧数据，然后将其转发至集中处理终端。
具体地，在步骤S11中判断Amax站的Si/φi是否小于灵敏度以上10dB；
若Amax站的Si/φi＜灵敏度以上10dB，则功率较弱计数器+1，判断功率较弱计数是否≥3；
若功率较弱计数≥3，则Amax站的功率增强10dB；
优选地，功放增强范围＜10dB，则将Amax站的功率设置为最大值，转入步骤S12；
若功率较弱计数＜3，则转入步骤S12，
若Amax站的Si/φi≥灵敏度以上10dB，则功率较弱计数清0；判断AGCmax-AGC是否＜1V；
若AGCmax-AGC≥1V，则功率较强计数清0；转入步骤S12。
若AGCmax-AGC＜1V，则功率较强计数+1；判断功率较强计数是否≥3；
若功率较强计数＜3，则转入S12。
若功率较强计数≥3，则Amax站功率降低10dB；优选地，若可功放减弱范围不足10dB，则将其设置为最小值，转入步骤S12。
S12：判断调整程序是否停止，若未停止，则转入S6，继续对下行信号进行相干解调；若调整程序停止，则退出调整，即程序退出。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连通”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连通，也可以通过中间媒介间接连通，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“至少三个”的含义是两个或两个以上。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，其具体步骤如下：
S1：进行网络参数初始化：
将集中处理终端的网卡和端口号绑定至集中处理终端的上行功率调整系统内；若网络参数初始化成功，则转入S2；若网络参数初始化未成功，则转入S4；
S2：设置缓冲区：
通过集中处理终端的上行功率调整系统在集中处理终端设置接收数据的缓冲区；若缓冲区设置成功，则转入S3；若缓冲区未设置成功，则转入S4；
S3：设置并查询初始的功放功率：
通过查询初始的功放功率，确保卫星过境弧段内的各地面雷达设备Ai在线；其中1≤i≤m；m为卫星过境弧段内的在线的各地面雷达设备的数量；N为卫星过境弧段内各地面雷达设备的总数量，m≤N；
若能够查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入步骤S5；若未能查询到各地面雷达设备的初始功放功率，则转入S4；
S4：转入S1，依次顺序执行上述步骤，直到S1、S2和S3均执行成功，转入S5；
S5：地面雷达设备Ai发射的信号经通道i到达卫星应答机，解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率为Si，解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值为φi，得到通道i内的信噪比yi＝Si/φi；
S6：通过地面雷达设备的基带设备对卫星应答机的下行信号进行相干解调，若获得下行测量帧M(t)，转入S7；若未解调出下行测量帧数据，不改变上行功率调整系统中的显示结果，继续对下行信号进行相干解调；
S7：将S6中解调的下行测量帧M(t)通过组播方式发送至局域网；确定是否设置测量主站，若已经设置测量主站，则转入S11；若未设置测量主站，则转入S8；
S8：设卫星应答机的接收动态范围对应的AGC为AGCmin～AGCmax；判断自动控制增益电压AGC是否大于(AGCmax-1)V；
若自动控制增益电压AGC＞(AGCmax-1)V，则全部m个地面雷达设备以第一比例为步进单位，按照同样的比例降低功率，直至AGCmax-AGC＞1V；
若自动控制增益电压AGC≤(AGCmax-1)V，则确定Si/φi是否小于灵敏度以上10dB；
当Si/φi小于灵敏度以上10dB，则m个地面雷达设备以第二比例为步进单位，按照同样的比例增强功率，直至Si/φi≥灵敏度以上10dB，转入步骤S9；
此时，m个地面雷达设备直接进行测量作业；
S9：选择m个地面雷达设备中Si/φi最大的地面雷达设备Amax的作为测量主站；
S10：卫星在靠近Amax的过程中，在到达Amax的最近点以前，优先调整Amax的功率，转入步骤S11；
到达Amax的最近点以后，集中处理终端上的上行功率调整系统查询各地面雷达设备的功放功率，若卫星开始远离地面雷达设备Amax，则转入步骤S8；
S11：调整地面雷达设备Amax的功放功率。
2.如权利要求1所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，所述下行信号
其中，M(t)＝x(t)/PN(t)cosωct；
其中，M(t)表示下行测量帧数据，PN(t)表示下行信号扩频伪码，ωc表示下行信号载波频率；t表示当前时刻；n表示第n片数据；ai取值1或者-1，Ts表示下行测量帧数据中一个数据位的时间长度。
3.如权利要求2所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，
同时搜索下行信号载波频率ωc以及下行信号扩频码PN(t)的相位，其具体步骤如下：
步骤一：根据地面雷达设备的基带设备的接收频率ωspan确定基带设备的频率搜索范围ω1～ω2；
步骤二：对上述频率搜索范围进行分段；得到各频率段所对应的中心频率fi，其中1≤i≤k；k为所划分的频率段的数量；
步骤三：根据各段各自的中心频率fi，本地伪码产生器产生本地信号yi(t)；
步骤四：下行信号x(t)采样后与本地伪码产生器所产生的信号y(n)做相关函数运算，计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；
其中，
rxy(n)＝IDET{DFT[x(n)]·DFT*[y(n)]}
其中，下行信号x(t)经过离散化后表示为x(n)，DFT()表示离散傅里叶变换，IDFT()表示逆离散傅里叶变换；使用两次DFT和一次IDFT计算下行信号x(n)与本地伪码产生器的信号y(n)的互相关函数rxy(n)；步骤五：将互相关函数值进行取模放大，经归一化处理以后得到一个实数值序列，优选地，所述序列中的各个分量均不小于零；
步骤六：将所述实数值序列中各个分量的最大值作为能量峰值；
步骤七：将该能量峰值后作为判决量检测，若判决量大于预设的阈值，则判定搜索到下行信号；若判决量小于等于预设的阈值，则判定未搜索到下行信号；
步骤八：将该能量峰值所对应的中心频率fs，设置为下行信号载波频率ωc；出现能量峰值时，则本地伪码产生器产生的信号与下行信号扩频码相位对齐；获得下行信号的扩频码PN(t)的相位。
4.如权利要求3所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，完成频率和相位搜索后，通过PLL锁相环进行闭环控制，地面雷达设备的基带设备中本地载波的相位和伪码相位锁定下行信号的相位、伪码相位，进行相位相干。
5.如权利要求4所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，所述自动增益控制电压AGC为卫星应答机所接收到的所有信号的功率之和；雷达设备Ai的上行功率经过信道衰减后，到达卫星应答机入口处的信号功率为Si；其中1≤i≤m；自动增益控制电压AGC的具体表达式如下所示；
其中，kt是与卫星应答机的系数因子；Si是解扩后上行信号中的信息带宽内的功率。
6.如权利要求5所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，所述下行测量帧中的信噪比为xi＝(Si/φi-b)/k；将所述下行测量帧中信噪比进行量纲还原，得到相应通道内的原始信噪比yi；
其中b和k为卫星应答机的系数因子；Si为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率为卫星应答机接口处的功率，即其为解扩后上行信号中的信息带宽内的功率；φi为解扩后带宽内噪声功率谱密度的多点平均值。
7.如权利要求6所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，地面基带设备在某一时刻t未接收到下行信号或者未解调出下行测量帧数据时，地面基带设备不向局域网发送任何数据。
8.如权利要求7所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，卫星应答机的下行信号传输至下变频器，经过地面雷达设备的变频器后，下行信号转换为中频信号输入至地面雷达设备的地面基带设备；地面基带设备接收中频信号后对该中频信号进行相干解调。
9.如权利要求8所述的用于雷达设备上行功率的调整方法，其特征在于，上行功率调整系统采用组播方式连续接收下行测量帧数据提取数据中预设的字节和位并进行拼接，由此计算获得卫星应答机接收信号的AGC和Si/φi。
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