CN114666866A - 一种基于无线自组网的雷达组网方法 - Google Patents

一种基于无线自组网的雷达组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线自组网的雷达组网方法，包括：进行雷达节点初始化，开启无线接口监听无线信号，检测并实现无线接口同步；无线接口同步后，进入监听状态，检测并实现物理层的比特同步；物理层比特同步后，监听来自于同步COM时隙的数据；链路层获取到COM的数据后，对数据进行解析，提取出时间信息、主节点信息和数据时隙信息；根据解析得到的时间信息，完成本节点与时间主节点的时间同步；完成时间同步后，向其他节点发起入网申请，申请通过后分配时隙资源，网络层发送数据信息。本发明将无线自组网技术应用到雷达组网，将各节点雷达数据进行融合，提高了目标的航迹关联率与属性识别概率。

Description

一种基于无线自组网的雷达组网方法
技术领域
本发明属于雷达组网技术领域，具体涉及一种基于无线自组网的雷达组网方法。
背景技术
雷达组网在国土防空预警探测系统中的作用变得越来越重要。一般雷达网强调集中指挥，层次分工，雷达网的整体系统功能发挥不够。近几年雷达技术发展迅速，新装备投入使用，已运用计算机进行目标的自动检测，但仍存在不少问题，雷达的自适应能力(优化部署和机动组网)、情报自动融合能力(包括目标跟踪、航迹滤波、平滑、预测、关联和融合)、目标属性识别能力、尚不能适应现代高技术条件下复杂环境和复杂空情的需要。
发明内容
为了解决现有雷达组网机动能力不足的问题，本发明提供了一种基于无线自组网的雷达组网方法。本发明将无线自组网技术应用到雷达组网，将各节点雷达数据进行融合，提高了目标的航迹关联率与属性识别概率。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于无线自组网的雷达组网方法，包括：
进行雷达节点初始化，开启无线接口监听无线信号，检测并实现无线接口同步；
无线接口同步后，进入监听状态，检测并实现物理层的比特同步；
物理层比特同步后，监听来自于同步COM时隙的数据；
链路层获取到COM的数据后，对数据进行解析，提取出时间信息、主节点信息和数据时隙信息；
根据解析得到的时间信息，完成本节点与时间主节点的时间同步；
完成时间同步后，向其他节点发起入网申请，申请通过后分配时隙资源，网络层发送数据信息。
优选的，本发明的方法还包括：
实时显示各节点的参数信息。
优选的，本发明的物理层基于AD9361和ZYNQ平台，实现信号的编码、调制、发射、接收、解调、解码。
优选的，本发明的链路层采用固定接入方式，具体为：
在250ms内，将无线信道划分为163个时隙，在0号时隙发送同步信息，1-34号时隙发送控制信息，35-163号时隙发送数据信息。
优选的，本发明的网络层采用邻居发现算法进行信息路由，支持多跳的路由传输。
优选的，本发明的时间同步过程具体为：
当接收到其他网络中节点的时间信息时，根据同步信号强度选择最优信号的时间同步信息；
设置本节点的入网定时器，在入网定时器超时之前按照原网络的定时关系接收和发送信号，更新节点为同步状态；
当入网定时器到期，更新本节点为空闲状态，重新搜索同步信号，并按照新网络的定时关系接收和发送信号；
如果在空闲状态下，设置空闲定时器，在空闲定时器超时之前，未搜索到同步信号，则随机延迟等待预设时间之后，以本节点为时间主节点发送同步信息；
如果主节点收到其他主节点的同步信息，则启动竞争机制，只保持一个时间同步主节点。
优选的，本发明的时间同步精度在1ms以内。
优选的，本发明的无线接口同步由无线空中接口部分完成。
优选的，本发明的物理层比特同步由数字中频及调制解调部分完成。
优选的，本发明的COM时隙数据监听由物理层与链路层的接口完成。
本发明具有如下的优点和有益效果：
本发明将无线自组网技术应用到雷达组网，优化了雷达组网的机动能力；通过雷达间数据的中继传输，提高了雷达数据的传输距离；将各节点雷达数据进行融合，提高了目标的航迹关联率与属性识别概率。
本发明采用邻居节点发现算法实现了网络去中心化，采用主从时间同步，解决了网内时间同步问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明实施例的组网协议栈模型架构示意图。
图2为本发明实施例的物理层架构示意图。
图3为本发明实施例的无线信道接入方式示意图。
图4为本发明实施例的时隙分配示意图。
图5为本发明实施例的时间同步和入网流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
无线自组网是一种由若干个移动节点组成的、不依赖固定基础设施支持的移动通信网络、具有无中心、自组织、动态变化的网络拓扑结构、抗毁性强等特点，在军事和民用方面都有广阔的应用前景。
移动网络又称移动自组织网络，由一组无线移动节点组成，各个节点可以自由移动，网络的组建无需人工干预，支持无中心的网络拓扑，是一种分布式的自组织、自维护的网络。移动节点兼有路由器和主机两种功能。作为主机，能够运行自身的应用程序，作为路由器，能够进行数据的分组转发和路由表维护。网络节点在网络中的位置快速变化，通信链路的质量随着节点位置的快速变化而变化，移动节点动态地自适应组网，网络拓扑快速变化；节点具有存储转发的能力，节点间通信可能经过多个中间节点的转发，以多跳路由完成数据传送。
移动自组网的网络层主要完成邻居发现、分组路由、拥塞控制等功能。随着无人机、物联网、自动驾驶等技术的发展，适应于新的应用场景的网络层协议也在不断提出。
链路层方面，介质访问控制协议(Media Access Control,MAC)是无线自组网协议栈的重要组成部分，决定了节点如何通过共享的无线空间信道发送和接收报文。接入层协议能否高效地利用有限的无线通信资源，对无线自组网的性能有决定性的影响。基于随机竞争的接入层协议开销低，适合在无线自组网环境下的单个节点实现，成为无线自组网接入层协议研究中最主流的技术。
基于此，本实施例提出了一种基于二次雷达的无线组网方法，其将无线自组网技术应用到雷达组网，解决了雷达组网机动能力不足的问题。
本实施例的无线组网方法采用的通信协议栈模型为三层架构，如图1所示，从底层至顶层依次为物理层、链路层和网络层。
其中，本实施例基于AD9361射频(RF)Agile Transceiver捷变收发器和ZYNQ AllProgrammable SoC全可编程片上系统硬件平台，实现了物理层信号的编码、调制、发射、接收、解调、解码，具体如图2所示。
链路层采用时分复用模式，根据无线信道对干扰的处理方式和接入方法的不同，常用无线信道接入方式划分如图3所示。固定接入方式能有效地解决信道冲突的问题，而竞争接入方式因冲突问题致使信道利用率下降。竞争式接入方式需要通过多次协商握手以解决上述问题，导致信道利用率进一步下降，信息传送时延增加，不利于实时信息的传送，同时带来较大的时延抖动。本实施例采用固定接入方式TDMA，具体方式，在250ms内，将无线信道划分为163个时隙，在0号时隙发送同步信息，1-34号时隙发送控制信息，35-163号时隙发送数据信息，共128个数据时隙。共支持32节点，每节点占用4个数据时隙，每时隙支持最大发送1600bit数据，支持每节点最大25.6Kbit/s的收发速率，时隙分配给各个节点，避免了信道的竞争接入，如图4所示。
网络层采用邻居发现路由算法，邻居发现协议是IPv6协议簇中的基础协议，为网络节点提供路由发现、重复地址检测、链路层地址解析、邻居不可达检测等功能。本实施例从邻居发现协议出发，在分布式网络上实现了邻居发现协议。
精确高效的时间同步技术是无线自组网工作的保证，时间同步技术是无线自组网中的一项关键技术。主从同步适用于小规模的网络，互同步适用于大规模的网络。但是，传统的时间同步技术只能实现单一网络内的同步，由于自组网节点具有的随机移动的特性，当两个或多个网络发生碰撞时，需要合并为一个网络，由此可能会带来时间不同步的问题。
基于此，本实施例采用主从同步方式，完成时间同步。节点初始同步过程如图5所示，当网络中的节点接收到其他网络中节点的时间信息时，根据同步信号强度选择最优信号的时间同步信息；设置该节点的入网定时器，在入网定时器超时之前按照原网络的定时关系接收和发送信号，更新节点为同步状态；当入网定时器到期，更新节点为空闲状态，重新搜索同步信号，并按照新网络的定时关系接收和发送信号；如果在空闲状态下，设置空闲定时器，在空闲定时器超时之前，未搜索到同步信号，随机延迟等待预设时间之后，则以本节点为时间主节点发送同步信息；如果主节点收到其他主节点的同步信息，则启动竞争机制，只保持一个时间同步主节点。
本实施例的组网方法具体如图5所示，包括：
进行雷达节点初始化，开启无线接口，监听无线信号，检测并实现无线接口的同步；此步操作由无线空中接口部分完成；
无线接口同步后，进入监听状态，检测并实现物理层的比特同步；此步操作由数字中频及调制解调部分完成；
物理层比特同步实现后，监听来自于主节点同步共享时隙(COM，Common slot)的数据；此步骤由物理层与链路层的接口完成。
链路层获取到COM的数据后，对数据进行解析，提取出时间(TOD，time of day)信息、主节点信息、控制时隙(CTS/ATS，Control/Assistant time slot)信息和数据时隙(DTS，Data time slot)信息，作为从节点，在控制时隙回复本节点同步信息(Sync Info)。
通过交互Com和Syn时隙的交互，在从节点端有：
T2＝T1+bias+delay (1)
在主节点端有：
T4＝T3-bias+delay (2)
T2、T3为从节点时间，T1、T4为主节点时间，bias指同步偏移，delay指传输时延。根据式1和式2计算出bias同步偏移，完成本节点的TOD与时间主节点的TOD同步(即时间同步)，此时的同步精度应该在1ms以内；
完成时间同步之后，向其他节点发起入网申请(Net_login)，申请通过之后，分配时隙资源，发送数据信息，在网络层，信息通过邻居发现算法路由，支持多跳的路由传输；
实时显示各节点的地理位置、编号、通信速率、信噪比、误码率等相关参数。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，包括：
进行雷达节点初始化，开启无线接口监听无线信号，检测并实现无线接口同步；
无线接口同步后，进入监听状态，检测并实现物理层的比特同步；
物理层比特同步后，监听来自于同步COM时隙的数据；
链路层获取到COM的数据后，对数据进行解析，提取出时间信息、主节点信息和数据时隙信息；
根据解析得到的时间信息，完成本节点与时间主节点的时间同步；
完成时间同步后，向其他节点发起入网申请，申请通过后分配时隙资源，网络层发送数据信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，还包括：
实时显示各节点的参数信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述物理层基于AD9361和ZYNQ平台，实现信号的编码、调制、发射、接收、解调、解码。
4.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述链路层采用固定接入方式，具体为：
在250ms内，将无线信道划分为163个时隙，在0号时隙发送同步信息，1-34号时隙发送控制信息，35-163号时隙发送数据信息。
5.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述网络层采用邻居发现算法进行信息路由，支持多跳的路由传输。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述时间同步过程具体为：
当接收到其他网络中节点的时间信息时，根据同步信号强度选择最优信号的时间同步信息；
设置本节点的入网定时器，在入网定时器超时之前按照原网络的定时关系接收和发送信号，更新节点为同步状态；
当入网定时器到期，更新本节点为空闲状态，重新搜索同步信号，并按照新网络的定时关系接收和发送信号；
如果在空闲状态下，设置空闲定时器，在空闲定时器超时之前，未搜索到同步信号，则随机延迟等待预设时间之后，以本节点为时间主节点发送同步信息；
如果主节点收到其他主节点的同步信息，则启动竞争机制，只保持一个时间同步主节点。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述时间同步精度在1ms以内。
8.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述无线接口同步由无线空中接口部分完成。
9.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述物理层比特同步由数字中频及调制解调部分完成。
10.根据权利要求1所述的一种基于无线自组网的雷达组网方法，其特征在于，所述COM时隙数据监听由物理层与链路层的接口完成。
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