CN210867684U - 一种多目标实时遥测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型一种多目标实时遥测系统，属于多目标实时遥测技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种多目标实时遥测系统硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：包括设置在遥测目标上的遥测发射机和设置在数据接收端的遥测站；所述遥测发射机内部设置有数据收发管理模块，所述数据收发管理模块连接有无线发射模块、无线接收模块，所述无线发射模块、无线接收模块通过双工器与发射天线相连，所述无线发射模块用于接收遥测接收站远程发送的遥测数据，所述数据收发管理模块还连接有通信接口模块；所述遥测站内部设置有多通道遥测接收机和频谱感知管理设备；本实用新型应用于多目标遥测场所。
Description
技术领域
本实用新型一种多目标实时遥测系统，属于多目标实时遥测技术领域。
背景技术
遥测系统一般由安装在移动目标上的遥测发射机和部署在地面的遥测接收机组成，遥测发射机将需要传送的数据码流通过信道编码、调制、射频放大操作后，最终以特定的频点通过发射天线以无线电波的形式发射到空中；遥测接收机通过接收天线将空中对应频点的无线电波接收并传送到接收机内，经过低噪声放大、解调、同步解码等操作还原出原始数据码流，完成由遥测发射机到地面接收机的无线数据传输任务。
现有实施遥测任务的遥测系统一般由一个遥测目标和一个接收机组成，遥测目标上设置的遥测发射机按照预先规划好的频点和码率等相关参数发射遥测信号，地面接收机按照相同频点和码率等相关参数匹配接收设置，一个地面接收机同时只能跟踪接收一个遥测目标；基于此，遥测系统的工作需要通过周密的计划，确定工作频点、制式、编码等遥测格式参数，以及工作时间区间等，才能完成单目标的遥测任务；但在需要有多个遥测任务进行时，受遥测可用频率资源和地面接收站数量的限制，一般计划为单目标顺序开展遥测任务，无法支持多目标并行遥测任务的开展。
通过对现有遥测系统的研究发现，现有遥测系统可以满足针对单一遥测目标的遥测任务，但需要同时对多个移动目标的数据进行遥测时，现有的遥测系统很难适应这种需求；与常规无线通信方式不同，遥测领域所涉及的通信距离一般较远（普遍在100km以上），使得遥测接收天线必须使用接收增益较大的定向天线，而传统定向天线只能朝向单一方向，应用于实际多目标场合，由于目标方向不同，使得传统的定向天线无法应用。
实用新型内容
本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种多目标实时遥测系统硬件结构的改进。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种多目标实时遥测系统，包括设置在遥测目标上的遥测发射机和设置在数据接收端的遥测站；
所述遥测发射机内部设置有数据收发管理模块，所述数据收发管理模块连接有无线发射模块、无线接收模块，所述无线发射模块、无线接收模块通过双工器与发射天线相连，所述无线发射模块用于接收遥测接收站远程发送的遥测数据，所述数据收发管理模块还连接有通信接口模块；
所述遥测站内部设置有多通道遥测接收机和频谱感知管理设备；
所述多通道遥测接收机包括遥测阵列天线、多波束数字形成器、多通道基带以及相应的遥测数据接收模块，所述频谱感知管理设备内部设置有频谱管理模块，所述多波束数字形成器的输入端连接有遥测阵列天线，所述多波束数字形成器的输出端通过多通道基带与相应的遥测数据接收模块相连，所述遥测数据接收模块通过导线与遥测任务管理系统相连，所述遥测任务管理系统通过导线与频谱管理模块相连，所述频谱管理模块的输出端通过信号收发模块与通信天线相连。
所述遥测发射机具体包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器以及相应的外围电路，所述壳体上设置有数据通信端口和遥测信号收发天线，所述微控制器外围的电路结构为：
所述微控制器的信号输入端与数据通信端口通过导线连接；
所述微控制器的信号输出端通过导线分别与第一射频开关、第二射频开关的控制端相连，所述微控制器通过导线与捷变收发器双向连接，所述捷变收发器通过导线分别与发射模块、接收模块相连；
所述发射模块内部设置有第一带通滤波器、第一功放模块、低通滤波器，所述捷变收发器的上变频模块通过第一带通滤波器与第一射频开关的控制端相连，所述第一射频开关的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块、低通滤波器后与第二射频开关的第一选择端相连；
所述接收模块内部设置有第二带通滤波器、混频器、第二功放模块、低噪声放大器、第三带通滤波器，所述第二射频开关的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器、低噪声放大器、第二功放模块后与混频器的输入端相连，所述混频器的控制端与第一射频开关的第二选择端相连，所述混频器的输出端串接第二带通滤波器后与捷变收发器的下变频模块相连；
所述第二射频开关的控制端通过导线与遥测信号收发天线相连。
所述微控制器具体为FPGA控制器，型号为Zynq7000；
所述第一带通滤波器具体为射频滤波器，型号为KSD2250S100A；
所述第一功放模块的型号为TQF7M9104；
所述低通滤波器的型号为LFCN-2500+；
所述第一射频开关、第二射频开关的型号为HMC349AMS8G；
所述捷变收发器的型号为AD9361；
所述第二带通滤波器具体为中频滤波器，型号为KS432-9A；
所述混频器具体为下变混频器，型号为LT5522；
所述第二功放模块的型号为ERA-SM；
所述低噪声放大器的型号为ADL5611ARKZ；
所述第三带通滤波器具体为射频滤波器，型号为KSD2205-30A。
本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型提供的多目标实施遥测系统区别于现有的单向遥测系统，在遥测发射机与遥测接收机之间建立了双向无线通信链路，通过该链路遥测地面站可以实现对遥测发射机实时控制和动态配置，实时遥测控制发射机的工作点频、码率、发射功率等工作参数；本实用新型采用阵列接收天线和多通道遥测接收机对多个遥测目标进行跟踪和数据接收，在同一个阵列天线上通过数字波束形方法形成多个指向性空间波束，以实现对空中多个移动目标遥测数据接收；本实用新型不仅可以实现普通遥测系统的功能，还可以同时对其覆盖空域内的多个遥测目标进行实时的频点配置和工作模式管理，实现程控化的多目标并行遥测，克服传统遥测中容易产生的频点冲突、实时性差、系统组成复杂、任务调度效率低等缺陷，有效提高遥测数据接收的可靠性。
附图说明
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
图1为本实用新型遥测发射机的结构示意图；
图2为本实用新型遥测站的结构示意图；
图3为本实用新型遥测发射机的电路结构示意图。
具体实施方式
如图1至图3所示，本实用新型一种多目标实时遥测系统，包括设置在遥测目标上的遥测发射机和设置在数据接收端的遥测站；
所述遥测发射机内部设置有数据收发管理模块，所述数据收发管理模块连接有无线发射模块、无线接收模块，所述无线发射模块、无线接收模块通过双工器与发射天线相连，所述无线发射模块用于接收遥测接收站远程发送的遥测数据，所述数据收发管理模块还连接有通信接口模块；
所述遥测站内部设置有多通道遥测接收机和频谱感知管理设备；
所述多通道遥测接收机包括遥测阵列天线、多波束数字形成器、多通道基带以及相应的遥测数据接收模块，所述频谱感知管理设备内部设置有频谱管理模块，所述多波束数字形成器的输入端连接有遥测阵列天线，所述多波束数字形成器的输出端通过多通道基带与相应的遥测数据接收模块相连，所述遥测数据接收模块通过导线与遥测任务管理系统相连，所述遥测任务管理系统通过导线与频谱管理模块相连，所述频谱管理模块的输出端通过信号收发模块与通信天线相连。
所述遥测发射机具体包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器（1）以及相应的外围电路，所述壳体上设置有数据通信端口（2）和遥测信号收发天线（3），所述微控制器（1）外围的电路结构为：
所述微控制器（1）的信号输入端与数据通信端口（2）通过导线连接；
所述微控制器（1）的信号输出端通过导线分别与第一射频开关（4）、第二射频开关（5）的控制端相连，所述微控制器（1）通过导线与捷变收发器（6）双向连接，所述捷变收发器（6）通过导线分别与发射模块（7）、接收模块（8）相连；
所述发射模块（7）内部设置有第一带通滤波器（9）、第一功放模块（10）、低通滤波器（11），所述捷变收发器（6）的上变频模块通过第一带通滤波器（9）与第一射频开关（4）的控制端相连，所述第一射频开关（4）的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块（10）、低通滤波器（11）后与第二射频开关（5）的第一选择端相连；
所述接收模块（8）内部设置有第二带通滤波器（12）、混频器（13）、第二功放模块（14）、低噪声放大器（15）、第三带通滤波器（16），所述第二射频开关（5）的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器（16）、低噪声放大器（15）、第二功放模块（14）后与混频器（13）的输入端相连，所述混频器（13）的控制端与第一射频开关（4）的第二选择端相连，所述混频器（13）的输出端串接第二带通滤波器（12）后与捷变收发器（6）的下变频模块相连；
所述第二射频开关（5）的控制端通过导线与遥测信号收发天线（3）相连。
所述微控制器（1）具体为FPGA控制器，型号为Zynq7000；
所述第一带通滤波器（9）具体为射频滤波器，型号为KSD2250S100A；
所述第一功放模块（10）的型号为TQF7M9104；
所述低通滤波器（11）的型号为LFCN-2500+；
所述第一射频开关（4）、第二射频开关（5）的型号为HMC349AMS8G；
所述捷变收发器（6）的型号为AD9361；
所述第二带通滤波器（12）具体为中频滤波器，型号为KS432-9A；
所述混频器（13）具体为下变混频器，型号为LT5522；
所述第二功放模块（14）的型号为ERA-SM；
所述低噪声放大器（15）的型号为ADL5611ARKZ；
所述第三带通滤波器（16）具体为射频滤波器，型号为KSD2205-30A。
本实用新型提供的遥测发射机安装于多个遥测目标之上，对遥测目标上的被采集信号进行数据采集，将定位数据进行无线发射；
所述遥测站内部包含多通道遥测接收机，该接收机内部设置有遥测阵列天线、多波束数字形成器、多通道基带以及相应的遥测数据多通道接收模块，使其可以对多个遥测目标发射的遥测数据信号进行并行接收和处理；
所述频谱感知管理设备通过通信天线周期性发射对空域内是否有遥测发射机探测指令信号，所述区域内的遥测发射机在收到探测指令信号后回复该应答信号，并建立相互无线通信连接，实现对遥测过程的管理；
所述遥测接收机内置遥测任务管理系统，以软件的形式嵌入频谱感知管理设备中，具有与多通道遥测接收机通信的功能，由此获取频谱使用实时信息，并输出对遥测发射机进行管理控制的指令，具备对多通道遥测接收机各通道接收目标的频点、接收模式进行实时配置的功能；
所述频谱感知管理设备通过动态管理各个遥测发射机设备识别码、遥测发射频点、遥测链路质量、遥测工作模式，对特征参数进行调整；所述频谱感知管理设备具有将参与遥测任务的一般遥测发射机设备的识别码、遥测发射频点、遥测工作模式等特征参数以及允许使用的遥测频率资源进行人工录入频谱感知管理设备的功能；
所述遥测任务管理系统根据给定使用的频率资源和实时使用的频点与遥测使用带宽情况，动态配置遥测区域内发现的各个遥测发射机的频点，采样策略和遥测工作模式等参数，同时通过通信接口同步匹配多通道遥测接收机中接收通道，对停止的遥测数据信号取消接收通道配置，实现多目标遥测数据的动态接收管理。
所述频谱感知管理设备内置的遥测管理系统可以实现对多遥测目标进行实时管理和监控，从空中遥测目标的发现，空中遥测发射机工作参数的配置、再到调度地面遥测接收机实现遥测数据的接收，直到空中遥测目标消失，整个过程均在其控制和管理下完成。
所述遥测地面站可以对遥测空域内频谱资源使用状况进行探测，实时监测遥测空域内遥测频谱使用情况，所述遥测管理系统在分配遥测发射机工作点频时，优先使用频谱较为干净的频率资源，实现对干扰信号的主动规避。
本实用新型可以实现遥测数据的最优接收，遥测管理系统实时监控遥测接收站对遥测目标反馈信号的接收情况，根据其接收情况实现对遥测链路质量的实时监控，遥测管理系统根据遥测链路质量实时配置遥测发射机的工作模式，调整其码速率和频点，以实现对遥测数据的最优接收。
如图3所示，本实用新型提供的遥测信号发射机可采集多种协议信号，包括数字串行数据总线的数字信号和模拟信号，其中数字串行数据总线的数据端口支持RS422，CAN，ARINC429、PCM等协议端口，与传统发射机相比，输入信号种类更加丰富。
遥测信号发射机内部设置的控制器具体为可编程逻辑器件，该类型控制器可以完成采集控制编码和调制解调等数字信号处理工作，通过命令解析，底层接口驱动开发，数据处理、存储和读取，与计算机通过UART接口进行数据交换等功能。
在微控制器中，设置的管理控制模块负责遥测发射机上电后工作时序，在初始化和工作时序切换过程中将需要传递或更改的参数通过总线通知参数管理分配模块传递至各工作模块，如采样策略参数，配置遥测发射和接收频点，切换射频开关，调整输出功率（静默或全功率输出）等；所述管理控制模块通过接收外部设备输入的无线或者有线通信指令，解析并根据协议规定获取信息和应答外部设备；
所述管理控制模块的工作内容主要包括：通过总线通知参数分配模块更新或读取参数存储模块中的参数配置表，组成命令应答帧应答外部设备；当选择命令交互式信号采集时，通过总线与遥测数据输出模块交互，将采集数据组成应答帧输出；在无线通信的过程中，与流程管理模块配合进行无线通信过程中发射和接收频点，射频开关和调制信号选择的切换。
本实用新型采用的第一带通滤波器具体为射频滤波器，型号为KSD2250S100A，其通带频率范围为2200MHz~2300MHz，用于对发射信号进行滤波，限制带外谐杂波成分；
所述第一功放模块具体采用型号为TQF7M9104的功率放大器，用于将捷变收发器输出的小功率信号放大；
所述低通滤波器的型号为LFCN-2500+，用于滤除射频信号的谐波成分；
所述第一射频开关、第二射频开关的型号为HMC349AMS8G，用于切换射频信号到不同的信号通路；
所述捷变收发器的型号为AD9361，所述捷变收发器采用零中频架构解决软件无线电实现化方案，集成了射频前端，AD/DA，放大器，模拟和数字滤波器，频率合成器和混频器等模块，同时还集成了DC偏置校准，正交误差校准和自动增益控制AGC等数字系统功能，高度集成化有效减小遥测发射机的体积；
所述第二带通滤波器具体为中频滤波器，型号为KS432-9A，用于对混频后的中频信号进行滤波；
所述混频器具体为下变混频器，型号为LT5522，用于将射频信号转换为中频信号；
所述第二功放模块的型号为ERA-SM，用于将低噪声放大器输出的射频信号进一步放大；
所述低噪声放大器的型号为ADL5611ARKZ，用于放大天线后端，经过带通滤波器后的射频信号；
所述第三带通滤波器具体为射频滤波器，型号为KSD2205-30A，通带范围为2190MHz~2220MHz，用于滤除进入天线的带外信号。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种多目标实时遥测系统，其特征在于：包括设置在遥测目标上的遥测发射机和设置在数据接收端的遥测站；
所述遥测发射机内部设置有数据收发管理模块，所述数据收发管理模块连接有无线发射模块、无线接收模块，所述无线发射模块、无线接收模块通过双工器与发射天线相连，所述无线发射模块用于接收遥测接收站远程发送的遥测数据，所述数据收发管理模块还连接有通信接口模块；
所述遥测站内部设置有多通道遥测接收机和频谱感知管理设备；
所述多通道遥测接收机包括遥测阵列天线、多波束数字形成器、多通道基带以及相应的遥测数据接收模块，所述频谱感知管理设备内部设置有频谱管理模块，所述多波束数字形成器的输入端连接有遥测阵列天线，所述多波束数字形成器的输出端通过多通道基带与相应的遥测数据接收模块相连，所述遥测数据接收模块通过导线与遥测任务管理系统相连，所述遥测任务管理系统通过导线与频谱管理模块相连，所述频谱管理模块的输出端通过信号收发模块与通信天线相连。
2.根据权利要求1所述的一种多目标实时遥测系统，其特征在于：所述遥测发射机具体包括壳体与设置在壳体内部的控制电路板，所述控制电路板上集成有微控制器（1）以及相应的外围电路，所述壳体上设置有数据通信端口（2）和遥测信号收发天线（3），所述微控制器（1）外围的电路结构为：
所述微控制器（1）的信号输入端与数据通信端口（2）通过导线连接；
所述微控制器（1）的信号输出端通过导线分别与第一射频开关（4）、第二射频开关（5）的控制端相连，所述微控制器（1）通过导线与捷变收发器（6）双向连接，所述捷变收发器（6）通过导线分别与发射模块（7）、接收模块（8）相连；
所述发射模块（7）内部设置有第一带通滤波器（9）、第一功放模块（10）、低通滤波器（11），所述捷变收发器（6）的上变频模块通过第一带通滤波器（9）与第一射频开关（4）的控制端相连，所述第一射频开关（4）的第一选择端通过导线依次串接第一功放模块（10）、低通滤波器（11）后与第二射频开关（5）的第一选择端相连；
所述接收模块（8）内部设置有第二带通滤波器（12）、混频器（13）、第二功放模块（14）、低噪声放大器（15）、第三带通滤波器（16），所述第二射频开关（5）的第二选择端通过导线依次串接第三带通滤波器（16）、低噪声放大器（15）、第二功放模块（14）后与混频器（13）的输入端相连，所述混频器（13）的控制端与第一射频开关（4）的第二选择端相连，所述混频器（13）的输出端串接第二带通滤波器（12）后与捷变收发器（6）的下变频模块相连；
所述第二射频开关（5）的控制端通过导线与遥测信号收发天线（3）相连。
3.根据权利要求2所述的一种多目标实时遥测系统，其特征在于：所述微控制器（1）具体为FPGA控制器，型号为Zynq7000；
所述第一带通滤波器（9）具体为射频滤波器，型号为KSD2250S100A；
所述第一功放模块（10）的型号为TQF7M9104；
所述低通滤波器（11）的型号为LFCN-2500+；
所述第一射频开关（4）、第二射频开关（5）的型号为HMC349AMS8G；
所述捷变收发器（6）的型号为AD9361；
所述第二带通滤波器（12）具体为中频滤波器，型号为KS432-9A；
所述混频器（13）具体为下变混频器，型号为LT5522；
所述第二功放模块（14）的型号为ERA-SM；
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Cited By (2)
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| CN111245471A (zh) * | 2020-04-03 | 2020-06-05 | 山西科泰航天防务技术股份有限公司 | 一种多目标实时遥测方法及系统 |
| CN113114291A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-07-13 | 中国空空导弹研究院 | 一种可重构双通道数字接收机射频前端装置 |
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| CN111245471B (zh) * | 2020-04-03 | 2024-03-01 | 山西科泰航天防务技术股份有限公司 | 一种多目标实时遥测方法及系统 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A multi-target real-time telemetry system Effective date of registration: 20200927 Granted publication date: 20200626 Pledgee: Datong bank Limited by Share Ltd. Pledgor: KOTEL SPACEFLIGHT DEFENSE TECHNOLOGY Co.,Ltd. SHANXI Registration number: 2017140000018 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20231213 Granted publication date: 20200626 Pledgee: Datong bank Limited by Share Ltd. Pledgor: KOTEL SPACEFLIGHT DEFENSE TECHNOLOGY Co.,Ltd. SHANXI Registration number: 2017140000018 |
|
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of utility model: A multi-target real-time telemetry system Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20200626 Pledgee: Shanxi Bank Co.,Ltd. Datong Branch Pledgor: KOTEL SPACEFLIGHT DEFENSE TECHNOLOGY Co.,Ltd. SHANXI Registration number: Y2023140000068 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |