雷達數(shù)據(jù)通信研究
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摘要就我國目前飛機上裝載的通信電臺而言，海量數(shù)據(jù)的傳輸需要占據(jù)大量的傳輸帶寬，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)通信技術(shù)已經(jīng)難以滿足實際情況。而采用有源相控陣技術(shù)來對雷達數(shù)據(jù)進行傳輸和接收，既能有效充分發(fā)揮其天線高增益的特性，而且不需要重新增加天線，大大降低了成本的消耗。因此，本文提出了基于有源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信方案，有效解決了雷達接收機沒有同步電路所帶來的問題，值得大幅度推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞有源相控陣技術(shù)；雷達數(shù)據(jù)通信；系統(tǒng)框架
0引言
傳統(tǒng)飛機上裝載的通信，其傳輸速度非常慢，無法實現(xiàn)大容量的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)采集到大量數(shù)據(jù)后，目前現(xiàn)有的數(shù)據(jù)鏈很難把采集的數(shù)據(jù)及時傳輸?shù)降孛婵刂浦行模以谶M行任務(wù)交接過中，支援飛機也難以把相關(guān)文件保存下來。而有源相控陣技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，正好有效解決了這一問題。但在飛機上加裝有源相控陣天線，會增加應(yīng)用成本，而且還要解決天線的安放位置，而新裝的天線勢必會對其他天線造成不同程度的干擾，成人影響飛機飛行的阻力，而通過有源相控陣?yán)走_天線則可以順利解決此類問題。
1有源相控陣?yán)走_的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
整個系統(tǒng)由雷達天線、頻率源、控制部分、多通道接收機、信號/數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)共同組成，通過應(yīng)用此項系統(tǒng)可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時傳輸和處理。通常情況下，雷達數(shù)據(jù)的處理比較依賴于雷達多次信息采集，并通過發(fā)生信號和接收信號來實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的及時傳遞。
2有源相控陣?yán)走_天線的特點
2.1總發(fā)射信號功率比較高
就有源相控陣?yán)走_天線應(yīng)用實例表明，該系統(tǒng)在具體應(yīng)用過程中，通過電纜來代替雷達管道，因此，在具體應(yīng)用過程中，并不會受到預(yù)熱時間和脈沖的限制。而且該系統(tǒng)中的發(fā)射系統(tǒng)也比較靈活和便捷，大大提升了總發(fā)射信號功率，從而實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)和信息的及時傳輸[1]。
2.2可靠性比較高
由于固態(tài)電子期間的平均故障間隔時間遠遠比普通管子更長，因此相關(guān)構(gòu)件失效條件下的功能衰減量比較小，從而大幅度降低饋上功率的無故浪費?？纱蠓忍嵘l(fā)射機的輸出功率，進一步降低發(fā)射機對總功率的要求，從而達到節(jié)約電力資源的目的。
2.3改善發(fā)射天線的體積
在有源相控陣?yán)走_天線中，各個設(shè)備都在低電壓狀態(tài)下運行，也就不存在高壓擊穿問題，這一特性就決定了，雷達發(fā)射天線的體積比較小，從而更好的發(fā)揮有源相控陣技術(shù)應(yīng)有的價值和作用。
2.4可進一步簡化饋線系統(tǒng)
和無源相控陣技術(shù)相比，有源相控陣?yán)走_天線在具體應(yīng)用過程中，可大幅度簡化射頻系統(tǒng)的復(fù)雜性，從而促使雷達數(shù)據(jù)通信實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化運行，既能實現(xiàn)批量生產(chǎn)，還能有效降低通信成本。
3基于有源相控陣技術(shù)的雷達數(shù)據(jù)通信過程
3.1系統(tǒng)運行過程
整個有源相控陣?yán)走_系統(tǒng)在運行過程中，通信脈沖是實現(xiàn)雷達探測信息和數(shù)據(jù)技術(shù)傳輸?shù)闹刂兄兀鵀楦玫臐M足雷達接收機的應(yīng)用，實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的及時傳遞，就需要從根本上保證通信脈沖和雷達脈沖載波頻率的一致性。同時為最大限度實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的高速傳輸，則需要盡量提升信道的寬度，這一點也是其他通信電臺難以實現(xiàn)，因此，在有源相控陣?yán)走_系統(tǒng)的發(fā)送端，則需要添加其他設(shè)備來組成全新的通信電臺.A部分所代表的是系統(tǒng)的發(fā)送端，而B部分則表示接收端。橢圓虛線框架中則表示原來的通信電臺，矩形虛線則表示需要重新添加的部分。A部分中計算機的主要作用存儲雷達采樣設(shè)計，并對相關(guān)信號進行處理，當(dāng)信號處理完成后，再通過信號處理器來對數(shù)據(jù)進行封裝和編碼處理，并及時做出對脈沖的響應(yīng)。在此過程中，要先考慮新添加的天線，能否和通信電臺共用一根天線，而如果可以實現(xiàn)共用，則可通過射頻開關(guān)，把收發(fā)機直接連接到天線上。而如果不能實現(xiàn)共用，則要重新加裝天線，才能滿足基于有源相控陣技術(shù)的雷達數(shù)據(jù)通信的實際需求。而在B部分，信號處理器的主要功能：通信數(shù)據(jù)解調(diào)、信道解碼處理、對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密和解密，其主要作用是實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)和相關(guān)信息的傳輸。而R2和R3則表示雷達數(shù)據(jù)鏈，其主要目的是實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳遞。
3.2信號處理過程
基于有源相控陣技術(shù)的雷達數(shù)據(jù)通信的接收端信號處理，具體判斷方法有兩種，第一種判斷方法是通過系統(tǒng)運行振幅來合理判斷雷達采樣信號，到底是脈沖信號還噪聲信號，此種判斷方法的原理是：在雷達采樣中，噪聲信號所持續(xù)的時間，比脈沖信號運行時間略大。因此，在具體采樣時難免會收集到噪聲信號，但脈沖信號的振幅往往大于噪聲信號的幅度，通過幅度就可以判斷出雷達采樣得到是噪聲信號還是脈沖信號。除此之外，如果相位發(fā)生偏移，在可以通過功率補償?shù)姆椒▉磉M行全面彌補，通過頻率補償后雷達采集的信號，也可以分為兩大列，其一是奇數(shù)列，其二偶數(shù)列，任何一種方法都可以實現(xiàn)相位偏移進行處理；第二種判斷方法是通過校驗位進行全面判斷雷達采集數(shù)據(jù)的真實性，確保正確的數(shù)據(jù)可以順利存儲到緩沖器中，從而確保各種數(shù)據(jù)能順利傳輸。
3.3基于有源相控陣技術(shù)的雷達數(shù)據(jù)通信的改進方法
針對上述分析結(jié)合，在系統(tǒng)初步設(shè)計時，很多方面只是從最簡單的情況入手，為提升整體系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和性能，可通過下屬方法進行改進：第一，把簡單對停等協(xié)議改變?yōu)槁?lián)系A(chǔ)RQ協(xié)議也可以根據(jù)源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)運行的實際情況，重新選擇ARQ協(xié)議。應(yīng)用實例表明，原來的停等協(xié)議具有很強的局限性，很難滿足實際發(fā)展需求。比如：在停等協(xié)議條件下，設(shè)計脈沖并不是按照固定的脈沖進行重復(fù)發(fā)生，而且在具體應(yīng)用過程中，數(shù)據(jù)脈沖的間隔時間往往大于雷達脈沖的時間間隔。簡而言之，需要間隔幾個接收窗才能接收到一個數(shù)據(jù)脈沖。而如果采用ARQ協(xié)議，或者重新傳輸ARQ協(xié)議，則可以合理解決這一問題，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)脈沖通過固定的頻率進行發(fā)送[2]。傳輸頻率要就盡量和雷達脈沖的充分頻率相一致，大量應(yīng)用實例表明，通過此種運行方法，可促使每個接收窗都能單獨接收一個數(shù)據(jù)脈沖。但無論采用何種協(xié)議，需要合理保留脈沖觸發(fā)方法，否則數(shù)據(jù)脈沖就無法實現(xiàn)和接收窗的同步傳輸。第二，采用多進制方法進行調(diào)制，最常用的方法有兩種，一種是PSK法，也就是移相鍵控法；另一種是QAM法，也被稱之為多進制正交振幅調(diào)制。應(yīng)用實例表明，如果源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的符號率相同，通過PSK法和QAM法進行多進制調(diào)制，可大幅度提升雷達數(shù)據(jù)的傳輸速度和及時性。所謂正交振幅調(diào)制法指的是采用兩個比較獨立的基帶波形，實現(xiàn)兩個相互正交的同頻截波，實現(xiàn)對雙邊帶的調(diào)制。主要的調(diào)制原理是通過相應(yīng)的信號，實現(xiàn)對頻譜正交分析，通過此種方法，就可以實現(xiàn)兩個并行數(shù)據(jù)的及時傳輸。而就16QAM和16PSK這兩種調(diào)制方法的本質(zhì)特性而言，16QAM調(diào)制方法的抗噪聲性能遠遠在16PSK調(diào)制方法以上[3]。但在具體應(yīng)用過程中，PSK屬于相對比較單純的調(diào)制法，系統(tǒng)中進制數(shù)位越高，兩個信號之間的距離也就越近。其抗噪聲能力也就越低，在一定程度上限制了進制數(shù)。因此，通常情況下，最高不能超過16PKS調(diào)制，而QAM調(diào)制法結(jié)合了幅度和相位的優(yōu)勢，發(fā)展至今已經(jīng)達到256進制，因此，在具體應(yīng)用過程中，為有效提升數(shù)據(jù)使用率，在源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信中，最好采用256AQM就可以有效滿足實際需求[4]。第三，通過卷積碼或者RS碼對檢錯碼進行校驗，在檢錯碼時，除使用循環(huán)冗余進行檢驗之外，還可以采用卷積碼和RS碼節(jié)進行校驗。主要原因是卷積碼的譯碼主要采用維持比譯碼，此種譯碼屬于一種概率譯碼，為實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的合理傳輸和運行，則需要對接收到的一段數(shù)據(jù)進行全面計算和比較，以便找到一段最大相似的碼段，因此，在具體應(yīng)用中，源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)接收端的存在一定的延時性[5]。和卷積碼相比RS碼屬于一種前向糾錯碼，在具體應(yīng)用過程中，主要通過交織技術(shù)促使源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可同時進行多個錯誤數(shù)據(jù)的糾正。而在實際應(yīng)用過程中，交織技術(shù)也是比較常用的錯誤校驗技術(shù)，其校驗原理是通過非線性重新排列的方法，對雷達數(shù)據(jù)中存在的問題或者錯誤進行全面分析，以便確保雷達探測數(shù)據(jù)的真實性，為后期應(yīng)用提供便利條件，具有很高的糾錯能力。只要系統(tǒng)中還有一小部分沒有被破壞，則通過交織技術(shù)，就可以實現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)的全面恢復(fù)，但也具有一定的缺點，在交織操作時可能存在較大的時延，在一定程度上影響了雷達數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性【6】。
4結(jié)束語
綜上所述，本文結(jié)合理論實踐，研究了基于有源相控陣技術(shù)的雷達數(shù)據(jù)通信，得出以下幾點結(jié)論：（1）無源相控陣技術(shù)相比，有源相控陣技術(shù)在存儲雷達數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)确矫娼杂蟹浅Ｃ黠@優(yōu)勢。而且還具有高增益性和雷達系統(tǒng)高寬度的特點，從而有效解決目前數(shù)據(jù)鏈寬帶不足的問題。（2）傳統(tǒng)的雷達數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸距離只有150km，而在重傳率低于5%的前提下，即使最大的信息傳輸速率也只有1.7Mbps，很難滿足目前我國雷達數(shù)據(jù)通信的實際需求，而通過基于有源相控陣技術(shù)則能有效提升傳輸距離和傳輸速度。（3）通過有源相控陣?yán)走_數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，不但可以提升數(shù)據(jù)傳輸速度和傳輸距離，還能促使發(fā)射端以更低的功率來發(fā)射信號，還能達到節(jié)約能源和降低信號的被截獲率。
作者：張建立 王明娟 單位：91550部隊
