[發明專利]直升機載雷達數據鏈一體化綜合射頻設計方法

在審

• 申請號: 201610993327.2
• 申請日: 2016-11-11
• 公開（公告）號: CN106597385A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 唐堯;杜自成;張明;段芳芳;景雄
• 申請（專利權）人: 西安電子工程研究所
• 主分類號: G01S7/28
• 分類號: G01S7/28
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 劉新瓊

1.一種直升機載雷達數據鏈一體化綜合射頻設計方法，其特征在于步驟如下：

步驟1：依據雷達天線和射頻前端指標及數據率與通信距離的要求進行鏈路預算確定信號及信道編碼方式：

根據式1.1計算接收機靈敏度P_rmin：

$P_{rmin}=\frac{P_T\·G_T\·G_R\·{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^2\·L\·R^2}---\left(1.1\right)$

其中，P_T為發射機功率，G_R、G_T為收發天線增益，λ為電磁波波長，L為系統損耗，R為要求的通信距離；

根據式1.2選擇信號及信道編碼方式

E_b/N₀＝P_rmin+114-NF-10logR_b (1.2)

其中，NF為接收機噪聲系數，R_b為數據鏈的比特率，單位為Mbps，由求得的E_b/N₀通過查誤碼表選擇波形；E_b為比特能量，N₀為噪聲功率譜密度；

步驟2：直升機與地面站進行通信“握手”，并根據地面站的指示進行時間對準及當前通信周期確立：

2a)直升機端采用步驟1的波形發送數據鏈建立請求，并等待地面站回復；

2b)直升機端發送數據鏈建立請求后的T_max時段內，若收到地面站的回復則執行步驟2c)，否則再次轉入步驟2a)；

2c)直升機端通過收到的由地面站發來的握手報文來確認由地面站指明的當前數據鏈交互周期T_round；

2d)自第一次握手以后，直升機和地面站開始正常數據交互；通信順序為：首先由地面站發送本站的運動狀態信息及上行數據，并指定交互周期T_round及直升機允許發送的最長數據包長PAC_MAX；直升機收到地面站的上傳信息后，開始下發數據給地面站，若數據包時長大于PAC_MAX或需要延長占用信道下發數據，則需在本數據包包尾添加延長占用時隙請示，得到地面站回復同意其延長占用信道后方可繼續發送信息；延長數據包發送完成后，由地面站再次指定當前交互周期T_round及直升機允許發送的最長數據包長PAC_MAX；

若直升機在預定時隙內沒有收到地面戰的信息，需以T_round為周期監聽地面站發送信息直至通信恢復；若經過M個周期后，直升機仍沒有收到地面站的信息，則需要重新進行數據鏈建立請求即轉入步驟2a)；

步驟3：根據當前通信周期信息確立雷達數據鏈復合時序：

比較每個周期能夠安排的波位數M＝floor(T_radar/T_cpi)與雷達一次全方位掃描的總波位數N的大小，若M<N，則在T_radar時隙內無法進行全波位的掃描，而需要在下一個T_radar到來時補充上次沒有掃描完的波位；其中，T_radar為雷達時隙，T_cpi為波位駐留時間，floor為向下取整符號；

步驟4：數據鏈通信時隙，直升機平臺根據慣導及GPS信息進行波束對準，實現直升機平臺和地面站的有效通信：

4a)通過GPS及慣導設備獲取直升機的坐標信息：經度L_r、緯度B_r、高度H_r和載機的姿態信息：橫滾角α、縱搖角β、偏航角γ；并通過直升機與地面站的握手信息獲取地面站的當前的坐標信息。

4b)將直升機及地面站的經度、緯度、高度信息轉換為直角坐標信息，轉換公式如下：

式1.4中，N為卯酉圈曲率半徑，e為第一偏心率，a＝6378137m，b＝6356752m；B為緯度，L為經度；

求出直升機和地面站的直角坐標位置后，可根據式1.5計算地面站相對于直升機平臺的NED坐標位置：

${(X_{rt},Y_{rt},Z_{rt})}^T=\left[\begin{array}{ccc}-\sin B_r\cos L_r& -\sin B_r\sin L_r& \cos B_r\\ -\sin L_r& \cos L_r& 0\\ -\cos B_r\cos L_r& -\cos B_r\sin L_r& -\sin B_r\end{array}\right]{(\mathrm{\&Delta;}X,\mathrm{\&Delta;}Y,\mathrm{\&Delta;}Z)}^T---\left(1.5\right)$

式1.5中，ΔX、ΔY、ΔZ分別為載機直角坐標減去地面站直角坐標的數值，X_rt、Y_rt、Z_rt分別為地面站相對于直升機平臺NED坐標下的位置；此時還需要引入慣導信息計算地面站相對于機身坐標的相對位置：

$C=\left[\begin{array}{ccc}\cos \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}& -\sin \mathrm{\&beta;}\\ \sin \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}-\cos \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&gamma;}& \sin \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}+\cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&gamma;}& \sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&beta;}\\ \cos \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\cos \mathrm{\&gamma;}+\sin \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\sin \mathrm{\&beta;}\sin \mathrm{\&gamma;}-\sin \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&gamma;}& \cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&beta;}\end{array}\right]---\left(1.6\right)$

(X,Y,Z)^T＝C(X_rt,Y_rt,Z_rt)^T (1.7)

由式1.6可構造轉換矩陣C，通過式1.7可計算出地面站相對于機身坐標的相對位置；

$\left\{\begin{array}{c}R={(X^2+Y^2+Z^2)}^{1/2}\\ \mathrm{\&theta;}=arctan(Y/X)\\ \mathrm{\&phi;}=-Z/{(X^2+Y^2)}^{1/2}\end{array}\right.---\left(1.8\right)$

最后通過式1.8可計算出，地面站相對于載機的距離R、方位角θ和俯仰角即可將直升機平臺的波束對準地面站。