一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法与流程

本发明涉及射频转发接收技术领域，尤其涉及一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法。

背景技术：

当前，在某些特殊地形区域执行频谱监测任务，例如高楼林立的城市，山峦叠嶂的高原，通常会用到移动式的转发站。转发站一般基于无人机或系留气球等平台，这使得转发站具备升空优势，可以占据有利的位置，能接收到地面设备无法接收到的信号，然后转发至地面站供后续处理。对于较大型的平台，因其载荷能力强，对信号的接收处理可以直接在平台完成，然后将处理结果数据传回地面站。但很多应用场合下，例如一些规模较小的机动式频谱监测系统，采用的空中平台载荷能力不强，通常是将接收到的射频信号变频到高频段再经放大后传回地面站，由地面站接收后进行后续处理。这样的模式即为转发式接收，它的整个接收链路的接收动态范围不仅仅取决于空中接收设备的动态范围，还取决于地面站接收动态范围与转发信号到达地面站电平范围的匹配度。空基转发站转发的信号到达地面站的电平范围受两个方面因素影响比较大：一是传播距离，尤其是中近场距离不是很远的时候；二是受地形影响，如传播方向有遮挡，衰减将大大增加。虽然地面站接收前端设计自动增益控制(agc)可一定程度上改善接收性能，但agc主要适用窄带接收，在宽带情况下对接收性能的改善情况不佳，转发站发出的宽带信号到达地面站的信号电平范围与地面站接收动态范围匹配不好。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法，以解决目前转发站发出的宽带信号到达地面站的信号电平范围与地面站接收动态范围匹配不好的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法，包括以下步骤：

移动转发站启动转发时，通过基准源将射频基准信号发送给地面站；

地面站的处理模块根据前端放大器的各增益档位及地面站的接收链路总增益得出接收到的射频基准信号的电平值；

地面站的处理模块将接收到的射频基准信号的所述电平值与预先得到的前端放大器各增益档位下的接收动态范围逐一比较，并根据预定准则自动选定适配的增益档位；

基于地面站自动选定适配的所述增益档位，移动转发站与地面站间进行射频转发接收工作。

进一步地，所述通过基准源将射频基准信号发送给地面站包括：

移动转发站通过基准源在变频前的接收频段内选取与转发的射频信号相近或相同幅度的射频基准信号，经开关选通后变频并功率放大传送给地面站；或者，

移动转发站通过基准源在变频后的转发频段内选取与转发的射频信号相近或相同幅度的射频基准信号，经开关选通后功率放大传送给地面站。

进一步地，所述开关为二选一的选通开关，用于切换所述射频基准信号和移动转发站转发的射频信号。

进一步地，所述接收到的射频基准信号的电平值的计算过程如下：

地面站的处理模块根据前端放大器的各增益档位及接收链路的总增益计算出各次接收到的基准信号幅度值a1～an，对应增益值z1～zn；

将所述增益值与幅度值组合成一个数组m，各组员m1(z1,a1)～mn(zn,an)分别构成以增益值为横坐标，幅度值为纵坐标的点，采用分选算法先按纵坐标从大到小选取不少于4个点，求出它们纵坐标的平均值记为a^s，然后找出纵坐标与a^s差值较小的3个点，最后将这3个点的纵坐标求平均得到地面站接收到的射频基准信号幅度值a。

进一步地，所述前端放大器各增益档位下的接收动态范围由预先仿真并结合实际测试得出，每个增益档位下接收动态的上限值记为p1～pn。

进一步地，地面站的处理模块将接收到的射频基准信号的电平值a分别与所述各增益档位下接收动态的上限值p1～pn进行匹配，根据预定准则选取最优接受动态的上限值p,并自动选定所述最优接收动态的上限值相应的最适配的增益档位。

进一步地，所述根据预定准则选取最优接受动态的上限值p包括：所述最优接受动态的上限值p大于所述接收到的射频基准信号的电平值a，且p与a之间预留的余量由接收链路性能决定。

进一步地，所述移动转发站包括定点移动转发站和\或持续移动转发站；所述移动转发站与地面站间进行射频转发接收工作时，所述地面站根据移动转发站的点位变动或持续移动间隔时间进行增益档位调整。

进一步地，所述增益档位调整具体包括：

所述定点移动转发站每到达一个固定点位，地面站的显控模块通过手动模式重新调整一次增益档位；

所述持续移动转发站在持续移动过程中每间隔一定时间，地面站的显控模块通过自动模式重新调整一次增益档位；

其中，间隔时间的设置根据所述持续移动转发站与地面站的相对位置、相对距离以及所述持续移动转发站的移动速度进行调整。

进一步地，所述移动转发站内置的基准源进行小型化设计，包括：晶振和信号调理；或者，模拟锁相环和信号调理；或者，数字频率合成器dds和信号调理；或者，高速控制电路、存储器、数模转换器dac和信号调理；所述地面站包括前端放大器、处理模块和显控模块；其中，所述显控模块对所述增益档位的调整包括手动和自动模式。

本发明技术方案的方法简单易行，与目前仅依靠地面站接收前端agc自适应相比，具有以下优势：

1)该方法解决了agc模式下对宽带信号接收性能改善不佳的问题；

2)该方法实现过程简单，硬件资源改动不大，依靠软件功能扩展，即可实现对宽带转发接收的性能改善。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例的一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法流程图；

图2为本发明实施例的接收频段范围内适当幅值的射频基准信号的设计图；

图3为本发明实施例的转发频段范围内适当幅值的射频基准信号的设计图；

图4为本发明实施例的移动转发站与地面站间宽带信号转发接收的增益自适应流程图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的技术构思：针对采用宽带转发式接收时，移动转发站发出的宽带信号到达地面站的信号电平范围与地面站接收动态范围匹配不好，从而影响接收动态的情况，通过在移动转发站环节主动加入基准源信号，由地面站接收后自适应调节前端放大器的低噪放增益的方法，使得转发信号到达地面站的信号电平与地面站接收动态范围尽量适配，最终达到改善接收动态以优化射频信号转发接收的效果。

本发明的一个具体实施例，如图1所示，公开了一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法，包括以下步骤：

s1，移动转发站启动转发时，通过基准源将射频基准信号发送给地面站；

s2，地面站的处理模块根据前端放大器的各增益档位及地面站的接收链路总增益得出接收到的射频基准信号的电平值；

s3，地面站的处理模块将接收到的射频基准信号的所述电平值与预先得到的前端放大器各增益档位下的接收动态范围逐一比较，并根据预定准则自动选定适配的增益档位；

s4，基于地面站自动选定适配的所述增益档位，移动转发站与地面站间进行射频转发接收工作。

与现有技术相比，该技术方案针对宽带转发接收应用，使得移动转发站发出的宽带信号到达地面站的信号电平范围能与地面站接收动态范围尽量匹配，从而改善接收动态，提升频谱监测效能，在工程实现中具有现实意义。

本发明的一个具体实施例，如图2和图3所示，所述通过基准源将射频基准信号发送给地面站包括：

移动转发站通过基准源在变频前的接收频段内选取与转发的射频信号相近或相同幅度的射频基准信号，经开关选通后变频并功率放大传送给地面站；或者，

移动转发站通过基准源在变频后的转发频段内选取与转发的射频信号相近或相同幅度的射频基准信号，经开关选通后功率放大传送给地面站。

需要说明的是，采用转发式接收时转发站先将接收的信号变频至转发频段，然后经过功率放大后下传给地面站。常规的转发站其转发频率是固定的，带宽是固定的，转发信号功率也是定额的。可在以下两个环节选择其中之一进行射频基准信号设计：一是将基准源设置在转发站的变频器之前，如图2，选取一个接收频段范围内适当幅值的射频信号，由2选1开关选通后将选取的射频信号经变频放大再传给地面站，其中，射频信号变频后由接收频段变为转发频段；二是将基准源设置在转发站变频器之后功率放大器之前，如图3，选取一个转发频段范围内适当幅值的射频信号，由2选1开关选通后将选取的射频信号经放大再传给地面站。

本发明的一个具体实施例，如图2和图3所示，所述开关为二选一的选通开关，用于切换所述射频基准信号和移动转发站转发的射频信号。

也就是说，在移动转发站环节主动加入基准源及选通开关设计出射频基准信号。

本发明的一个具体实施例，所述接收到的射频基准信号的电平值的计算过程如下：

地面站的处理模块根据前端放大器的各增益档位及接收链路的总增益计算出各次接收到的基准信号幅度值a1～an，对应增益值z1～zn；

具体地，地面站处理软件按各增益档位下地面站的整个接收链路的总增益反算出地面站各次接收到的射频基准信号幅度值，记为a1～an，其对应的增益为z1～zn，包括以下步骤：

s1，预先标定固定增益在特定增益档位zx，并在输入动态范围内选择信号源信号幅度ax，处理模块获得信号幅值为ax；

s2，根据固定增益下的特定增益档位zx及获得的信号幅值ax计算出特定增益档位的换算系数tx，公式如下：tx＝ax-ax；

s3，根据特定增益档位的换算系数tx、其他增益档位zy及特定增益档位zx按照如下公式计算出其他增益档位的换算系数ty，公式如下：ty＝tx+(zy-zx)；

s4，根据其他增益档位下处理模块获得的信号幅值ax和相应增益档位的换算系数ty计算出信号源信号幅度，公式如下：ay＝ay-ty；也即，得到地面站天线入口接收到的射频基准信号幅度值。

反算出到达地面站天线入口的射频基准信号幅度值的过程具体举例如下：

预先采用标定法对地面接收设备在某一固定链路增益下输入与输出换算系数t进行测试；固定增益可先选择在某一增益档位(zx)下；信号从天线后端接入(用信号源的信号作为输入信号)；信号源信号幅度选择在输入动态范围内的某个值ax。

如信号源输出信号幅度ax设置在-80dbm，zx＝40db，若此时后端处理模块算得的信号大小ax为40，可计算得到该档位下换算系数为tx＝ax-ax＝40-(-80)＝120；

那么在其他增益档位(zy)下的换算系数ty＝120+(zy-zx)

例如：在增益档位(zy＝50db)下后端处理模块算得信号大小ay为50，已知原zx＝40db，

那么ty＝120+(zy-zx)＝130，此时可算得ay＝ay-ty＝50-130＝-80dbm。

继续加大增益档位(zy＝55db)下后端处理模块算得信号大小ay为55，已知原zx＝40db，

那么ty＝120+(zy-zx)＝135，此时可算得ay＝ay-ty＝55-135＝-80dbm。

若继续加大增益档位(zy＝60db)下后端处理模块算得信号大小ay为57，已知原zx＝40db，那么ty＝120+(zy-zx)＝140，此时可算得ay＝ay-ty＝57-140＝-83dbm，此时虽然前端输入信号依然为-80dbm，但因为链路已造成信号失真，最终算得的信号偏小；其中，x,y取值为1～n。

将所述增益值与幅度值组合成一个数组m，各组员m1(z1,a1)～mn(zn,an)分别构成以增益值为横坐标和幅度值为纵坐标的点，也即，将每一对增益值与幅度值组合成一个数组m，可假设这个数组的每个组员是以增益值为横坐标，幅度值为纵坐标的图上的点。采用分选算法先按纵坐标从大到小选取不少于4个点，求出它们纵坐标的平均值记为a^s，然后找出纵坐标与a^s差值较小的3个点，最后将这3个点的纵坐标求平均得到地面站接收到的射频基准信号幅度值a。

需要说明的是，地面站依据地面接收链路增益情况，由地面处理软件计算转发站过来的射频基准信号的电平值。为了使得计算的信号电平值尽可能接近转发信号进入地面站接收前端时的实际电平值，地面站的前端放大环节设计成多档可选，依次选择增益档位，由相应的链路增益计算到达接收前端的转发信号电平值，再由算法分选计算得出最真实的信号电平值。

本发明的一个具体实施例，所述前端放大器各增益档位下的接收动态范围由预先仿真并结合实际测试得出，每个增益档位下接收动态的上限值记为p1～pn。

也就是说，地面站的接收链路在各增益档位下的接收动态可由预先仿真并结合实际测试得出，每个增益档位下接收动态的上限分别记为p1～pn。

本发明的一个具体实施例，地面站的处理模块将接收到的射频基准信号的电平值a分别与所述各增益档位下接收动态的上限值p1～pn进行匹配，根据预定准则选取最优接受动态的上限值p,并自动选定所述最优接收动态的上限值相应的最适配的增益档位。

需要说明的是，地面站接收链路预先按各增益档位通过仿真计算并结合实际测试得出每种增益档位下的输入动态范围，将地面处理软件计算的转发站过来的射频基准信号的电平值与各个档位下的输入动态范围逐一比较，即将地面站接收到的射频基准信号幅度值a分别与p1～pn进行匹配，由相应的约束规则进行判定后自动选定最适配的增益档位。

本发明的一个具体实施例，所述根据预定准则选取最优接受动态的上限值p包括：所述最优接受动态的上限值p大于所述接收到的射频基准信号的电平值a，且p与a之间预留的余量由接收链路性能决定。

具体地，p的选取准则为p略大于a，p与a之间留的余量主要由地面站的接收链路性能决定，一般选2～3db，若差距都大于3db时，选择最接近于a的p。

本发明的一个具体实施例，所述移动转发站包括定点移动转发站和\或持续移动转发站；所述移动转发站与地面站间进行射频转发接收工作时，所述地面站根据移动转发站的点位变动或持续移动间隔时间进行增益档位调整。

需要说明的是，增益档位调整的自适应策略主要解决在不同使用场景下什么时候该进行一次接收增益自适应调整。

本发明的一个具体实施例，所述增益档位调整具体包括：

所述定点移动转发站每到达一个固定点位，地面站的显控模块通过手动模式重新调整一次增益档位；

所述持续移动转发站在持续移动过程中每间隔一定时间，地面站的显控模块通过自动模式重新调整一次增益档位；

其中，间隔时间的设置根据所述持续移动转发站与地面站的相对位置、相对距离以及所述持续移动转发站的移动速度进行调整。

具体来说，地面站显控软件对于接收增益的自适应可设计手动与自动两种工作模式。如移动式转发站是每到达一个固定点位后滞空开展转发工作，可选择手动模式，在移动转发站每次到达点位后先手动开展一次增益自适应调整，然后进行射频转发接收工作。如移动式转发站是在持续移动过程中开展转发工作，可选择自动模式，每隔一定的时间自动开展一次增益自适应调整。间隔时间可设置，根据转发站与地面站相对位置、相对距离、转发站的移动速度等进行调整，然后进行射频转发接收工作。间隔时间参数根据所述持续移动转发站与地面站间的地形遮挡情况、相对距离以及所述持续移动转发站的移动速度等因素由地面操作人员每隔一段时间进行评估并调整。

本发明的一个具体实施例，所述移动转发站内置的基准源进行小型化设计，包括：晶振和信号调理；或者，模拟锁相环和信号调理；或者，数字频率合成器dds和信号调理；或者，高速控制电路、存储器、数模转换器dac和信号调理；

具体来说，小型化的实现方法为以下四种中的任一方式：

a)对于频率固定，且是常用频率的，可采用晶振+信号调理(主要作用为增益调节、滤波)的方式实现；

b)采用模拟锁相环+信号调理的方式实现，该方式能支持频率可变；

c)采用直接数字频率合成器(dds)+信号调理的方式实现,该方式能支持频率可变；

d)采用高速控制电路+存储器+数模转换器(dac)+信号调理的方式实现，该方式能支持频率可变。

如图2所示，基准源放置于变频器之前(作为中继转发的接收信号频率)，一般接收频率范围较宽，所以基准源频率可变最好(可以随意选择信号频率)，但频率不可变时只要这个频率处于接收频率范围内即可；如图3所示，基准源放置于变频器之后(作为中继转发的发射信号频率)，一般发射频率固定，但其也有一定带宽范围，选频率固定或可变都可以，且发射频率通常频率较高，直接选用晶振很难选到合适的，此时选用方式b)最合适，一般来说该方式可产生的频率最高且支持可变需求。

所述地面站包括前端放大器、处理模块和显控模块；其中，所述显控模块对所述增益档位的调整包括手动和自动模式。

如图4所示移动转发站与地面站间宽带信号转发接收的增益自适应流程。移动转发站启动流程并设置基准源，地面站计算出接收到的射频基准信号的幅度值，通过增益自适应与各个增益档位下的输入动态范围逐一比较，由相应的约束规则进行判定后自动选定最适配的增益档位，移动转发站开始执行转发工作，在工作过程中根据移动转发站的点位变动或持续移动间隔不断地判断是否再次启动自适应，是则暂停转发工作，否则继续转发工作。

综上所述，本发明公开了一种移动转发站与地面站间射频转发接收方法，包括以下步骤：移动转发站启动转发时，通过基准源将射频基准信号发送给地面站；地面站的处理模块根据前端放大器的各增益档位及地面站的接收链路总增益得出接收到的射频基准信号的电平值；地面站的处理模块将接收到的射频基准信号的所述电平值与预先得到的前端放大器各增益档位下的接收动态范围逐一比较，并根据预定准则自动选定适配的增益档位；基于地面站自动选定适配的所述增益档位，移动转发站与地面站间进行射频转发接收工作。本发明的技术方案针对宽带转发接收应用，使得移动转发站发出的宽带信号到达地面站的信号电平范围能与地面站接收动态范围尽量匹配，从而改善接收动态，提升频谱监测效能，在工程实现中具有现实意义。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例中方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。