一种机载相控阵遥测天线模拟方法与流程

本发明属于机载相控阵遥测，涉及一种机载相控阵遥测天线模拟方法。

背景技术：

1、机载遥测系统，由于安装平台的升高，能有效克服地球曲率带来的低空、超低空飞行目标视距短、易遮挡问题，且飞机平台的高机动自然属性，可作为大范围、长航区试验的重要补盲手段，因而被国内外作为重要测量手段广泛用于低空飞行器的遥测试验当中。

2、由于遥测的试验对象(下文简称目标)采用低空/超低空飞行，在300公里以上远距离遥测时，接收波束擦地角过小，发生严重的多径传播现象，导致接收遥测信号功率起伏大，遥测链路不稳定，甚至无法解调。此外，由于现有部分地面电子装备，辐射出大功率信号，且频段与遥测频段接近，甚至直接位于遥测带内，又或者其谐波位于遥测频段内，因此，不同于地面遥测系统可利用地形遮挡进行干扰抑制，对于升高后的机载遥测系统，随时可能被某些设备照射而受扰性能下降甚至无法工作，须采用一定的干扰抑制方法来确保系统正常工作。

3、机载相控阵遥测天线，由于受约束于飞机气动外形，一般天线采用矩形切割阵，天线罩为非均匀罩，并且由于机翼反射，方向图有一定变形，尤其是下视部分的副瓣增益，与理论模型差别较大。在某些情形，如近距大俯仰角，或者副瓣跟踪目标时，直接采用简单的理论模型会与实际场景存在较大差异。

4、构建仿真系统，对试验环境中的复杂地理和电磁干扰影响进行精细化仿真与分析，可以有力地支撑任务预案制定：规划合理的载机航路、遥测频率、遥测带宽，采用的抗干扰方式以及多个机载遥测系统的相互协同方式及时机等。

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种机载相控阵遥测天线模拟方法，解决的技术问题在于如何实现精细化模拟机载遥测系统的相控阵天线，接收多个通道的射频模拟信号，输出合成的数字化遥测iq信号至遥测基带。

3、技术方案

4、一种机载相控阵遥测天线模拟方法，其特征在于仿真系统包括导调单元、波束调度单元、方向图计算单元、射频接收单元和波束形成单元，模拟步骤如下：

5、步骤1：导调单元通过网络下发基本工作参数至波束调度单元，波束调度单元将基本工作参数按时序发送至方向图计算单元，同时根据工作频率读取预存的该频率的单元级实测天线方向图数据，并将其发送至方向图计算单元；

6、所述基本工作参数包括各目标位置、各干扰指向、各多径信号指向(均为机体坐标系下)，产生包含各波束指向、工作频率、工作带宽、干扰强度及指向(阵面坐标系下)在内的波束控制字；

7、步骤2：方向图计算单元实时在线计算各波束中目标以及干扰的增益，得到各波束加权系数送波束形成单元；

8、所述水平极化波束加权系数：

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10、所述垂直极化波束加权系数：

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12、式中：n为天线阵面水平极化/垂直极化单元数，n＝1，…，d为目标/多径信号/干扰标号，m＝1，2，3表示和、差、差波束，为存入ddr中所有类的单元方向图的水平单元、垂直单元振子增益；为波束加权，和波束时都取为1，差波束时一半阵面为1、另一半为-1，满足和差测角要求；dk,x为第k个单元离阵面中心的方位距离；dk,y为第k个单元离阵面中心的俯仰距离；为遥测基带发送的波控指向方位、俯仰角(阵面坐标系下)；为导调单元发送的第n个目标/多径信号/干扰真实方位、俯仰角(阵面坐标系下)；ρ为水平天线单元与目标在天线阵面平面内投影的极化夹角；

13、步骤3：波束形成单元根据波束加权系数计算得到模拟的水平极化、垂直极化合成信号：

14、

15、

16、式中：sn(ti)为射频接收单元在ti时刻对第n个目标/多径信号/干扰数字化后的iq信号。

17、所述单元级实测天线方向图数据的获取是：在微波暗室内对天线进行接收波瓣测试，获取每个单元的方向图数据，进而按照各天线单元方向图的相似性，分成一定类别数，将各类天线单元方向图存储在波束调度单元硬盘中。

18、所述波束调度模块根据仿真所涉及的所有频率，读取对应的所有频点、所有类别的方向图完整数据，一次性加载到其ddr中，每次发送波束控制字之前，从方向图数据中挑选出所有类别、相应频点、相应目标/干扰/多径信号方位和俯仰角度的单元增益值，送方向图计算单元。

19、所述方向图计算单元，按方向图类别分布矩阵，将接收到的所有类的单元增益值，恢复成全阵面所有单元的增益值，从而计算得到全阵面合成增益。

20、所述射频接收单元包含可配置的16个通道，可输出16路iq信号至后端波束形成单元，通过波束形成单元配置调整不同数字加权系数的方法，可对应到目标、多径、干扰三种信号的不同数量配比关系，从而模拟单/多目标、单/多干扰以及多径数量不同的任务场景。

21、有益效果

22、本发明提出的一种机载相控阵遥测天线模拟方法，属于机载相控阵遥测技术领域，所述方法包括依据导调下发的工作频率，目标、多径、干扰以及载机平台的惯导数据，从预先存储的实测单元级方向图中实时加载各天线单元对各路信号的加权系数，最终合成全阵面的加权系数；所述目标、干扰、多径的信号是由电磁传播模拟系统调制了基带信号而形成的多路射频模拟信号；所述多路射频模拟信号由本发明的射频接收单元采集数字化并滤波。数字化后的多路射频信号经由实时计算的方向图加权系数运算，最终形成多目标多波束输出至遥测基带。本发明基于实测的单元级相控阵天线方向图实时在线计算阵面方向图来实现目标、多径、干扰的信号幅相控制，完成了各路信号的幅相精确控制；基于高度还原的数字iq波束，能很好地支撑装备训练以及复杂地理和电磁环境下的性能评估，以及机载遥测系统抗干扰手段研究与验证。

23、本发明的优点在于：

24、1、模拟还原度高、实时性好。本发明基于实测的单元级相控阵天线方向图，在导调单元实时下发场景的驱动下，采用高性能计算平台实时在线计算阵面方向图来实现目标与干扰、多径信号的幅度控制，完成了目标、干扰、多径信号仿真的幅相精确控制，与传统建模仿真方法相比，充分考虑了机载天线方向图的不均匀对称性，还原度更高，更能适应机载平台的复杂性。

25、2、外部接口通用性好。本发明采用了模拟射频接口以及千兆网络两种外部接口，场景参数及波束控制命令、状态数据等均采用千兆网、udp协议传输。包含复杂调制信息的目标、多径、干扰等信号，采用通用的射频模拟信号传输，避免了数字信号传输中协议格式、光纤速率等定制性高的方式而带来的大量联试工作。

26、3、场景适应度高。本发明采用16通道射频接收单元，可输出16路iq信号至后端波束形成单元，波束形成单元可通过调整数字加权的方式，对应到目标、多径、干扰三种信号的数量配比关系，从而适应单/多目标、单/多干扰以及多径数量不同的任务场景。另外，所述射频接收单元，还可通过控制、调整其数字滤波器而适应不同的工作频率，具有适应宽带射频的能力。

27、4、扩展升级性好。由于涉及外部对接的波束控制单元以及复杂算法模型的方向图计算单元采用通用和开发性好的x86、powerpc平台，涉及高速率通信和计算的部分采用成熟模块化的fpga，因此本发明所述的模拟系统具有开发速度快，平台性能强、扩展升级好的优点。

28、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。