多波束实现ads-b in的方法
【技术领域】
[0001 ]本发明设及一种数字多波束实现ADS-B IN的方法。
【背景技术】
[0002] 采用单独的ADS-B IN天线，有一套单独的处理系统是实现ADS-B IN的传统方法， 且此类实现方式均为模拟方式，即作用距离等关键指标在处理系统的射频前端就已确定， 相比于本发明，缺少灵活性，且有一套复杂的硬件系统。
[0003] 本发明是基于数字阵二次雷达系统，在实现二次雷达功能的同时，采用数字多波 束的方式集成实现ADS-B IN，由于实现为数字多波束方式，采用后端数字信号处理，可根据 作用距离等指标要求灵活调整多波束的个数，且整个实现过程没有增加天线和处理系统等 硬件，可大大节约成本，减少系统的复杂度，对数字阵体制的二次雷达实现ADS-B IN功能具 有一定的借鉴作用。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术的缺点，本发明提供了一种数字多波束实现ADS-B IN的方法， 针对数字阵二次雷达系统，采用数字多波束、后端数字信号处理实现ADS-B IN的功能。
[0005] 本发明所采用的技术方案是:一种多波束实现ADS-B IN的方法，包括ADS-B IN天 线仿真分析模块、ADS-B IN数据处理模块和ADS-B IN译码模块;其中:ADS-B IN天线仿真分 析模块确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数;ADS-B IN数 据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换;ADS-B I的幸码模块将对数数据进行ADS-B I的幸码处理，得到ADS-B IN的目标经缔度信息。
[0006] 与现有技术相比，本发明的积极效果是：
[0007] 数字阵二次雷达系统采用分布式数字T/R组件设计，多通道天线阵子收发，可灵活 形成数字波束，对于ADS-B IN的功能，在不增加硬件的条件下，通过天线仿真分析，针对各 种ADS-B IN的指标要求，可灵活形成各种增益的波束来达到指标要求，并通过数据处理和 译码，将ADS-B IN的目标经缔度信息输出。
【附图说明】
[000引本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
[0009] 图1是本发明的流程图；
[0010] 图2为数字阵二次雷达系统示意图；
[0011] 图3是天线仿真分析图。
【具体实施方式】
[001^ -种多波束实现ADS-B IN的方法，如图1所示，包括如下内容：
[0013] ADS-B IN天线仿真分析模块、ADS-B IN数据处理模块、ADS-B IN译码模块。ADS-B IN天线仿真分析模块通过对ADS-B I州生能的分析，确定天线增益，给出天线的平顶波束宽 度和数量，确定对应的加权系数;ADS-B IN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成 最终的IQ数据，求模并进行对数转换;ADS-B IN译码模块将对数数据进行ADS-B IN数据格 式分析并译码给出ADS-B IN的目标经缔度信息。
[0014] 本发明的技术构成条件是基于数字T/R组件的数字阵二次雷达系统，数字阵二次 雷达的系统构成示意图如2所示，主要由天线阵列、数字T/R组件、波束处理模块、本振模块、 计算机等构成。
[0015] 本发明首先根据作用距离指标确定数字多波束的个数W及形成对应数字多波束 的权值，确定权值后，具体实现ADS-B IN的功能，其中包括数字T/R组件将天线阵列接收的 ADS-B射频信号下变频得到基带I/Q数据后，通过光纤传给波束处理模块，波束处理模块完 成数字多波束的形成W及ADS-B IN数据的解析，形成ADS-B的航迹并传给计算机显示。
[0016] 根据二次雷达的距离作用公式
，其中RRmax为最大应答距离， P/R为发射机脉冲功率，Pmin为接收机的灵敏度，λκ为射频信号波长，Gr为接收天线增益，P/R 为发射天线增益，L为接收馈线损耗，1/为发射馈线损耗。本发明针对的其它参数不变的情 况下，根据数字阵的特点可灵活改变Gr，来实现要求的最大作用距离。
[0017] 下面W本发明的具体应用为例说明实现方法，具体指标的变化实现方法基本一 致。本发明具体应用ADS-B IN的作用距离为300公里，根据作用距离公式，在系统其它指标 确定的情况下，确定Gr为10地，天线阵列形成全向波束的特点是波束宽度越窄，增益越大， 本发明在特定天线阵列情况下要形成超过10地增益的波束只能采用40°宽度的波束，本发 明要求覆盖120%因此需要3个40°宽度的波束才能满足要求，天线仿真分析图如图3所示， 在仿真分析图可W看到，从左到右形成了3个40°宽度的波束覆盖-60°到60°范围，即120°波 束宽度，其中最小的波束增益均大于10地。
[0018] 形成了3个40°宽度的波束后，可W形成对应的数字多波束权值，将此权值X= [Xi， X2，...Xm]，Xm = Xmi+jXmq，Y=[Yl，Y2，...Ym]，Ym = Ymi+jYmq，Z=口l，Z2，...Zm]，Zm = Zmi+jZmq，（其 中Χ、Υ、Ζ分别对应3个40°宽度的波束，下标m对应于天线阵子的位置，下标i、q分别对应加权 值在X轴和Y轴的映射，j表示复数的虚部)放在波束处理模块中存储。
[0019] 在本发明的实际应用中，设阵面有m个天线阵子，天线阵子接收到的m路射频信号， 由于系统为数字阵二次雷达，数字T/R组件不进行其它处理，将处理环节保留在后端模块 中，只将天线阵子接收到的射频信号转换成基带信号为W=[Wl，W2，-，Wm]，Wm = Wmi + jWmq(Wmi 和W"q分别表示第m个天线阵子接收到的射频信号转换成基带信号后在X轴和Y轴的映射，j表 示复数的虚部），在波束处理模块中存有形成数字多波束的多路权值，在波束处理模块中空 域滤波加权合成后的输出信号为化=W*XH = Wl*Xl+^巧2+…+Wm林m，同理此=Wl*Yl+W2*Y2+··· +Wm*Ym，曲=Wl*Zl+W2枯+···+Wm*Zm，将此3路信号经过取模和对数运算，最终形成3路数据输 入到ADS-B IN译码模块。
[0020] 在ADS-B IN译码模块中，接收到取模和对数运算后的3路数据后，分别将3路数据 进行译码处理，分为W下处理步骤：
[0021] 首先对信号进行限幅处理，把绝大部分非ADS-B IN的噪声信号去除，W减少数据 运算量。
[0022] 第二步把限幅处理后的数据进行6db上升沿处理，只有在时间轴上的相邻数据点 的变化率超过6化时，才认为此数据为上升沿。
[0023] 第Ξ是将判定为上升沿的数据进行反窄处理，只有此数据的宽度超过一定时间 (通常为0.3US)时，才将此数据输出。
[0024] 经过上述Ξ个步骤的处理后，再将数据与ADS-B IN的数据格式对比分析，将其中 满足数据格式的信息译码输出。
【主权项】
1. 一种多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于：包括ADS-B IN天线仿真分析模块、 ADS-B IN数据处理模块和ADS-B IN译码模块;其中：ADS-B IN天线仿真分析模块确定天线 增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数;ADS-B IN数据处理模块将接 收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换;ADS-B IN译码模块将对 数数据进行ADS-B IN译码处理，得到ADS-B IN的目标经炜度信息。2. 根据权利要求1所述的多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于:所述天线增益包括接收天线增益Gr和发射天线增益Vr，二者满足如下公式 库中，RRmax为 最大应答距离，Ρ?发射机脉冲功率，Pmin为接收机的灵戰皮，ArT^了频彳目专股;长，L为接收 馈线损耗，1/为发射馈线损耗。3. 根据权利要求1所述的多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于:所述ADS-B IN数据 处理模块加权合成最终的 IQ数据为:Hi=W*XH=Wi*Xi+W2*X2+…+Wm*Xm，H2 = W*YH=Wi*Yi+W2* Y2+...+Wm*Ym，H3=W*ZH = Wl*Zl+W2*Z2+…+Wm*Zm，其中：X=[Xl，X2，...Xm]，Xm = Xmi+jXmq，Y=[Yl， Y2，…Ym]，Ym = Ymi+jYmq，Z=[Z1，Z2，···Zm]，Zm=Z mi+jZmq，X、Y、Z分别对应3个40°宽度的波束， 下标m对应于天线阵子的位置，下标i、q分别对应加权值在X轴和Y轴的映射;基带信号W = [Wi，W2,jWmq，Wmi和Wmq分别表示第m个天线阵子接收到的射频信号转换成基带 信号后在X轴和Y轴的映射;j表示复数的虚部。4. 根据权利要求1所述的多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于:所述译码处理包括 如下步骤： 首先对信号进行限幅处理，去除非ADS-B IN的噪声信号； 第二步、对限幅处理后的数据进行6db上升沿处理； 第三步、将判定为上升沿的数据进行反窄处理； 第四步、将数据中满足ADS-B IN数据格式的信息译码输出。5. 根据权利要求4所述的多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于:第二步所述上升沿 处理是指：只有在时间轴上的相邻数据点的变化率超过6db时的数据才被判定为上升沿数 据。6. 根据权利要求4所述的多波束实现ADS-B IN的方法，其特征在于:第三步所述反窄处 理是指：只将宽度超过〇. 3us的数据进行输出。
【专利摘要】本发明公开了一种多波束实现ADS-B？IN的方法，包括ADS-B？IN天线仿真分析模块、ADS-B？IN数据处理模块和ADS-B？IN译码模块；ADS-B？IN天线仿真分析模块确定天线增益，给出天线的平顶波束宽度和数量，确定对应的加权系数；ADS-B？IN数据处理模块将接收到的I/Q数据经过加权合成最终的IQ数据，求模并进行对数转换；ADS-B？IN译码模块将对数数据进行ADS-B？IN译码处理，得到ADS-B？IN的目标经纬度信息。本发明在不增加硬件的条件下，可灵活形成各种增益的波束来达到指标要求，并通过数据处理和译码，将ADS-B？IN的目标经纬度信息输出。
【IPC分类】G01S7/42
【公开号】CN105629212
【申请号】CN201510961002
【发明人】陈伟
【申请人】四川九洲空管科技有限责任公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2015年12月21日