全空域多目标测控通信系统的制作方法
【技术领域】
本发明涉及一种基于球面阵天线和数字波束形成(Digital Beam Forming)的全空域多目标测控通信系统。
【背景技术】
[0002]随着我国航空航天事业的发展，在空间、临近空间、空中的飞行器数目越来越多，全空域多目标测控成为航天测控领域的一个突出问题。目前国内在航天测控通信领域中，能实现对全空域(方位0°?360°，俯仰5°?90° )内多目标同时进行测控通信的系统几乎还是空白。为了实现多目标同时测控，以往全空域多目标同时测控技术只有通过建立多个传统的测控通信站，架设与需要同时测控通信的目标数相同的测控天线设备，每套测控天线设备仅能对一个目标或者星座进行测控，多套测控天线同时工作才能实现多目标同时测控通信。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对航天测控领域中的全空域多目标同时测控技术存在的不足之处，提供一种利用球面阵天线和数字波束形成技术，不依赖机械伺服设备，能够有效节约人力、物力等资源成本，并能同时对全空域内的多个飞行器进行测控通信，基于球面阵天线和DBF的全空域多目标测控通信系统。
[0004]本发明解决现有技术问题所采用的方案是:一种全空域多目标测控通信系统，包括由半球体和柱体两部分构成的球面阵天线、T/R组件、含有发射波束形成处理机和接收波束形成处理机的数字波束形成DBF设备和综合基带池，其特征在于:球面阵天线和数字波束形成DBF设备，在全空域范围内同时形成N ^ 2个波束，每个波束指向一个需要测控通信的飞行器，每个波束的指向都随着被跟踪目标的移动而同步变化，其中，半球体和柱体上各自排列有至少2个天线阵元，且每个天线阵元的T/R组件的下行通道输出端与接收波束形成处理机的输入端相连，所有T/R组件的上行通道的输入端与发射波束形成处理机的输出端相连，T/R组件将球面阵天线接收到的射频信号转换为中频信号输出到接收波束形成处理机，将发射波束形成处理机输出的发射波束信号转换为射频信号送到球面阵天线发射出去；发射波束形成处理机接收综合基带池输出的遥控信号，形成指向各测控目标的发射波束，然后把发射信号送到每一路T/R组件，经过上变频和放大后通过球面阵天线发射出去；接收波束形成处理机对输入信号进行处理形成指向各测控目标的波束，输出到综合基带池，综合基带池将飞行器的遥控信息发送到数字波束形成DBF设备形成发射波束，对接收波束信号进行解调处理，得到目标的遥测信息、距离和速度数据。
[0005]本发明相比于现有技术具有如下有益效果:
本发明采用球面阵天线和数字波束形成DBF技术，在全空域(方位角0°?360°，俯仰角5°?90° )，同时形成N(N彡2)个波束，每个波束指向一个需要测控通信的飞行器，每个波束的指向都随着被跟踪目标的移动而同步变化，保证测控通信不中断。
[0006]本发明利用球面阵天线和数字波束形DBF形成技术，不依赖机械伺服设备，扫描范围可覆盖方位0°?360°，俯仰0°?90°，通过形成多个波束，能够同时对全空域内的多个飞行器进行测控，能够同时对全空域内的多个飞行器进行测控。实现了利用一套测控设备同时全空域内的多个飞行器进行测控的功能，有效节约了人力、物力等资源成本。
【附图说明】
[0007]图1是本发明全空域多目标测控通信系统的原理框图。
[0008]图2表示本发明中的球面阵天线的外观图。
[0009]图3是图1同时对16颗卫星进行测控的一个实施例原理示意图。
【具体实施方式】
[0010]为了进一步说明而不是限制本发明的上述实现方式，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但并不因此将本发明限制在所述的实施范围之中。所有这些构思应视为本技术所公开的内容和本发明的保护范围。
[0011]在图1描述的一个最佳实施例中，全空域多目标测控通信系统，包括球面阵天线、T/R组件、数字波束形成设备、综合基带池。球面阵天线从外表来看，由图2所示的半球体和柱体两部分构成，半球体和柱体上各自排列有不少于2个的天线阵元。半球体可以是完全几何意义上的光滑的半球体，也可以是采用多边形拼接而成的多面体。
[0012]全空域多目标测控通信系统中，数字波束形成设备分为发射波束形成处理机和接收波束形成处理机，T/R组件的数量与天线阵元数量相同。全空域多目标测控通信系统在全空域范围内同时形成N多2个目标波束，每个波束指向一个需要测控通信的飞行器，每个波束的指向都随着被跟踪目标的移动而同步变化，N为自然数。每个波束指向一个需要测控通信的飞行器，每个波束的指向都随着被跟踪目标的移动而同步变化，其中，半球体和柱体上各自排列有至少2个天线阵元，且每个天线阵元的T/R组件的下行通道输出端与接收波束形成处理机的输入端相连，所有T/R组件的上行通道的输入端与发射波束形成处理机的输出端相连，T/R组件将球面阵天线接收到的射频信号转换为中频信号输出到接收波束形成处理机，将发射波束形成处理机输出的发射波束信号转换为射频信号送到球面阵天线发射出去；发射波束形成处理机接收综合基带池输出的遥控信号，形成指向各测控目标的发射波束，然后把发射信号送到每一路T/R组件，经过上变频和放大后通过球面阵天线发射出去；接收波束形成处理机对输入信号进行处理形成指向各测控目标的波束，输出到综合基带池，综合基带池将飞行器的遥控信息发送到数字波束形成DBF设备形成发射波束，对接收波束信号进行解调处理，得到目标的遥测信息、距离和速度数据。
[0013]T/R组件的数量与天线阵元数量相同，且每个T/R组件分为上行、下行通道，上行通道完成对发射信号的放大和上变频，将中频信号转换为射频信号，下行通道完成对接收信号的低噪声放大和下变频，将接收到的射频信号转化为中频信号。为了降低插损，球面阵天线与T/(含双工器)R组件在结构上进行一体化设计，每个阵元后面连接一个T/R组件，阵元与T/R组件之间通过结构件连接。
[0014]综合基带池包含有与测控目标数目相同的数字基带终端，通过资源调度，每个测控目标匹配一个数字基带终端，数字基带终端完成发射数据的编码、调制以及接收信号的测距、测速等数据的解算。
[0015]参阅图2。球面阵天线半球体以是完全几何意义上的光滑的半球体或采用多边形拼接而成的半球面多面体，完成射频信号的接收与发射。
[0016]参阅图3。为进一步说明本发明，下面以含1000个阵元的球面阵天线及配套设备，同时对16颗卫星进行测控为其中一个实施例，说明全空域多目标测控的发