雷達數據通信研究

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摘要就我國目前飛機上裝載的通信電臺而言，海量數據的傳輸需要占據大量的傳輸帶寬，傳統數據通信技術已經難以滿足實際情況。而采用有源相控陣技術來對雷達數據進行傳輸和接收，既能有效充分發揮其天線高增益的特性，而且不需要重新增加天線，大大降低了成本的消耗。因此，本文提出了基于有源相控陣雷達數據通信方案，有效解決了雷達接收機沒有同步電路所帶來的問題，值得大幅度推廣應用。

關鍵詞有源相控陣技術；雷達數據通信；系統框架

0引言

傳統飛機上裝載的通信，其傳輸速度非常慢，無法實現大容量的數據傳輸。當采集到大量數據后，目前現有的數據鏈很難把采集的數據及時傳輸到地面控制中心，而且在進行任務交接過中，支援飛機也難以把相關文件保存下來。而有源相控陣技術的發展和應用，正好有效解決了這一問題。但在飛機上加裝有源相控陣天線，會增加應用成本，而且還要解決天線的安放位置，而新裝的天線勢必會對其他天線造成不同程度的干擾，成人影響飛機飛行的阻力，而通過有源相控陣雷達天線則可以順利解決此類問題。

1有源相控陣雷達的系統結構

整個系統由雷達天線、頻率源、控制部分、多通道接收機、信號/數據處理系統共同組成，通過應用此項系統可實現數據的及時傳輸和處理。通常情況下，雷達數據的處理比較依賴于雷達多次信息采集，并通過發生信號和接收信號來實現數據和信息的及時傳遞。

2有源相控陣雷達天線的特點

2.1總發射信號功率比較高

就有源相控陣雷達天線應用實例表明，該系統在具體應用過程中，通過電纜來代替雷達管道，因此，在具體應用過程中，并不會受到預熱時間和脈沖的限制。而且該系統中的發射系統也比較靈活和便捷，大大提升了總發射信號功率，從而實現相關數據和信息的及時傳輸[1]。

2.2可靠性比較高

由于固態電子期間的平均故障間隔時間遠遠比普通管子更長，因此相關構件失效條件下的功能衰減量比較小，從而大幅度降低饋上功率的無故浪費。可大幅度提升發射機的輸出功率，進一步降低發射機對總功率的要求，從而達到節約電力資源的目的。

2.3改善發射天線的體積

在有源相控陣雷達天線中，各個設備都在低電壓狀態下運行，也就不存在高壓擊穿問題，這一特性就決定了，雷達發射天線的體積比較小，從而更好的發揮有源相控陣技術應有的價值和作用。

2.4可進一步簡化饋線系統

和無源相控陣技術相比，有源相控陣雷達天線在具體應用過程中，可大幅度簡化射頻系統的復雜性，從而促使雷達數據通信實現標準化和模塊化運行，既能實現批量生產，還能有效降低通信成本。

3基于有源相控陣技術的雷達數據通信過程

3.1系統運行過程

整個有源相控陣雷達系統在運行過程中，通信脈沖是實現雷達探測信息和數據技術傳輸的重中之重，而為更好的滿足雷達接收機的應用，實現相關數據的及時傳遞，就需要從根本上保證通信脈沖和雷達脈沖載波頻率的一致性。同時為最大限度實現相關數據的高速傳輸，則需要盡量提升信道的寬度，這一點也是其他通信電臺難以實現，因此，在有源相控陣雷達系統的發送端，則需要添加其他設備來組成全新的通信電臺.A部分所代表的是系統的發送端，而B部分則表示接收端。橢圓虛線框架中則表示原來的通信電臺，矩形虛線則表示需要重新添加的部分。A部分中計算機的主要作用存儲雷達采樣設計，并對相關信號進行處理，當信號處理完成后，再通過信號處理器來對數據進行封裝和編碼處理，并及時做出對脈沖的響應。在此過程中，要先考慮新添加的天線，能否和通信電臺共用一根天線，而如果可以實現共用，則可通過射頻開關，把收發機直接連接到天線上。而如果不能實現共用，則要重新加裝天線，才能滿足基于有源相控陣技術的雷達數據通信的實際需求。而在B部分，信號處理器的主要功能：通信數據解調、信道解碼處理、對傳輸的數據進行加密和解密，其主要作用是實現雷達數據和相關信息的傳輸。而R2和R3則表示雷達數據鏈，其主要目的是實現相關數據信息的傳遞。

3.2信號處理過程

基于有源相控陣技術的雷達數據通信的接收端信號處理，具體判斷方法有兩種，第一種判斷方法是通過系統運行振幅來合理判斷雷達采樣信號，到底是脈沖信號還噪聲信號，此種判斷方法的原理是：在雷達采樣中，噪聲信號所持續的時間，比脈沖信號運行時間略大。因此，在具體采樣時難免會收集到噪聲信號，但脈沖信號的振幅往往大于噪聲信號的幅度，通過幅度就可以判斷出雷達采樣得到是噪聲信號還是脈沖信號。除此之外，如果相位發生偏移，在可以通過功率補償的方法來進行全面彌補，通過頻率補償后雷達采集的信號，也可以分為兩大列，其一是奇數列，其二偶數列，任何一種方法都可以實現相位偏移進行處理；第二種判斷方法是通過校驗位進行全面判斷雷達采集數據的真實性，確保正確的數據可以順利存儲到緩沖器中，從而確保各種數據能順利傳輸。

3.3基于有源相控陣技術的雷達數據通信的改進方法

針對上述分析結合，在系統初步設計時，很多方面只是從最簡單的情況入手，為提升整體系統運行的穩定性和性能，可通過下屬方法進行改進：第一，把簡單對停等協議改變為聯系ARQ協議也可以根據源相控陣雷達數據通信系統運行的實際情況，重新選擇ARQ協議。應用實例表明，原來的停等協議具有很強的局限性，很難滿足實際發展需求。比如：在停等協議條件下，設計脈沖并不是按照固定的脈沖進行重復發生，而且在具體應用過程中，數據脈沖的間隔時間往往大于雷達脈沖的時間間隔。簡而言之，需要間隔幾個接收窗才能接收到一個數據脈沖。而如果采用ARQ協議，或者重新傳輸ARQ協議，則可以合理解決這一問題，可實現數據脈沖通過固定的頻率進行發送[2]。傳輸頻率要就盡量和雷達脈沖的充分頻率相一致，大量應用實例表明，通過此種運行方法，可促使每個接收窗都能單獨接收一個數據脈沖。但無論采用何種協議，需要合理保留脈沖觸發方法，否則數據脈沖就無法實現和接收窗的同步傳輸。第二，采用多進制方法進行調制，最常用的方法有兩種，一種是PSK法，也就是移相鍵控法；另一種是QAM法，也被稱之為多進制正交振幅調制。應用實例表明，如果源相控陣雷達數據通信系統中的符號率相同，通過PSK法和QAM法進行多進制調制，可大幅度提升雷達數據的傳輸速度和及時性。所謂正交振幅調制法指的是采用兩個比較獨立的基帶波形，實現兩個相互正交的同頻截波，實現對雙邊帶的調制。主要的調制原理是通過相應的信號，實現對頻譜正交分析，通過此種方法，就可以實現兩個并行數據的及時傳輸。而就16QAM和16PSK這兩種調制方法的本質特性而言，16QAM調制方法的抗噪聲性能遠遠在16PSK調制方法以上[3]。但在具體應用過程中，PSK屬于相對比較單純的調制法，系統中進制數位越高，兩個信號之間的距離也就越近。其抗噪聲能力也就越低，在一定程度上限制了進制數。因此，通常情況下，最高不能超過16PKS調制，而QAM調制法結合了幅度和相位的優勢，發展至今已經達到256進制，因此，在具體應用過程中，為有效提升數據使用率，在源相控陣雷達數據通信中，最好采用256AQM就可以有效滿足實際需求[4]。第三，通過卷積碼或者RS碼對檢錯碼進行校驗，在檢錯碼時，除使用循環冗余進行檢驗之外，還可以采用卷積碼和RS碼節進行校驗。主要原因是卷積碼的譯碼主要采用維持比譯碼，此種譯碼屬于一種概率譯碼，為實現相關數據的合理傳輸和運行，則需要對接收到的一段數據進行全面計算和比較，以便找到一段最大相似的碼段，因此，在具體應用中，源相控陣雷達數據通信系統接收端的存在一定的延時性[5]。和卷積碼相比RS碼屬于一種前向糾錯碼，在具體應用過程中，主要通過交織技術促使源相控陣雷達數據通信系統可同時進行多個錯誤數據的糾正。而在實際應用過程中，交織技術也是比較常用的錯誤校驗技術，其校驗原理是通過非線性重新排列的方法，對雷達數據中存在的問題或者錯誤進行全面分析，以便確保雷達探測數據的真實性，為后期應用提供便利條件，具有很高的糾錯能力。只要系統中還有一小部分沒有被破壞，則通過交織技術，就可以實現雷達數據的全面恢復，但也具有一定的缺點，在交織操作時可能存在較大的時延，在一定程度上影響了雷達數據傳輸的及時性【6】。

4結束語

綜上所述，本文結合理論實踐，研究了基于有源相控陣技術的雷達數據通信，得出以下幾點結論：（1）無源相控陣技術相比，有源相控陣技術在存儲雷達數據、數據處理、數據傳輸等方面皆有非常明顯優勢。而且還具有高增益性和雷達系統高寬度的特點，從而有效解決目前數據鏈寬帶不足的問題。（2）傳統的雷達數據通信系統的傳輸距離只有150km，而在重傳率低于5%的前提下，即使最大的信息傳輸速率也只有1.7Mbps，很難滿足目前我國雷達數據通信的實際需求，而通過基于有源相控陣技術則能有效提升傳輸距離和傳輸速度。（3）通過有源相控陣雷達數據通信系統，不但可以提升數據傳輸速度和傳輸距離，還能促使發射端以更低的功率來發射信號，還能達到節約能源和降低信號的被截獲率。

作者：張建立 王明娟 單位：91550部隊