一种基于数字相控阵的舰载塔康信标实现方法

技术领域

本发明属于通信导航领域。

背景技术

传统的塔康天线按照其形成的空间方向图扫描方式，可大致分为机械扫描天线和电子扫描天线两类。现在的塔康系统基本都采用了电子扫描天线，塔康相控阵天线代表塔康信标设备最新技术，具有增益高，频带宽，方向图波形好，定位精度高等特点，能极大地提高塔康信标设备的整机性能。

但目前就国内舰载塔康设备而言，采用的均为独立功能的天线设备，所用的相控阵天线也为无源相控阵形式。无源相控阵采用集中发射的方式，无法完成相控阵射频资源的灵活重构，即无源相控阵无法适应未来多功能集成设备对天线资源的灵活重构需求。相比于无源相控阵，有源数字相控阵波束控制更加灵活，可靠性和系统响应速度上都有很大提高，更适应于频谱共享面阵和综合化电子系统的使用需求，在未来多功能射频孔径集成和资源重构上具有明显优势。

发明内容

为实现有源数字相控阵在现有舰载塔康信标设备的应用，同时解决现有技术中难以实现俯仰波束赋形兼顾舰船摇摆补偿的问题，本发明提供了一种基于数字相控阵的舰载塔康信标实现方法。

实现本发明的技术解决方案包括：

(1)通过控制数字相控阵内各个数字T组件的幅度和相位关系来形成方位九瓣心形方向图及俯仰余割赋形方向图，并将舰船摇摆量补偿到俯仰方向图的形成过程中；

(2)用于发射的主辅基准及随机脉冲的数字基带信号由信号产生模块生成，脉冲间的时序关系也由信号产生模块来进行控制；

(3)数字相控阵的方位指向与主基准脉冲之间的时间对应关系通过定时同步信号来进行控制；

(4)采用收发分置的方式，分开设计发射天线和接收信号天线，保证收发可以同时进行，在信号产生模块处进行时序总控，控制询问脉冲的应答时间；

(5)数字T组件与波束控制模块、信号产生模块之间的数字基带信号、控制脉冲、控制信息均通过光纤进行传输。

本发明与现有方法相比，其显著优点为：

本发明充分利用数字相控阵天线波束控制灵活易赋形等优势，将塔康信标机需要的九瓣心形旋转方向图通过控制数字T组件通道幅相来实现；对于所需的俯仰赋形波束亦通过列向通道的幅相来进行控制，同时将舰船摇摆信息在俯仰赋形时进行补偿；采用收发分置的方式，分开设计发射天线和接收信号天线，保证收发可以同时进行，在信号产生模块处进行时序总控，严格控制询问脉冲的应答时间；本发明在后端信号产生模块生成各种时域钟形脉冲的数字基带信号，通过光纤向数字T组件传输，波束控制模块通过定时同步信号来控制数字相控阵的方位指向与主基准脉冲之间的时间对应关系，便于进行多功能的综合资源调配，具有很高的推广应用价值。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明的系统信号关系示意图。

图2是本发明的数字相控阵形成的塔康方向图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于数字相控阵的舰载塔康信标实现方法，利用数字相控阵波束控制灵活的特点，在数字T组件通过对各个发射通道的幅度和相位进行加权控制，实现方位九瓣心形方向图及俯仰余割赋形方向图的形成，并将舰船摇摆量补偿到俯仰方向图的形成过程中；利用信号产生模块产生主基准脉冲、辅基准脉冲、识别脉冲、随机脉冲等钟形脉冲信号的数字基带信号，并通过定时同步信号来完成方向图指向与脉冲的时间对应关系；采用收发分置的方式，分开设计发射天线和接收信号天线，保证收发可以同时进行，在信号产生模块处进行时序总控，严格控制询问脉冲的应答时间；数字T组件与波束控制模块、信号产生模块之间的数字基带信号、控制脉冲、控制信息均通过光纤进行传输。

本发明优选的技术方案如下：

设定发射数字相控圆阵的旋转从法向(与舰艏重合)开始。波束控制模块控制九瓣心形方向图旋转扫描；脉冲信号产生模块控制基准脉冲信号的产生和发射时序，并根据导航信息中舰船艏向角变化调整各个基准脉冲发射时间；圆阵方向图以阵面坐标周期旋转，最大值指向法向时波束控制模块给脉冲信号产生模块发送定时同步信号；脉冲信号产生模块根据定时同步信号调整基准脉冲发射时刻。

根据舰船的摇摆角度范围，确定俯仰赋形计算后的几组方向图布相系数，并存放于数字T组件存储模块中，波束控制模块负责周期性发送数据选择和波位号，圆阵数字T组件根据波位号调用系数完成天线方向图的形成和旋转。

波束控制模块中调度功能单元定时1s发送同步信号和修正信息给波控功能单元，以修正由于时间细分不可整除带来的累计误差，并控制波束控制模块进行俯仰系数的选择。

实施例

一、发射过程

1)在显示控制界面设置塔康工作参数，包括工作模式，波道等参数，并将工作参数发送给波束控制模块；

2)波束控制模块根据工作参数信息，启动波位循环模式：波位号从0～359，起始波位号为0，每个185.19us波位号在起始波位基础上递增(波位号等于360时，波位号减去360再循环重新累加)；

3)在波位号为i＝0(i＝0～359)时，波束控制模块将频点信息、波位号信息打包形成波位控制信息通过光纤传输给圆形相控阵的数字T组件；

4)数字T组件接收波位控制信息后根据频率和波位调用系数完成通道幅相一致性补偿系数和布相系数的计算；

5)数字T组件根据计算的各个通道系数控制相应的DDS、移相器及衰减器系数，完成各个通道幅相的布置；

6)每个i＝0时，波束控制模块向脉冲信号产生模块发送定时同步信号；

7)脉冲信号产生模块收到定时同步信号后，定时产生反馈信息发送给波束控制模块，该反馈信息报送当前脉冲信号产生模块状态、当前任务是否可执行等；

8)脉冲信号产生模块收到定时同步信号后若判定可正常执行任务，则按照各个脉冲的时序关系开始发送基带信号给圆阵组件；

9)圆阵数字T组件收到数字基带信号后根据发送时刻将信号做数字变频、放大、DA等处理后通过天线发送出去；

10)若波束控制模块收到脉冲信号产生模块发送的异常反馈情况，则通过异常反馈报文向显控报送设备异常状态，由操作员根据报送情况酌情处理；

11)下一个185.19us时，i＝i+1，波束控制模块重新产生波位控制信息发送给圆阵数字T组件；

12)重复3)～10)。

二、应答过程

机载塔康询问信号采用独立的全向天线接收，并将射频信号送给脉冲信号产生模块处理，应答信号的发射仍通过发射圆阵进行。

1)全向接收天线接收机载塔康询问信号，并送给脉冲信号产生模块处理；

2)脉冲信号产生模块对收到的信号进行解析处理，并根据当前预备发射的脉冲情况判断是否产生应答信号以及应答信号发射的脉冲位置；

3)若产生应答信号，则将其插入待发射的脉冲序列；

4)整个设备按照发射流程正常发射信号。