雷达数据通信研究

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摘要就我国目前飞机上装载的通信电台而言，海量数据的传输需要占据大量的传输带宽，传统数据通信技术已经难以满足实际情况。而采用有源相控阵技术来对雷达数据进行传输和接收，既能有效充分发挥其天线高增益的特性，而且不需要重新增加天线，大大降低了成本的消耗。因此，本文提出了基于有源相控阵雷达数据通信方案，有效解决了雷达接收机没有同步电路所带来的问题，值得大幅度推广应用。

关键词有源相控阵技术；雷达数据通信；系统框架

0引言

传统飞机上装载的通信，其传输速度非常慢，无法实现大容量的数据传输。当采集到大量数据后，目前现有的数据链很难把采集的数据及时传输到地面控制中心，而且在进行任务交接过中，支援飞机也难以把相关文件保存下来。而有源相控阵技术的发展和应用，正好有效解决了这一问题。但在飞机上加装有源相控阵天线，会增加应用成本，而且还要解决天线的安放位置，而新装的天线势必会对其他天线造成不同程度的干扰，成人影响飞机飞行的阻力，而通过有源相控阵雷达天线则可以顺利解决此类问题。

1有源相控阵雷达的系统结构

整个系统由雷达天线、频率源、控制部分、多通道接收机、信号/数据处理系统共同组成，通过应用此项系统可实现数据的及时传输和处理。通常情况下，雷达数据的处理比较依赖于雷达多次信息采集，并通过发生信号和接收信号来实现数据和信息的及时传递。

2有源相控阵雷达天线的特点

2.1总发射信号功率比较高

就有源相控阵雷达天线应用实例表明，该系统在具体应用过程中，通过电缆来代替雷达管道，因此，在具体应用过程中，并不会受到预热时间和脉冲的限制。而且该系统中的发射系统也比较灵活和便捷，大大提升了总发射信号功率，从而实现相关数据和信息的及时传输[1]。

2.2可靠性比较高

由于固态电子期间的平均故障间隔时间远远比普通管子更长，因此相关构件失效条件下的功能衰减量比较小，从而大幅度降低馈上功率的无故浪费。可大幅度提升发射机的输出功率，进一步降低发射机对总功率的要求，从而达到节约电力资源的目的。

2.3改善发射天线的体积

在有源相控阵雷达天线中，各个设备都在低电压状态下运行，也就不存在高压击穿问题，这一特性就决定了，雷达发射天线的体积比较小，从而更好的发挥有源相控阵技术应有的价值和作用。

2.4可进一步简化馈线系统

和无源相控阵技术相比，有源相控阵雷达天线在具体应用过程中，可大幅度简化射频系统的复杂性，从而促使雷达数据通信实现标准化和模块化运行，既能实现批量生产，还能有效降低通信成本。

3基于有源相控阵技术的雷达数据通信过程

3.1系统运行过程

整个有源相控阵雷达系统在运行过程中，通信脉冲是实现雷达探测信息和数据技术传输的重中之重，而为更好的满足雷达接收机的应用，实现相关数据的及时传递，就需要从根本上保证通信脉冲和雷达脉冲载波频率的一致性。同时为最大限度实现相关数据的高速传输，则需要尽量提升信道的宽度，这一点也是其他通信电台难以实现，因此，在有源相控阵雷达系统的发送端，则需要添加其他设备来组成全新的通信电台.A部分所代表的是系统的发送端，而B部分则表示接收端。椭圆虚线框架中则表示原来的通信电台，矩形虚线则表示需要重新添加的部分。A部分中计算机的主要作用存储雷达采样设计，并对相关信号进行处理，当信号处理完成后，再通过信号处理器来对数据进行封装和编码处理，并及时做出对脉冲的响应。在此过程中，要先考虑新添加的天线，能否和通信电台共用一根天线，而如果可以实现共用，则可通过射频开关，把收发机直接连接到天线上。而如果不能实现共用，则要重新加装天线，才能满足基于有源相控阵技术的雷达数据通信的实际需求。而在B部分，信号处理器的主要功能：通信数据解调、信道解码处理、对传输的数据进行加密和解密，其主要作用是实现雷达数据和相关信息的传输。而R2和R3则表示雷达数据链，其主要目的是实现相关数据信息的传递。

3.2信号处理过程

基于有源相控阵技术的雷达数据通信的接收端信号处理，具体判断方法有两种，第一种判断方法是通过系统运行振幅来合理判断雷达采样信号，到底是脉冲信号还噪声信号，此种判断方法的原理是：在雷达采样中，噪声信号所持续的时间，比脉冲信号运行时间略大。因此，在具体采样时难免会收集到噪声信号，但脉冲信号的振幅往往大于噪声信号的幅度，通过幅度就可以判断出雷达采样得到是噪声信号还是脉冲信号。除此之外，如果相位发生偏移，在可以通过功率补偿的方法来进行全面弥补，通过频率补偿后雷达采集的信号，也可以分为两大列，其一是奇数列，其二偶数列，任何一种方法都可以实现相位偏移进行处理；第二种判断方法是通过校验位进行全面判断雷达采集数据的真实性，确保正确的数据可以顺利存储到缓冲器中，从而确保各种数据能顺利传输。

3.3基于有源相控阵技术的雷达数据通信的改进方法

针对上述分析结合，在系统初步设计时，很多方面只是从最简单的情况入手，为提升整体系统运行的稳定性和性能，可通过下属方法进行改进：第一，把简单对停等协议改变为联系ARQ协议也可以根据源相控阵雷达数据通信系统运行的实际情况，重新选择ARQ协议。应用实例表明，原来的停等协议具有很强的局限性，很难满足实际发展需求。比如：在停等协议条件下，设计脉冲并不是按照固定的脉冲进行重复发生，而且在具体应用过程中，数据脉冲的间隔时间往往大于雷达脉冲的时间间隔。简而言之，需要间隔几个接收窗才能接收到一个数据脉冲。而如果采用ARQ协议，或者重新传输ARQ协议，则可以合理解决这一问题，可实现数据脉冲通过固定的频率进行发送[2]。传输频率要就尽量和雷达脉冲的充分频率相一致，大量应用实例表明，通过此种运行方法，可促使每个接收窗都能单独接收一个数据脉冲。但无论采用何种协议，需要合理保留脉冲触发方法，否则数据脉冲就无法实现和接收窗的同步传输。第二，采用多进制方法进行调制，最常用的方法有两种，一种是PSK法，也就是移相键控法；另一种是QAM法，也被称之为多进制正交振幅调制。应用实例表明，如果源相控阵雷达数据通信系统中的符号率相同，通过PSK法和QAM法进行多进制调制，可大幅度提升雷达数据的传输速度和及时性。所谓正交振幅调制法指的是采用两个比较独立的基带波形，实现两个相互正交的同频截波，实现对双边带的调制。主要的调制原理是通过相应的信号，实现对频谱正交分析，通过此种方法，就可以实现两个并行数据的及时传输。而就16QAM和16PSK这两种调制方法的本质特性而言，16QAM调制方法的抗噪声性能远远在16PSK调制方法以上[3]。但在具体应用过程中，PSK属于相对比较单纯的调制法，系统中进制数位越高，两个信号之间的距离也就越近。其抗噪声能力也就越低，在一定程度上限制了进制数。因此，通常情况下，最高不能超过16PKS调制，而QAM调制法结合了幅度和相位的优势，发展至今已经达到256进制，因此，在具体应用过程中，为有效提升数据使用率，在源相控阵雷达数据通信中，最好采用256AQM就可以有效满足实际需求[4]。第三，通过卷积码或者RS码对检错码进行校验，在检错码时，除使用循环冗余进行检验之外，还可以采用卷积码和RS码节进行校验。主要原因是卷积码的译码主要采用维持比译码，此种译码属于一种概率译码，为实现相关数据的合理传输和运行，则需要对接收到的一段数据进行全面计算和比较，以便找到一段最大相似的码段，因此，在具体应用中，源相控阵雷达数据通信系统接收端的存在一定的延时性[5]。和卷积码相比RS码属于一种前向纠错码，在具体应用过程中，主要通过交织技术促使源相控阵雷达数据通信系统可同时进行多个错误数据的纠正。而在实际应用过程中，交织技术也是比较常用的错误校验技术，其校验原理是通过非线性重新排列的方法，对雷达数据中存在的问题或者错误进行全面分析，以便确保雷达探测数据的真实性，为后期应用提供便利条件，具有很高的纠错能力。只要系统中还有一小部分没有被破坏，则通过交织技术，就可以实现雷达数据的全面恢复，但也具有一定的缺点，在交织操作时可能存在较大的时延，在一定程度上影响了雷达数据传输的及时性【6】。

4结束语

综上所述，本文结合理论实践，研究了基于有源相控阵技术的雷达数据通信，得出以下几点结论：（1）无源相控阵技术相比，有源相控阵技术在存储雷达数据、数据处理、数据传输等方面皆有非常明显优势。而且还具有高增益性和雷达系统高宽度的特点，从而有效解决目前数据链宽带不足的问题。（2）传统的雷达数据通信系统的传输距离只有150km，而在重传率低于5%的前提下，即使最大的信息传输速率也只有1.7Mbps，很难满足目前我国雷达数据通信的实际需求，而通过基于有源相控阵技术则能有效提升传输距离和传输速度。（3）通过有源相控阵雷达数据通信系统，不但可以提升数据传输速度和传输距离，还能促使发射端以更低的功率来发射信号，还能达到节约能源和降低信号的被截获率。

作者：张建立 王明娟 单位：91550部队