[发明专利]一种全角域对空组网型自适应天线设计方法

说明书

本发明提供了一种全角域对空组网型自适应天线设计方法，应用于无人机协同作业中一站监控多机场景，不仅实现覆盖全角域，而且赋形多个高增益波束扩展无人机作用距离。该天线包括环形阵列天线、宽角域定向天线、射频前端及波束控制板。环形阵列天线用以接收全方位面、宽俯仰面的空间微波信号；宽角域定向天线用以保证无人机近场过顶飞行时通信不中断；射频前端用以射频信号变频、滤波、功率放大等处理；波束控制板采用零中频架构，完成通道校准、空间谱估计、波束赋形等算法实现。本发明所述的系统采用一体化结构完成多机全角域自跟踪，极大扩展了无人机的应用模式。

技术领域

本发明属于通信技术领域，尤其是涉及一种全角域对空组网型自适应天线设计方法。

背景技术

现有无人平台数据链产品多为点对点传输，在任务执行效率，环境适应能力，信息资源共享等方面存在着明显不足，急需研制一款适用于多无人机组网型数据链终端设备，提供遥控遥测数据可靠传输、任务载荷信息实时回传、智能跟踪、协同组网、无缝接入等功能服务，构建通用化、智能化、宽带化、综合化的天、临、空、地一体化测控与信息传输网络，满足高可靠的战场侦察、信息分发、民用监测、应急救援等应用需求。地面通信设备作为骨干节点，必须能够覆盖空间所有角域的无人机节点，由于面临宽速率信息回传问题，自适应赋形成高增益、窄波束的天线成为首选。

利用全角域对空组网型自适应天线可以实现空分多址提高系统容量，其另一个优点是能够降低共道干扰及多径效应的不利影响,利用谱估计技术精确分离出信号波达角，在无线通信中没有参考信号或训练序列情况下，也可以实现天线阵主波束指向期望信号，实现对无人机的精确跟踪。提高整个无人机测控通信数据链的稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种全角域对空组网型自适应天线设计方法，以解决针对市场应用场景对无人机数据链提出的远距离通信、全空间覆盖、多目标自跟踪等需求，本发明提供了一种全角域对空组网型自适应天线系统，在方位面赋形产生多个高增益波束、在俯仰面赋形成余割平方波束，避免全向天线增益低、通信距离近的同时，克服了伺服定向天线跟踪目标单一，难以应用于组网通信的现实问题，提高了无人机数据链协同作业效能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种全角域对空组网型自适应天线设计方法，包括以下步骤：

S1、单元天线采用环形阵列形式，各个子单元通过微带线分配不同功率和相位；

S2、环形阵列将单元天线排列成均匀环形，间距通过仿真验证确定为与工作频段成反比的常数；

S3、设计宽角域定向天线在90度，配合环形阵列，在接收端对信号进行融合处理，在环形阵列无法覆盖的区域软件自适应切换至宽角度定向天线；

S4、环形阵列天线与波控板连接，波控板中的数字波束赋形采用数字信号处理技术，各阵元通道对接收信号下变频到中频或基带后，采用高速A/D转换为数字信号，在基带处理单元完成多波束赋形。

进一步的，所述步骤S1中的单元天线俯仰面波束形状呈余割平方式，余割平方赋形单元天线按照一定间隔排列组成环形阵列，辐射体面向环外，背后设有微波前端TR组件，采用射频接口对插形式最小化天线与前端间的插损。

进一步的，所述步骤S2中仿真验证过程采用仿真软件完成。

进一步的，所述步骤S4中波控板信号处理流程如下：

第一步，可编程数字处理芯片初始化外围器件，特别地，配置射频收发芯片的接收或发射频率、滤波器带宽、采样速率等参数；

第二步，同时对N路信号进行放大、滤波、下变频、自动增益控制、采样、滤波处理后，汇总至可编程数字处理芯片；

第三步，在线通道校准：