多功能相控陣雷達通信資源多模式管理方法

2020-12-25 02:09:26侯澤欣呂衛祥

雷達與對抗 2020年2期

侯澤欣，呂衛祥，裴江，黃镠

(中國船舶集團有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引言

數字相控陣雷達內部使用了大量數字可編程器件，通過對其進行編程重構可實現雷達的各種工作方式和多種功能。當對其發射波形和接收匹配濾波進行合理設計時，可實現雷達間的信息傳輸與組網功能。在多功能相控陣雷達工作在通信狀態時，為保障通信數據的有效傳輸，需對網絡節點中相控陣雷達時間資源進行合理的分配，即通信時隙資源管理技術。一般典型的傳感器網絡采用TDMA時分多址技術進行通信資源的管理。

同時，數字相控陣雷達具有寬窄帶多通道處理模式，通過對寬帶通道增加寬帶調制解調技術，使得雷達通信功能實現寬帶、窄帶等多處理模式。寬窄帶通道多處理模式的聯合使用使得雷達系統可以以不同的通信傳輸速率進行雷達組網與通信，具備多種帶寬及速率下的通信工作模式。

雷達通信的信道狀態因復雜的氣象、電磁環境等不同而變化，并對相控陣雷達網絡通信數據的有效傳輸有一定影響。在信道狀態穩定的情況下，不同的工作帶寬或不同的傳輸速率會有不同的通信傳輸質量。因而，對于具有多種通信模式的相控陣雷達通信網絡亟需設計一種基于實際網絡環境的實時動態通信資源管理方法，針對不同的信道狀態調節鏈路的通信帶寬、速率和時間片參數，對雷達的帶寬、速率等多種組合工作模式進行實時控制管理，以達到最佳的通信狀態。

1 網絡性能估計

相控陣雷達通信網絡環境中信號衰落、節點移動以及突發干擾的影響會導致網絡內通信鏈路中信道狀態和通信質量的快速頻繁變化，無線信道上的數據傳輸速率及整個網絡的通信性能都隨之變化。因此，在通信過程中需實時地估計信道狀態及通信質量的變化，按照性能估計結果對網絡通信資源進行有效管理，自適應調節各網絡節點發送數據的速率，以適應當前信道條件，充分利用網絡信道傳輸能力提高傳輸的可靠性。

1.1 信道狀態

信道是以傳輸媒質為基礎的信號通路，傳輸媒質是其主要部分，信號質量的好壞主要取決于傳輸媒質的特性。信道狀態主要由其振幅-頻率特性、相位-頻率特性、多徑效應及環境噪聲影響。為了能在有限的頻譜范圍內實現盡可能高質量、大容量的通信，必須實時獲取信道的以上特性參數，對其進行計算分析，估計信道質量。

信道環境質量計算在網絡通信資源管理上有著重要的意義。在通信系統的實際使用中，信道狀態估計作為表征信道特性的參數對信道切換、自適應通信速率調節、發射端功率調節等功能都起到了重要的作用。

1.2 通信質量

通信質量主要從通信系統的有效性和可靠性兩方面性能指標來考量。有效性由傳輸速率和頻帶利用率來衡量：

(1) 碼元速率，單位時間傳送碼元的數目。

RB=1/T(B)

(2) 信息傳輸速率，單位時間內傳遞的平均信息量或比特數。

Rb=RBlog2M(b/s)

(3) 頻帶利用率，單位帶寬內的傳輸速率。

η=RB/B(B/Hz)

可靠性由差錯率來衡量：

(1) 誤碼率，錯誤接收碼元數在傳輸總碼元數中所占比例。

Pe=錯誤碼元數/傳輸總碼元數

(2) 丟包率，未接收的數據包數在傳輸總包數中所占比例。

Pb=未接收數據包數/傳輸總包數

通過接收網絡通信鏈路的傳輸誤碼率、頻帶利用率、信息傳輸速率等指標的反饋，對通信鏈路的性能進行分析，實時估計各鏈路通信質量。

2 通信資源多模式管理方法

多功能相控陣雷達通信網絡組建完成后，按照一定的時隙資源配置完成網絡內數據傳輸。同時，實時計算網絡內各通信鏈路的通信質量和信道狀態，自適應調節編隊通信資源參數，實時切換網絡各通信鏈路工作帶寬、控制網絡通信速率。當有大容量數據緊急傳輸業務產生時，通過高速路由傳輸通信資源設計方法提取最優路由，并對高速通信路由的傳輸通信資源動態編排來解決網絡實時信道狀態和通信質量復雜變化導致業務失敗的問題。

多功能相控陣雷達組網通信資源多模式管理方法的實施過程及流程如圖1所示。