基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统及其工作方法与流程

技术特征：
1.一种基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，包括防撞主机以及与防撞主机连接的共形相控阵天线和显控设备；所述共形相控阵天线作为应答信号的接收装置；所述共形相控阵天线包括左翼天线和右翼天线；所述左翼天线和右翼天线用于采用数字相控阵波束形成的方式形成需要的波束；其中，所有波束叠加能够覆盖前向180
°
；所述防撞主机包括ppc控制器和fpga控制器，用于在显控设备控制下，完成询问编码、应答译码、单脉冲测角、目标监视和防撞告警处理，并将得到的目标点航迹和防撞告警信息上报给显控设备；其中，所述单脉冲测角是指基于相控阵形成和/差波束的单脉冲测角；所述显控设备用于向防撞主机下发控制命令以及对防撞主机上报的目标点航迹和防撞告警信息进行显示。2.根据权利要求1所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述左翼天线和右翼天线的波束分别覆盖前向的左侧90
°
和右侧90
°
。3.根据权利要求2所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述左翼天线和右翼天线均包含n个全向天线振子。4.根据权利要求1所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述显控设备包括人机交互界面。5.一种如权利要求1-4任一项所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统的工作方法，其特征在于，包括：(1)询问波束调度：由显控设备控制防撞主机开始工作，ppc控制器周期性进行询问波束调度；(2)询问编码：fpga控制器根据ppc控制器进行询问波束调度时下发的命令，进行仅c模式、s模式询问的编码；(3)数字波束形成：在进行询问或没有进行询问时，共形相控阵天线通过数字波束形成的方式形成发射波束和接收波束、或全向波束，并经过转换输出和/差波束的数字i/q信号；(4)应答译码：fpga控制器接收和/差波束的数字i/q信号，根据询问模式打开对应的应答译码开关，按照c模式、s模式的信号格式进行应答译码，提取目标的c代码、s模式数据、和/差波束的幅度/相位，同时计算出目标距离，形成原始点迹数据上报给ppc控制器处理；(5)单脉冲测角：ppc控制器利用原始点迹数据中的和/差波束的幅度/相位，采用单脉冲测角的相关算法计算出目标方位角；(6)ppc控制器在实时获得目标距离、目标方位角、c代码和s模式数据的基础上，完成目标的点航迹处理，形成目标的航迹并发送给显控设备显示；并且，ppc控制器通过对目标飞行状态的监视，结合本机的飞行状态，完成临近空域飞行态势判断，对目标进行避撞威胁等级分类，并根据避撞威胁等级分类输出相应的防撞告警信息上报给显控设备显示。6.根据权利要求5所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统的工作方法，其特征在于，所述ppc控制器周期性进行询问波束调度的过程为：将左翼天线和右翼天线各自覆盖的90
°
范围分别均匀划分为m个波束，得到总共2m个波束；其中，2m个波束的波束中心指向间隔为90
°
/m，波束宽度设计为(90
°
/m)
×
1.5；仅c模式询问时，每个周期内ppc控制器编排小声呼叫序列，按照波束1～波束2m的顺序依次进行波束调度；
s模式询问时，每个周期内ppc控制器根据当前s模式目标信息列表，确定每一个需要询问的目标的方位所对应的波束，然后依次编排波束作为s模式询问命令对s模式目标进行点名询问。7.根据权利要求6所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述进行仅c模式、s模式询问的编码的编码输出信号包括幅度调制编码信号ask、相位调制编码信号dpsk、功放开关编码信号am、收发切换编码信号tr、译码门编码信号ym_gate。8.根据权利要求7所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述数字波束形成的具体过程包括：在进行仅c模式或s模式询问时，共形相控阵天线根据当前询问调度的波束号，通过数字波束形成的方式形成需要的发射波束和接收波束；在tr＝1时将幅度调制编码信号ask和相位调制编码信号dpsk通过发射波束辐射出去，在tr＝0且ym_gate＝1时通过接收波束将目标响应发射的应答信号接收下来，将接收的应答信号经过转换输出和/差通道的数字i/q信号；在没有进行询问时，即tr＝0且ym_gate＝0时，通过数字波束形成的方式形成全向波束，侦收空中s模式目标发送的断续振荡信号，将侦收的断续振荡信号经过转换输出和/差通道的数字i/q信号。9.根据权利要求8所述的基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统，其特征在于，所述采用单脉冲测角的相关算法计算出目标方位角的方法为：t
m
＝t
f
t
δ
；其中，t
m
为目标方位角，t
f
为共性相控阵天线波束中心指向相对与正北的方位角度，t
δ
为在波束主瓣内部目标相对共性相控阵天线波束中心指向的方位偏差。

技术总结
本发明提供一种基于共形相控阵天线的前向机载防撞系统及其工作方法，该系统中，共形相控阵天线作为应答信号的接收装置；防撞主机用于完成询问编码、应答译码、单脉冲测角、目标监视和防撞告警处理，并将得到的目标点航迹和防撞告警信息上报给显控设备进行显示；其中，所述单脉冲测角是指基于相控阵形成和/差波束的单脉冲测角。本发明采用共形相控阵天线作为应答信号的接收装置，天线与飞机机翼共形一体从而不影响飞机的气动特性，适用于速度更快、体积更小的飞机；同时采用数字相控阵形成和/差波束的单脉冲测角的方式，相对于传统的双通道比幅/比相的测角方式，能够较大地提升系统对目标的测角精度。对目标的测角精度。对目标的测角精度。


技术研发人员：蒋鑫 陈锡莲 付红
受保护的技术使用者：四川九洲空管科技有限责任公司
技术研发日：2021.11.01
技术公布日：2022/3/7