1分布式雷達" title="分布式雷達">分布式雷達的特點

隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，雷達對信號的傳輸提出了很多新要求?，F(xiàn)代很多新體制雷達系統(tǒng)由多個雷達站協(xié)同工作，各雷達站相距較遠，達幾十公里甚至幾百公里，雷達信號的遠距離傳輸是多站協(xié)同工作的基礎(chǔ)。這種多站協(xié)同工作雷達體制有多基地雷達、柵欄雷達、雷達組網(wǎng)和分布式雷達等。多基地雷達、柵欄雷達、雷達組網(wǎng)等只需傳輸點跡和航跡信息，其數(shù)據(jù)通信速率較低，通信容量較??；分布式雷達需傳輸接收信號A／D轉(zhuǎn)換后的實時回波數(shù)據(jù)，其通信需求的最大特點也是最大難點在于超寬帶大容量數(shù)據(jù)的長距離實時傳輸。

分布式雷達系統(tǒng)由一個聯(lián)合處理控制中心和多個發(fā)射站及多個接收站組成。聯(lián)合處理控制中心產(chǎn)生基準信號送到各雷達，使各雷達具有相同的時間基準，便于各雷達之間的時間同步；不同接收站、不同頻率的接收信號傳輸?shù)铰?lián)合處理控制中心，綜合起來進行信號級的積累處理(相參和非相參)。分布式雷達的本質(zhì)特征是：采用多個同頻或不同頻輻射信號，采用多個接收站接收信號，將多站接收到的多個頻段信號傳輸?shù)教幚碇行倪M行積累(相參或非相參)處理。

寬帶通信網(wǎng)絡(luò)是分布式雷達的主干神經(jīng)，雷達信號和控制信息的傳輸完全依賴于通信網(wǎng)絡(luò)的支持，其性能的好壞直接影響整個系統(tǒng)的性能發(fā)揮。

2光通信技術(shù)

光纖通信系統(tǒng)是以光波作為傳輸信息的載波、以光纖作為傳輸介質(zhì)的一種通信系統(tǒng)，具有速率高、損耗低、抗干擾能力強、保密性好、重量輕、體積小等優(yōu)點。

在目前的雷達通信系統(tǒng)中，常常采用自定義的高速傳輸協(xié)議。用高速復(fù)接技術(shù)將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)復(fù)接成專用的高速數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換變成光信號在光纖中傳輸，在對端經(jīng)光電轉(zhuǎn)換、分接后恢復(fù)所需數(shù)據(jù)。這種方法的好處是采用自定義高速傳輸協(xié)議，協(xié)議開銷少，傳輸效率高。缺點是自定義高速傳輸協(xié)議與通信標準協(xié)議不兼容，不能利用成熟的光通信技術(shù)與設(shè)備，不能接入公共通信網(wǎng)。隨著通信容量需求的增加，不但需要增加光通信設(shè)備，還需要增加光纖鋪設(shè)，使成本成倍增加。

在分布式雷達通信系統(tǒng)中采用SDH" title="SDH">SDH(同步數(shù)字體系)和WDM(波分復(fù)用)光通信技術(shù)，可以很好地利用成熟的光通信技術(shù)與設(shè)備，大大提高系統(tǒng)的通信容量，在必要時能夠接入公共通信網(wǎng)，大大擴展了雷達系統(tǒng)的布防范圍。

2.1 SDH技術(shù)

SDH是一種將復(fù)接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡(luò)。

SDH有一套標準的信息速率結(jié)構(gòu)等級，稱為STM(同步傳送模塊)。最基本、也是最重要的模塊是STM-1，接口速率155.52 Mbit／s。更高等級的STM-N信號是將N個STM-1同步復(fù)用、字節(jié)間插后形成。SDH標準接口速率見表1。
 

國際電聯(lián)在ITU-T G.707中對STM-N信號的幀結(jié)構(gòu)作了規(guī)定。STM-N的幀是以字節(jié)為單位的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)，由縱向9行和橫向270×N列字節(jié)組成。傳輸時按從左至右、從上之下的順序依次傳輸，幀周期為125μs。

如圖l所示，STM-N的幀結(jié)構(gòu)由SOH(段開銷)、Au-PTR(管理單元指針)、信息凈負荷(payload)3部分組成。信息凈負荷是在STM-N幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息碼塊的地方，其中還含有POH(通道開銷字節(jié))。
 

SDH傳輸業(yè)務(wù)信號時各種業(yè)務(wù)信號要進入SDH的幀結(jié)構(gòu)都要經(jīng)過映射、定位和復(fù)用3個步驟。映射是將各種速率的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應(yīng)的標準容器(C)，再加入POH形成VC(虛容器)的過程。幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移，定位即是將幀偏移信息收進TU(支路單元)或AU(管理單元)的過程，它通過TUPTR(TU指針)或AUPTR(管理指針)的功能來實現(xiàn)。復(fù)用則是將多個低價通道層信號通過碼速調(diào)整使之進入高價通道，或?qū)⒍鄠€高價通道層信號通過碼速調(diào)整使之進入復(fù)用層的過程。

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多不同類型的應(yīng)用需要通過SDH傳送網(wǎng)絡(luò)承載。由于SDH自身能夠?qū)ν馓峁┑臉藴式涌诜N類有限，為了更高效的承載某些速率類型的業(yè)務(wù)，出現(xiàn)了VC-4帶寬捆綁的級聯(lián)技術(shù)和虛級聯(lián)技術(shù)。采用VC級聯(lián)的技術(shù)，將多個VC組合起來，形成一個組合容量更大的容器，使SDH設(shè)備可以滿足任意速率的高效接入。

2.2 WDM技術(shù)

WDM技術(shù)是利用單模光纖的寬帶及低損耗的特性，采用多個波長的光作為載波，允許各載波信道在同一根光纖內(nèi)同時傳輸。WDM技術(shù)采用光路復(fù)用器(光合波器)將多路不同波長的光信號合在一起，在同一根光纖中傳輸；在對端采用光路解復(fù)用器(光分波器)將來自同一根光纖中的合波信號分解成多路不同波長的光信號，分別進行處理。與通用的單信道系統(tǒng)相比，WDM不僅極大地提高了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信容量，充分利用了光纖的帶寬，而且它具有擴容簡單和性能可靠等優(yōu)點，特別是它可以直接接人多種業(yè)務(wù)更使得它的應(yīng)用前景十分光明。

人們通常把光信道間隔較大(甚至在光纖不同窗口上)的WDM稱為CWDM(稀疏波分復(fù)用)，而把在同一窗口中信道間隔較小的WDM稱為DWDM(密集波分復(fù)用)。隨著科技的進步，現(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)波長間隔為納米級的復(fù)用，甚至可以實現(xiàn)波長間隔為零點幾納米級的復(fù)用。

如果采用CWDM，一般可用到10多波，通信距離一般為40 km左右，小于80 km。要實現(xiàn)長距離通信，必須采用DWDM技術(shù)。DWDM技術(shù)目前可用到100多波，無中繼傳輸距離已經(jīng)可以達到400 km。

3分布式雷達通信系統(tǒng)工作原理

3.1總體方案

該分布式雷達通信系統(tǒng)總體方案如圖2所示。

該通信系統(tǒng)由1個中心站和多個外圍站組成，采用光纖通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。中心站和各個外圍站之間采用同纜雙向光纖相連，構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

中心站至外圍站作為下行線路，外圍站至中心站作為上行線路。

下行數(shù)據(jù)速率較低，為公共信息，可采用廣播形式發(fā)送。將下行的多路低速數(shù)據(jù)經(jīng)過復(fù)用成一路高速串行數(shù)據(jù)，采用高速低抖動復(fù)接光傳輸技術(shù)將光信號分送至各外圍站光通信控制分機內(nèi)。外圍站光通信控制分機將信號解復(fù)用后恢復(fù)各路定時信號、控制信號和話音信號，分送至雷達處理單元和話音終端。

上行數(shù)據(jù)主要是各通道接收機A／D轉(zhuǎn)換后的大量數(shù)字基帶IQ數(shù)據(jù)、各單元監(jiān)測信息及話音信號，加上傳輸協(xié)議開銷，其基本處理單元的傳輸速率約為600 Mbit／s。由雷達處理單元(用戶)將A／D數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、幀定位信號等復(fù)用組合起來構(gòu)成用戶幀，數(shù)據(jù)速率約為600 Mbit／s。

本系統(tǒng)將非標準數(shù)據(jù)映射到標準的SDH幀結(jié)構(gòu)，使其符合ITU-T標準，能夠在后續(xù)處理中應(yīng)用成熟的SDH技術(shù)，使用許多通信的常規(guī)技術(shù)和設(shè)備，在必要時也可接入公共通信網(wǎng)。

分布式雷達系統(tǒng)各外圍雷達站的接收通道數(shù)目前為幾十個，在未來將擴展到成百上千個，因此要求通信容量可擴展，考慮到數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀荆Y(jié)合當(dāng)前光通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，采用SDH技術(shù)和DWDM技術(shù)相結(jié)合的方案。

當(dāng)雷達系統(tǒng)某外圍站通信容量較低時(小于4×600 Mbit／s)，可只配置1塊業(yè)務(wù)盤，光路盤可不配置WDM模塊。當(dāng)雷達系統(tǒng)某外圍站通信容量較高時，可配置WDM光路盤和多塊業(yè)務(wù)盤。業(yè)務(wù)盤最多可配置8塊，實現(xiàn)單纖20 Gbit／s大容量數(shù)據(jù)傳輸；也可4塊實用、4塊備用，實現(xiàn)單纖10 Gbit／s大容量數(shù)據(jù)熱備份傳輸。

下行數(shù)據(jù)傳輸較簡單，下面只對上行的單向數(shù)據(jù)傳輸進行說明。

3.2單向數(shù)據(jù)SDH+WDM傳輸原理

本系統(tǒng)上行數(shù)據(jù)SDH+WDM傳輸原理如圖3。

首先用SDH技術(shù)實現(xiàn)單波2.5 Gbit／s數(shù)據(jù)傳輸，再結(jié)合WDM技術(shù)，采用8波道光信號在同一根光纖中傳輸，實現(xiàn)單纖20 Gbit／s大容量數(shù)據(jù)傳輸。

在發(fā)送端，來自多個用戶的600 Mbit／s用戶數(shù)據(jù)經(jīng)用戶接口送入用戶業(yè)務(wù)發(fā)送盤，4路用戶數(shù)據(jù)映射到SDH體制級聯(lián)的VC-4-4虛容器(622 Mbit／s)，裝入標準的STM-16幀(2.5 Gbit／s)結(jié)構(gòu)，成為STM-16電信號，送入WDM光路盤。WDM光路盤將STM-16電信號經(jīng)電光轉(zhuǎn)換成光信號，送到光合波器。光合波器將來自多塊發(fā)送盤的多路不同波長的光信號合在一起，在同一根光纖中傳輸。

在接收端，光分波器將來自同一根光纖中的合波信號分解成8路不同波長的光信號，分別送入接收業(yè)務(wù)盤對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器，變換成STM-16電信號，送到用戶業(yè)務(wù)接收盤。接收盤解復(fù)用、去映射后恢復(fù)各路600 Mbit／s用戶數(shù)據(jù)幀，送至雷達各處理單元。

電路采用模塊化設(shè)計，便于系統(tǒng)的維修和擴展。系統(tǒng)擴展時，只需增加用戶業(yè)務(wù)發(fā)送和接收業(yè)務(wù)盤。

每對業(yè)務(wù)盤(一塊發(fā)送盤和一塊接收盤)對應(yīng)一個波長，業(yè)務(wù)盤的配置數(shù)量按照系統(tǒng)要求確定，本系統(tǒng)按照4～8對配置。

對于一個接收通道數(shù)據(jù)速率約為幾十Mbit／s的系統(tǒng)，每對業(yè)務(wù)盤可處理幾十個接收通道的回波A／D數(shù)據(jù)，線路數(shù)據(jù)速率為2.5 Gbit／s。

8對業(yè)務(wù)盤可處理幾百個接收通道的回波A／D數(shù)據(jù)，線路數(shù)據(jù)速率為20 Gbit／s。

3.3發(fā)送電路工作原理

發(fā)送端的數(shù)據(jù)主要由用戶業(yè)務(wù)發(fā)送盤處理，每個雷達處理單元作為一個用戶，每一塊用戶業(yè)務(wù)發(fā)送盤最多可處理4個用戶的數(shù)據(jù)，其原理如圖4所示。

雷達處理單元(用戶)將A／D數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、幀定位信號等組合起來構(gòu)成用戶幀，約600 Mbit／s的高速數(shù)據(jù)，加入有效數(shù)據(jù)指示(data_valid)信號來指出當(dāng)前并行輸入到SERDES中的數(shù)據(jù)是否有效，然后采用SERDES將并行數(shù)據(jù)串行化傳輸。在雷達處理單元與光通信控制分機之間采用光互聯(lián)或雙芯電纜相連。在光通信控制分機側(cè)采用相同的SERDES將數(shù)據(jù)接收下來，只有有效的數(shù)據(jù)被傳輸。這種方法的好處是雷達處理單元側(cè)時鐘設(shè)計會簡化，數(shù)據(jù)速率發(fā)生變化時對整個系統(tǒng)幾乎沒有什么影響，在接收端進行業(yè)務(wù)去映射時時鐘抖動小。在對端的用戶板上經(jīng)過SERDES串并變換后得到與發(fā)端完全相同的信號關(guān)系，同樣包括有效數(shù)據(jù)指示(data_valid)信號指出當(dāng)前并行數(shù)據(jù)是有效數(shù)據(jù)。

用戶業(yè)務(wù)發(fā)送盤由FPGA電路將每個用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)映射到SDH級聯(lián)的VC-4-4虛容器(622 Mbit／s)，4個VC-4-4復(fù)用成一個STM-16幀(2.5 Gbit／s)，送入WDM光路盤進行波分復(fù)用傳輸。

3.4接收電路工作原理

用戶業(yè)務(wù)接收盤接收光路盤送來的高速數(shù)據(jù)電信號，經(jīng)解復(fù)用、去映射處理后恢復(fù)各路A／D數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)、幀定位信號等組合起來的用戶幀，送至雷達各處理單元，與用戶業(yè)務(wù)發(fā)送盤相對應(yīng)，每一塊用戶業(yè)務(wù)接收盤最多可處理4個用戶的數(shù)據(jù)，其原理如圖5所示。

4結(jié)束語

在分布式雷達通信系統(tǒng)中采用SDH技術(shù)和WDM技術(shù)，可滿足雷達系統(tǒng)信號實時性要求，數(shù)據(jù)傳輸能達到的速率更高，能避免將雷達視頻進行壓縮傳輸而產(chǎn)生信號損傷，使雷達系統(tǒng)得到更多的細節(jié)信息。可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的長距離傳輸，使雷達系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用成為可能。符合ITU-T標準，具有標準的接口，必要時能夠接人公共電信通信網(wǎng)。采用模塊化設(shè)計和DWDM技術(shù)，便于系統(tǒng)的維修和擴展，可提高雷達系統(tǒng)的戰(zhàn)場生存能力。因此，將SDH和WDM技術(shù)引入雷達信號的傳輸，能夠有效提高雷達系統(tǒng)的性能。