基于綜合射頻體制的無人機艦面測控天線設計技術
基于綜合射頻體制的無人機艦面測控天線設計技術是將數(shù)據(jù)鏈天線孔徑由載艦的分布式寬帶多功能孔徑取代,采用模塊化、開放式、可重構的射頻傳感器系統(tǒng)體系構架,并結合功能控制與資源管理調度算法、軟件,實現(xiàn)無人機數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳漕l功能。
綜合射頻技術將“綜合”推進到天線及射頻前端,基于共用射頻模塊進行實時控制與資源共享、資源管理、資源分配,從而使系統(tǒng)設計師能用盡可能少的多功能射頻模塊構建出一個兼具任務規(guī)劃,導航通信識別,態(tài)勢感知、目標探測、跟蹤、攻擊能力的多功能一體化綜合射頻航空電子系統(tǒng),而且使航空電子系統(tǒng)的成本、重量、功耗、失效率顯著下降。主要技術研究方向包括:
(1)資源調度設計,基于時間、功能的資源分配、重構和管理。
(2)寬帶相控陣多任務技術。
(3)寬帶有源T/R組件技術。
(4)寬頻帶天線、微波系統(tǒng)技術。
(5)綜合信號處理技術。
(6)高速數(shù)據(jù)傳輸和交換網(wǎng)絡技術。
(7)多功能綜合一射頻系統(tǒng)管理和控制技術。
無穩(wěn)定平臺裝置的無人機測控天線自動跟蹤技術
無穩(wěn)定平臺裝置的無人機測控天線自動跟蹤技術是利用GPS引導方式和無刷伺服電機控制,實現(xiàn)對定向天線的方位角、俯仰角的伺服控制,并具有一定預留擴展性。避免采用單通道單脈沖跟蹤體制,通過信號相位關系來進行方位俯仰判斷而引人復雜伺服系統(tǒng)。
美國BMS公司已將該技術應用到某型無人機最新的跟蹤天線中。目前主要技術研究方向包括:
(1)系統(tǒng)架構設計,利用飛行中的無人機GPI位置與艦面控制站中的數(shù)據(jù)鏈GPS位置、系統(tǒng)傳輸延遲等因素,解算求得天線的方位和俯仰角。
(2)伺服電機控制,既保證轉動力矩平穩(wěn),又要轉動角度準確。
(3)再次跟蹤技術,針對無人機數(shù)據(jù)鏈天線丟失無人機后的再次捕獲技術。
輕型集成天線技術
輕型集成天線技術是將多種天線集成化、輕型化、一體化、平面化,將天線嵌人、集成到艦艇上層建筑中的技術,它綜合運用平面陣天線、聯(lián)合孔徑、材料、結構設計、系統(tǒng)集成等技術,通過系統(tǒng)工程的辦法,使艦艇的天線設計與隱身設計有機地集合起來。主要優(yōu)勢在于:(1)天線小型化,可減小天線體積、尺寸,適宜艦艇安裝。(2)多制式天線的應用將節(jié)省成本和天線資源,靈活滿足要求。(3)新材料的應用,即可滿足天線的基本功能,又能在隱身、電磁兼容方面有所提高。
國外天線設計已從單一功能綜合化、分體設計向模塊化集成設計、電磁無源材料向有源電控材料、大尺寸向小型化變化,且從功能、設計、部署都朝智能化發(fā)展。主要技術研究方向包括:
(1)天線體積小型化。天線小型化是在保證天線性能基本不變的條件下,減小天線的體積。
(2)多種制式網(wǎng)絡共天饋應用,未來多種制式共用一面超寬帶天線,不僅天線工作頻段覆蓋多個制式,而且可以根據(jù)系統(tǒng)的不同要求,實現(xiàn)每一個制式的獨立調節(jié)。
(3)天線功能模式向智能化功能方向發(fā)展。未來天線實現(xiàn)智能化的波束賦形、波束指向控制、波束分裂和遠程控制,靈活滿足戰(zhàn)場的應用需求。通過天線的智能化系統(tǒng)間互操作和資源的優(yōu)化利用,最終實現(xiàn)智能化的操作方式。
(4)天線與射頻模塊連接由分離式向集中式發(fā)展。未來集中式的設備代替分離式的設備,光纖代替電纜,天線與主設備實現(xiàn)小型化和一體化并充分結合,實現(xiàn)天線、頻譜資源的節(jié)約和靈活的部署方式,適應網(wǎng)絡扁平化的發(fā)展趨勢。
(5)新型材料的研發(fā)與運用。
機載共形相控陣天線技術
機載共形天線(陣)是將天線從飛機內(nèi)笨重的設備轉型成為大型但輕薄的陣列,從而成為長航時無人機機翼的一部分甚至是飛機蒙皮的一部分,使天線與載體飛機共形,而不破壞飛機的機械性能和氣動性能。
將共形陣列附著在飛機的外層有幾大好處。首先擴大了用于感知探測的平臺范圍,任何飛機都容易被改裝用于情報搜集。機翼、機門或機身都可以成為天線;另外,采用共形天線后,陣列孔徑更大,這意味著探測性能會更好。而且,采用共形天線可以實現(xiàn)對飛機進行降低雷達特征的優(yōu)化設計,同時可以節(jié)省空問,減少飛機的氣動阻力,最大限度地減少天線對飛行器氣動力學的影響,相應地提高了飛機的飛行時間。
在共形天線領域,國際上存在著激烈的競爭。美國國防部認為,未來十年需要研制的是高端無人作戰(zhàn)飛機以及偵察無人機。共形的多孔徑傳感器,也被稱作智能蒙皮,將是這些工作中的重點。目前存在的需求是制造能夠作為飛機蒙皮、耗電非常少的輕型天線陣列。將共形陣列用于無人作戰(zhàn)飛機上,小型、隱身、導彈大小的無人作戰(zhàn)飛機可以很好地結合共形天線的優(yōu)勢,將整個無人機平臺的外表層都作為孔徑,進行通信、成像、千擾并向敵方電子設備發(fā)射高功率脈沖以發(fā)揮武器的作用。