本發(fā)明涉及宇航飛行器，具體地，涉及一種多功能星載綜合射頻系統(tǒng)及裝置。

背景技術：

1、隨著無線電技術的不斷發(fā)展，艦載、機載及星載領域電磁波的應用范圍不斷擴展，上述平臺上射頻系統(tǒng)的類型與數(shù)量不斷增加，若采用傳統(tǒng)射頻系統(tǒng)分散、獨立、專用的設計理念，將造成射頻系統(tǒng)設備規(guī)模大，各類平臺難以滿足系統(tǒng)部署要求，為解決上述矛盾，射頻系統(tǒng)綜合一體化的概念被提出，世界各國均開展了廣泛研究。同時隨著有源相控陣與數(shù)字處理技術的進步，機載電子系統(tǒng)也逐步向射頻綜合化轉變。星載平臺在運行環(huán)境、資源約束、應用需求等方面與艦載、機載平臺存在很大差異，因此星載射頻系統(tǒng)綜合化還存在較多技術難點。

2、論文《艦載綜合射頻開放式體系架構技術研究》給出了一種艦載綜合射頻系統(tǒng)集成總體架構設計，包含模塊化射頻前端、分布式信號處理與集中式公共計算，有一定參考意義，但并未針對性解決星載平臺約束下的相關問題，無法應用于本發(fā)明所述用途。

3、論文《一種機載綜合射頻系統(tǒng)通用處理模塊設計》給出了一種適用于綜合射頻系統(tǒng)的統(tǒng)一高性能的通用化處理平臺的硬件設計，具有一定工程實踐意義，但并非星載綜合射頻系統(tǒng)性設計，無法應用于本發(fā)明所述用途。

4、論文《多功能綜合射頻系統(tǒng)設計》給出了一種多功能射頻系統(tǒng)設計，包含射頻接收、射頻發(fā)射及本振系統(tǒng)，但并非對星載綜合射頻系統(tǒng)性設計，無法應用于本發(fā)明所述用途。

5、專利文獻cn113612570a公開了一種機載多功能綜合射頻系統(tǒng)，包括分布式寬帶多功能孔徑、模塊化開放式射頻系統(tǒng)架構，但并非對星載綜合射頻系統(tǒng)性設計，無法應用于本發(fā)明所述用途。

6、專利文獻cn109245833b公開了一種航天器通用化射頻測控系統(tǒng)及方法，實現(xiàn)航天器測控系統(tǒng)綜合化設計，大幅減少測控系統(tǒng)規(guī)模，但并非對星載綜合射頻系統(tǒng)性設計，無法應用于本發(fā)明所述用途。

技術實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多功能星載綜合射頻系統(tǒng)及裝置。

2、根據(jù)本發(fā)明提供的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，包括：

3、寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列：采用多子陣模塊化設計，具備多波束信號收發(fā)、兩維寬角度波束掃描能力，采用低剖面、可展收結構設計適應星載平臺安裝與包絡約束；

4、可重構綜合射頻前端：實現(xiàn)系統(tǒng)所需射頻與中頻信號的上下變頻、二次放大與任意通道切換選通功能；

5、柔性高性能處理平臺：采用可重構、開放式、高可靠數(shù)字處理架構，具備波束指向計算、中頻信號高速采樣、高性能數(shù)字處理能力，通過加載不同軟件功能包實現(xiàn)系統(tǒng)多功能可定義。

6、優(yōu)選地，所述寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列包括高頻段陣列和低頻段陣列，采用有源電子掃描陣列aesa體制，高/低頻段陣列均按照8個子陣進行設計，每個子陣由多個模塊組成，每個模塊分別由多個4通道tr組件組成，每個子陣均具備波束獨立收發(fā)、兩維大角度掃描能力，發(fā)射時將激勵信號進行高功率放大及空間輻射，接收時完成信號的低噪聲放大，全陣多波束獨立工作。

7、優(yōu)選地，所述高/低頻段陣列包括有源組件層、相變儲能安裝板和輻射單元層；

8、陣列采用輕量化高集成層疊設計，相變儲能安裝板為有源組件層、輻射單元層提供安裝接口，并通過相變材料實現(xiàn)高熱耗陣列的熱管理；

9、所述有源組件層包含延時放大組件、功分網(wǎng)絡、電纜，安裝于相變儲能安裝板反面；

10、所述輻射單元層包含t/r組件、天線輻射單元，輻射單元排列方式與間距選取綜合考慮工作頻率、掃描范圍、單元數(shù)量因素；

11、在相變儲能安裝板反面粘貼高導熱石墨烯薄膜進行陣面均溫化設計，輻射單元層表明粘貼透波納米熱控薄膜增加陣面空間熱輻射。

12、優(yōu)選地，采用框架結構作為陣列的主承力結構，并提供陣列對外機械安裝接口，框架結構采用高模量的碳纖維復合材料，滿足空間高低溫交變情況下陣列高平面度要求。

13、優(yōu)選地，采用壓緊釋放機構實現(xiàn)高/低頻段陣列在星體上的壓緊與收攏，入軌后在指令控制下火工品起爆、解鎖。

14、優(yōu)選地，采用展開機構作為衛(wèi)星入軌后陣列展開的動力源，同時提供陣列與星體的旋轉軸，實現(xiàn)陣列展開到位后的鎖定。

15、優(yōu)選地，所述可重構綜合射頻前端包括全頻段上下變頻模塊、寬帶全交換射頻路由模塊、頻率源模塊和電源模塊；

16、所述全頻段上下變頻模塊實現(xiàn)系統(tǒng)工作頻段內(nèi)信號的上下變頻、二次放大及帶通濾波；

17、所述寬帶全交換射頻路由模塊由寬帶高速開關組成，實現(xiàn)各通道射頻信號的任意選通；

18、所述頻率源模塊提供不同的本振信號；

19、所述電源模塊將一次電源轉換至其他模塊所需的二次供電。

20、優(yōu)選地，所述柔性高性能處理平臺采用可重構、開放式、高可靠數(shù)字處理架構，由高性能硬件、軟硬解耦中間件、專業(yè)算法軟件包組成；

21、所述高性能硬件完成中頻信號的高速采樣、高性能數(shù)字處理；

22、所述軟硬解耦中間件實現(xiàn)硬件接口統(tǒng)一化、規(guī)范化描述，實現(xiàn)軟硬件的解耦；

23、所述專業(yè)算法軟件包由測控功能包、數(shù)傳功能包、通信功能包和sar功能包組成，實現(xiàn)不同功能的數(shù)字信號處理，實現(xiàn)射頻系統(tǒng)多功能可定義，適應不同任務需求。

24、優(yōu)選地，所述高性能硬件包括信號處理模塊、ai處理模塊、信號交換模塊及大容量存儲模塊；

25、所述信號處理模塊由多路模數(shù)轉換adc、數(shù)模轉換dac、高性能fpga和多核dsp組成，完成數(shù)字信號的采樣、處理與生成；

26、所述ai處理模塊通過人工智能芯片結合fpga架構實現(xiàn)信號智能化處理；

27、所述信號交換模塊根據(jù)工作模式實現(xiàn)接收數(shù)字信號的任意路由、處理資源的調(diào)度；

28、所述大容量存儲模塊采用高可靠nand?flash芯片，提供不小于2t字節(jié)的存儲能力，實現(xiàn)有效載荷在軌數(shù)據(jù)長時間存儲。

29、根據(jù)本發(fā)明提供的多功能星載綜合射頻裝置，采用所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)。

30、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

31、(1)本發(fā)明提出的在星載平臺約束下的一種綜合射頻系統(tǒng)通用化架構，可將傳統(tǒng)分立式的星載射頻系統(tǒng)向高集成、多功能、共形化轉變，可有效減少星載射頻系統(tǒng)規(guī)模；

32、(2)本發(fā)明提出的適用于星載平臺約束的寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列，采用分級化、模塊化設計，采用低剖面層疊設計，滿足星載平臺包絡約束，采用多種熱控手段，滿足星載運行環(huán)境；

33、(3)本發(fā)明提出的柔性高性能處理平臺，采用可重構、開放式的數(shù)字處理架構，充分完成軟硬件的解耦，實現(xiàn)射頻系統(tǒng)多功能可定義，以適應不同任務需求。

技術特征：

1.一種多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列包括高頻段陣列和低頻段陣列，采用有源電子掃描陣列aesa體制，高/低頻段陣列均按照8個子陣進行設計，每個子陣由多個模塊組成，每個模塊分別由多個4通道tr組件組成，每個子陣均具備波束獨立收發(fā)、兩維大角度掃描能力，發(fā)射時將激勵信號進行高功率放大及空間輻射，接收時完成信號的低噪聲放大，全陣多波束獨立工作。

3.根據(jù)權利要求2所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述高/低頻段陣列包括有源組件層、相變儲能安裝板和輻射單元層；

4.根據(jù)權利要求2所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，采用框架結構作為陣列的主承力結構，并提供陣列對外機械安裝接口，框架結構采用高模量的碳纖維復合材料，滿足空間高低溫交變情況下陣列高平面度要求。

5.根據(jù)權利要求2所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，采用壓緊釋放機構實現(xiàn)高/低頻段陣列在星體上的壓緊與收攏，入軌后在指令控制下火工品起爆、解鎖。

6.根據(jù)權利要求2所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，采用展開機構作為衛(wèi)星入軌后陣列展開的動力源，同時提供陣列與星體的旋轉軸，實現(xiàn)陣列展開到位后的鎖定。

7.根據(jù)權利要求1所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述可重構綜合射頻前端包括全頻段上下變頻模塊、寬帶全交換射頻路由模塊、頻率源模塊和電源模塊；

8.根據(jù)權利要求1所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述柔性高性能處理平臺采用可重構、開放式、高可靠數(shù)字處理架構，由高性能硬件、軟硬解耦中間件、專業(yè)算法軟件包組成；

9.根據(jù)權利要求8所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)，其特征在于，所述高性能硬件包括信號處理模塊、ai處理模塊、信號交換模塊及大容量存儲模塊；

10.一種多功能星載綜合射頻裝置，其特征在于，采用權利要求1-9中任一項所述的多功能星載綜合射頻系統(tǒng)。

技術總結
本發(fā)明提供了一種多功能星載綜合射頻系統(tǒng)及裝置，包含：寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列、可重構綜合射頻前端、柔性高性能處理平臺；寬帶低剖面一體化收發(fā)陣列采用多子陣設計，具備多波束信號收發(fā)、兩維寬角度波束掃描、接收信號低噪聲放大的能力，采用低剖面、可展收結構設計適應星載平臺約束；可重構綜合射頻前端具備全頻段信號上下變頻處理及多通道全交互射頻路由的能力；柔性高性能處理平臺采用可重構、開放式、高可靠數(shù)字處理架構，具備中頻信號高速采樣、高性能數(shù)字處理、軟件定義功能、在軌動態(tài)升級的能力。本發(fā)明可將傳統(tǒng)分立式的星載射頻系統(tǒng)向高集成、多功能、共形化轉變，可有效減少星載射頻系統(tǒng)規(guī)模。

技術研發(fā)人員：王瀚霆,鄭瑾,劉文山,陳占勝,曹岸杰,孫偉,黃業(yè)平,張喆,郭禹辰
受保護的技術使用者：上海衛(wèi)星工程研究所
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9