CN103412288A - 全固态x波段便携式雷达信标机及其信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全固态X波段便携式雷达信标机及其信号处理方法，由天线接收外部的询问信号，经双工器进入微波接收机；微波接收机对询问信号进行低噪声放大、下变频至中频，滤波、放大、对数检波、线性放大后送入数字处理电路；数字处理电路对信号进行分析处理，输出控制信号至微波发射机，控制微波发射机的收发分时工作，并对发射信号进行调制，发射信号经双工器由天线向外部应答，微波频率源为微波接收机、微波发射机提供频率源，电源转换电路提供电子***内部所需的各种电源。本发明解决了传统信标机或作用距离小，或可靠性较低，或重量重、体积大，或工作模式无法应答通讯，或发射编码单一，或使用环境要求严格、使用不够灵活方便的问题。

Description

全固态X波段便携式雷达信标机及其信号处理方法

技术领域

本发明属于导航设备领域，具体涉及一种可应用于导航、定位、搜救、空中管制等军用和民用领域的全固态X波段便携式雷达信标机，以及相应的信号处理方法。

背景技术

雷达信标机是一种能接收某一频段雷达的询问，并用同频段的另一个频率回答询问的导航设备，属于应答式信标机。

便携式雷达信标机可由地面人员携带，工作时在地面架设，主要用于接收并回答机载、舰载或其它雷达的询问。工作在X波段（频率在8～12GHz的无线电波波段）的雷达信标机，受天气影响小，尤其在雨天、雾天和能见度差的情况，能发挥巨大的作用。

传统的便携式雷达信标机为了达到较远的作用距离，需要采用电真空器件产生大功率的发射信号。电真空器件的使用存在可靠性低、体积大等劣势。其次，传统的便携式雷达信标机只有单一电源接口，无法满足不同供电环境的使用需求，使用上灵活性较差。传统的便携式雷达信标机只能发射一种固定的编码信号。

市场上还有一些种类的信标机，有的作用距离较小，有的无法在复杂、恶劣环境条件下工作，有的依赖GPS，有的只能发射信号属单向式工作。有些虽然已经比较成熟，但在远距离工作、应答通讯、复杂条件适应性等方面有明显的局限性。

发明内容

针对现有便携式雷达信标机的上述问题，申请人经过研究改进，提供一种作用距离远、编码形式多样且可调、体积小、重量轻、可靠性高、能适应多种恶劣环境、适用多种不同类型电源环境的全固态X波段便携式雷达信标机，以及相应的信号处理方法。

本发明的技术方案如下：

一种全固态X波段便携式雷达信标机，包括天线、双工器、微波接收机、数字处理电路、微波发射机、微波频率源以及电源转换电路；所述天线与双工器相连，所述双工器的输入输出端之间顺序连接微波接收机、数字处理电路以及微波发射机，所述微波频率源为微波接收机、微波发射机提供频率源，所述电源转换电路为上述各电路模块提供电源。

其进一步的技术方案为：所述天线包括全向天线和定向天线。

其进一步的技术方案为：还包括自检控制电路，所述自检控制电路与微波接收机的输入端连接。

以及，其进一步的技术方案为：所述各电路模块采用全固态电子元器件。

本发明还提供一种全固态X波段便携式雷达信标机的信号处理方法，包括以下步骤：当全向天线或定向天线接收到指定频率的询问信号后，询问信号经双工器、定向耦合器、限幅器进入混频器，与本振信号混频，产生中频信号；中频信号经滤波、放大、对数检波、线性放大后，给到自适应门限电路；自适应门限电路输出一个触发脉冲至编码电路，编码电路按选定的编码方式输出脉冲编码；脉冲编码进入电源调制电路，控制发射信号的输出开关和发射通道的供电电源，产生脉冲调制的大功率微波信号，经双工器传输到天线向外发射，供询问方接收。

本发明的有益技术效果是：

本发明的最大作用距离可达到80km以外；有两类共25种发射脉冲形式可供选择；可以适应三种电源类型，分别为12VDC、24VDC和市电220VAC；采用全固态集成电路设计，可靠性高、体积小、重量轻，重量小于2.5kg；工作温度范围-35℃～+50℃；能适应多种环境类型，例如降雨、砂尘、湿热、霉菌、盐雾等。

本发明解决了传统信标机或作用距离小，或可靠性较低，或重量重、体积大，或工作模式无法应答通讯，或发射编码单一，或使用环境要求严格、使用不够灵活方便的问题。

本发明附加的优点将在下面具体实施方式部分的描述中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是本发明的原理框图。

图2是本发明的微波频率源电路原理图。

图3是本发明的电源转换电路原理图。

图4是本发明的自检控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

本发明的便携式雷达信标机主要由天线和主机组成，此外还有供电电缆、锂电池等部分。图1示出了本发明的技术原理图，如图1所示，天线1分为全向天线和定向天线；主机为包含双工器2、微波接收机3、数字处理电路4、微波发射机5、微波频率源6、电源转换电路7及可选的自检控制电路8的综合电子***。

图1中，由天线1接收到的外部的询问信号，经双工器2进入微波接收机3；微波接收机3对询问信号进行低噪声放大、下变频至中频，并对中频信号进行滤波、放大、对数检波、线性放大后，将电信号送给数字处理电路4；数字处理电路4对信号进行分析处理，输出控制信号至微波发射机5，控制微波发射机5的收发分时工作，并对发射信号进行调制。发射信号经双工器2由天线1向外部应答。微波频率源6为微波接收机3、微波发射机5提供工作所需频率源。自检控制电路8用于产生一个模拟接收信号，送入微波接收机3做自检处理。电源转换电路7提供本发明电子***内部所需的各种电源。

以下对本发明的各组成部分分别进行具体说明。

天线1：本发明的便携式雷达信标机配备两种天线供实际使用时选择，全向天线使用一维谐振式缝隙天线，辐射波导有八个窄壁倾缝和四个宽壁横缝组成，窄壁倾缝作为主辐射源，在两侧对称给开四个缝，相邻缝隙倾斜方向交替相反，各缝辐射场分量合成与波导轴平行的水平极化波。定向天线在波导的一窄边的中心线设计4个并联谐振缝隙，谐振长度为工作波长的一半，间距为半个波导波长，缝隙倾角要满足并联匹配要求。斜缝交替倾斜实现同相激励，同时为保证极化失配损耗最小，设计4个对称斜缝，抵消不需要的水平极化波。两种天线可以根据需要进行选择，全向天线可以在水平360°内实现全覆盖，但天线增益较低，作用距离相对较近。定向天线水平方位内存在局部性，但是天线增益较高，可实现更远的作用距离。天线罩由于涉及频率较高，介质覆盖会影响天线的性能，因此天线罩材料选择能防风、沙、雨，并对电性能影响小的玻璃钢，结构为单层薄壁锥形。罩子厚度小于1.5mm，达到天线工作波长的1/20，对天线性能影响可以忽略。

微波接收机3：包括定向耦合器、限幅器和混频器。采用典型的超外差式接收机模式，将天线接收到的询问信号通过低噪声放大、与本振LO下变频至中频，中频信号经滤波放大，通过对数检波放大实现较高的动态范围。

数字处理电路4：包含自适应门限电路和编码电路。自适应门限电路的作用是稳定应答延迟时间，使之与接收信号的电平无关，此电路的工作触发信号XMT来自调制单元，当有调制脉冲输出时，此信号提前将自适应门限电路输出屏蔽，防止发射脉冲漏入编码电路。编码电路接收到来至自适应门限电路的信号，根据预先设置好的编码方式输出，作为接收、发射分时工作的控制信号，并调制发射脉冲。

微波发射机5：包括电源调制电路。采用全固态发射机技术实现，使用饱和输出功率约30瓦的GaAs功率放大器，实现整机输出大于20瓦的要求。并对放大器漏极电压进行调制，可以很大地提高发射电路的电源效率。固态发射机技术具有寿命长、可靠性高、体积小、重量轻，效率高、维护方便、成本低的优点。对实现所述雷达信标机小型化，高可靠性具有重大意义。

微波频率源6，如图2所示：采用三个独立的锁相环电路分别作为发射Ft、本振LO、接收F0的点频信号来源。电路采用晶振作为基准源。每个锁相环包含3个单元电路，鉴相器、环路滤波器和压控振荡器。鉴相器把周期性输入信号的相位与压控振荡器信号的相位进行比较，鉴相器的输出信号是这两个输入信号之间相位误差的度量，之后该误差电压由环路滤波器进行滤波，而环路滤波器的输出被用作控制电压送至压控振荡器，控制电压改变了压控振荡器的频率，以减小输入信号与压控振荡器之间的相位误差，直至零相位误差。实现频率稳定输出。

电源转换电路7，如图3所示：可以适应三种电源类型，一是车载或电池12VDC，二是车载的24VDC，三是市电220VAC。通过同一电缆不同线束进入，经过电源处理得到所述便携式雷达信标机内部所需的各种电源。

自检控制电路8，如图4所示：频率源产生一个模拟的询问信号，模拟所述便携式雷达信标机工作过程，通过接收中频信号检波和发射信号检波判别其是否工作正常。实现所述便携式雷达信标机的自我检测。

本发明的信号处理方法如下：

当全向天线或定向天线接收到指定频率的询问信号后，询问信号经双工器、定向耦合器、限幅器进入混频器，与微波频率源产生的本振信号混频，产生中频信号。中频信号经滤波、放大、对数检波、线性放大后，给到自适应门限电路；自适应门限电路输出一个触发脉冲至编码电路，编码电路按选定的编码方式输出脉冲编码；脉冲编码进入电源调制电路，控制发射信号的输出开关和发射通道的供电电源，产生脉冲调制的大功率微波信号，经双工器传输到天线向外发射，供询问方接收。

综上所述，本发明工作频率在X波段，内部的微波发射机、微波接收机、数字处理电路、电源等采用全固态电子元器件，发射微波信号功率高达20W以上，接收灵敏度优于-75dBm（即最小可识别信号为约3.16×10-11瓦），内置X波段锁相环频率源产生3个频率的微波信号，信号频率精度高且稳定，带收发自检功能，带多种发射编码可调功能，带多种模式的收发天线，能适应三种电源供电条件，小型化便携式设计，体积小，重量轻。可用于导航、定位、搜救等军民领域。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种全固态X波段便携式雷达信标机，其特征在于，包括天线、双工器、微波接收机、数字处理电路、微波发射机、微波频率源以及电源转换电路；所述天线与双工器相连，所述双工器的输入输出端之间顺序连接微波接收机、数字处理电路以及微波发射机，所述微波频率源为微波接收机、微波发射机提供频率源，所述电源转换电路为上述各电路模块提供电源。

2.根据权利要求1所述全固态X波段便携式雷达信标机，其特征在于，所述天线包括全向天线和定向天线。

3.根据权利要求1所述全固态X波段便携式雷达信标机，其特征在于，还包括自检控制电路，所述自检控制电路与微波接收机的输入端连接。

4.根据权利要求1或2或3所述全固态X波段便携式雷达信标机，其特征在于，所述各电路模块采用全固态电子元器件。

5.一种如权利要求1所述全固态X波段便携式雷达信标机的信号处理方法，其特征在于包括以下步骤：当全向天线或定向天线接收到指定频率的询问信号后，询问信号经双工器、定向耦合器、限幅器进入混频器，与本振信号混频，产生中频信号；中频信号经滤波、放大、对数检波、线性放大后，给到自适应门限电路；自适应门限电路输出一个触发脉冲至编码电路，编码电路按选定的编码方式输出脉冲编码；脉冲编码进入电源调制电路，控制发射信号的输出开关和发射通道的供电电源，产生脉冲调制的大功率微波信号，经双工器传输到天线向外发射，供询问方接收。

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