CN108919270A - 一种单发双收调频连续波相控阵雷达*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单发双收调频连续波相控阵雷达***，雷达***包括：一发射天线，发射天线用于辐射射频信号；两接收天线，接收天线用于接收目标的回波射频信号；收发模块，收发模块包括一路信号产生链路及两路的信号接收链路，信号产生链路用于产生基带信号及根据基带信号得到射频信号，信号接收链路用于接收回波射频信号及根据回波射频信号得到回波基带信号；处理模块，用于控制信号产生链路产生基带信号，以及用于对回波基带信号的相位鉴别及数字相位处理；电源模块，用于供电。本发明的单发多收调频连续波相控阵雷达***采用双通道比相法测角，通过测量两副接收天线相位差，从而确定目标所在方位角，解算出的目标角度信息具有较高的精准度。

Description

一种单发双收调频连续波相控阵雷达***
技术领域
本发明属于雷达***设计领域，尤其涉及一种单发双收调频连续波相控阵雷达***。
背景技术
“低小慢”目标，是指飞行高度低、运动速度慢、雷达散射截面积小等全部或部分特征的小型航空器和空飘物。近年来随着国内无人机市场的发展，小型无人机等“低小慢”目标产品已经逐步走向千家万户，但由于我国对无人机监管的空白，无人机“黑飞”现象严重，逐步威胁到了国家和社会的安全。
对于小型无人机等“低小慢”目标的探测方式可分为光学探测(可见光/红外)、雷达探测、无源探测等，由于雷达探测具备作用距离远、具全天候全天时工作能力而被广泛应用于无人机安防监测***中。
雷达探测又分为脉冲雷达和连续波雷达两种探测体制。脉冲雷达探测距离远，但存在距离盲区，近距目标无法探测；连续波雷达近距无盲区，特别适合“低小慢”目标的近距离探测。
目前针对“低小慢”目标的探测雷达多采用单发单收的连续波体制，但该形式雷达存在无法测量俯仰角的问题。
为此需要一种可以准确测量“低小慢”目标俯仰角的雷达***。
发明内容
本发明的目的是提供一种单发双收调频连续波相控阵雷达***，用于解决上述问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种单发双收调频连续波相控阵雷达***，所述雷达***包括：
一发射天线，所述发射天线用于辐射射频信号；
两接收天线，所述接收天线用于接收目标的回波射频信号；
收发模块，所述收发模块包括一路信号产生链路及两路的信号接收链路，所述信号产生链路与所述发射天线相连，用于产生基带信号及根据所述基带信号得到所述射频信号，所述信号接收链路与所述接收天线一一相连，用于接收回波射频信号及根据所述回波射频信号得到回波基带信号；
处理模块，所述处理模块用于控制所述信号产生链路产生基带信号，以及用于对所述回波基带信号的数字相位处理及相位鉴别以获得目标的探测信息；
电源模块，所述电源模块用于给收发模块、发射天线、接收天线及处理模块供电。
其中，所述接收天线为无源相控阵天线。
其中，所述接收天线数量与所述信号接收链路数量相同。
其中，所述收发模块包括信号产生模块，所述信号产生模块用于产生调制连续波。
其中，所述处理模块包括处理模块包括相位差鉴别模块，所述相位差鉴别模块用于对被基带回波信号进行相位差鉴别，并进行对鉴相结果相加。
其中，所述处理模块还包括处理模块还包括数字相位处理模块，所述数字相位处理模块用于对所述相位差鉴别模块输出的电压进行数字转换，并对数字转换后的结果进行比较与输出。
其中，所述探测信息包括目标方向角、目标距离及目标速度。。
本发明的单发双收调频连续波相控阵雷达***采用双通道比相法测角，通过测量两副接收天线相位差，从而确定目标所在方位角，解算出的目标角度信息具有较高的精准度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为“低小慢”目标探测雷达原理框图。
图2为干涉法测角原理图。
附图标记：
电子单元，11-收发模块，12-处理模块，13-电源模块，111-低噪声放大器、112-混频器，113-发射本振信号，114-FMCW信号产生模块；
2-天线单元，21-发射天线，22-接收天线。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
如图1所示为本发明的单发双收调频连续波相控阵雷达***结构框架图，用于探测“低小慢”目标。本发明的用于对“低小慢”目标探测的单发双收调频连续波相控阵雷达***，采用双通道比相法测角，通过测量两副接收天线相位差，从而确定目标所在方位角。解算出的目标角度信息是否准确，影响着光电和打击***的精确度。
本发明的单发双收调频连续波相控阵雷达***主要包括两部分：电子单元1和天线单元2，其中电子单元1包括收发模块11、处理模块12和电源模块13；天线单元2包括发射天线21和接收天线22。
天线单元1中包括一副发射天线21，发射天21用于辐射射频信号，以及至少两副的接收天线22，两幅接收天线22通过接收完成双通道回波信号后，再经I/Q正交混频、滤波、放大后，输出包含距离速度等信息的差频信号，经A/D采样、FFT、门限判决等处理后，完成对目标的距离、速度和角度的检测。
电子单元1中包括的收发模块11，收发模块11包括用于产生一路的信号产生链路及至少两路的信号接收链路，信号产生链路与发射天线21相连，用于产生基带信号及根据基带信号得到射频信号，信号接收链路与接收天线22一一相连，用于接收回波射频信号及根据回波射频信号得到回波基带信号；处理模块12，处理模块用于控制信号产生链路产生基带信号，以及用于对回波基带信号的相位鉴别及数字相位处理以获得目标的探测信息；电源模块13，电源模块13用于给收发模块11、发射天线21、接收天线22及处理模块12供电。
在本发明中，接收天线22采用无源相控阵天线，具有相位可捷变等优势，可以有效地对抗窄带瞄准式有源干扰，具有加大探测距离、提高测角精度、抑制海浪杂波等优点。
收发模块11包括信号产生模块，信号产生模块用于产生调制连续波FMCW。采用调频连续波(FMCW)相控阵雷达并配合本发明的一发多收的***架构，可以精确测量目标距离、速度和角度。
本实施例中的“低小慢”目标探测雷达***工作频率范围15GHz～16GHz。
本发明的单发双收调频连续波相控阵雷达***实现过程如下：
1、本发明采用一发双收的雷达收发***，其中收发***包括线性调频连续波发射链路、双相干接收链路。为实现对两组接收链路进行相位差的解算处理，首先由雷达发射链路为接收链路提供共源同相等幅的本振信号。
2雷达发射天线21的发射链路先产生Ku波段的FMCW信号，经混频放大后形成Ku波段信号(上变频)后经发射天线21辐射到空；
3由于接收天线22分成两副，因此接收同一回波成为干涉信号。接收到的目标反射电磁波近似为平面波，由于每组当中不同接收机接收目标反射电磁波存在波程差，从而导致生成对应相位差。
4每组接收链路对均产生的相位差进行相位差鉴别处理，并将处理结果输出至数字相位处理模块。
5之后，数字相位处理模块对两组接收机的相位差鉴别处理后的两个信道信号进行相位检测处理，即对两个信道信号依次进行A/D采样、数字相位比较和方向角计算，最终可输出精确的目标距离、速度和角度。
其中A/D采样为多路同时采样。
其中数字相位处理模块包括多个具有A/D变换功能、数字相位比较功能和方向角计算功能的装置或模块。
需要说明的是，本发明中的处理模块包括相位差鉴别模块(位于DPS硬件内)，相位差鉴别模块输出的电压与输入信号的相位差成正比，具体实现时，为了提高鉴相器的精度，采用发射机本振信号输入模块输出的本振信号作为辅助信号，分别与两路接收机输出的被测信号进行相位差鉴别，并进行对鉴相结果相加，同时结合“二次插值细分”对两路接收机的相位差进行精确测量。
所述相位差鉴别模块具体内部组成包括两路取样器及相应保持电路，其中保持电路以电容为主。其中每路取样器由4个二极管构成。每路取样器与其相应的保持电路顺序相连。
相位差鉴别过程为：每路取样器分别获取每路接收机的输出电压，然后经过4个二极管取样，并经后续保持电路进行电压保持后输出到数字相位处理器模块中。
本发明方法需使用的相位差鉴别模块个数与雷达收发装置组数相同。
其中，本发明中的处理模块还包括数字相位处理模块，每个相位差鉴别模块的输出接入数字相位处理模块进行A/D变换。
本实施例中只使用到两个A/D变换，A/D变换采用14位高精度的芯片实现。
数字相位处理器模块具体的工作过程如下：每路ADC获取单路相位差鉴别模块输出的电压，并进行ADC变换，变换后的数据结果经相关数字相位比较、方向角算法后输出。
每个雷达发射链路分别与两部相干接收链路的本振信号输入模块相连，两部相干接收机的滤波器输出连接至相位差鉴别模块，
参见图2所示，目标方向10为斜线方向，与雷达接收天线法向成θ角，两接收天线22(每个接收天线22中具有很多接收单元)之间的基线距离为D，接收天线22采用无源相控阵天线，具有相位可捷变等优势；低噪声放大器111、混频器112、发射本振信号113和FMCW信号产生模块114都集成在收发模块中。雷达收发模块11内部两个接收链路相应的天线接收同一回波成为干涉信号，产生的相位差由相位差鉴别模块将其相加后输出至数字相位处理模块，数字相位处理模块对最后数据进行解算得到高精度方向角。
以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种单发双收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述雷达***包括：
一发射天线(21)，所述发射天线用于辐射射频信号；
两接收天线(22)，所述接收天线用于接收目标的回波射频信号；
收发模块(11)，所述收发模块包括一路信号产生链路及两路的信号接收链路，所述信号产生链路与所述发射天线相连，用于产生基带信号及根据所述基带信号得到所述射频信号，所述信号接收链路与所述接收天线一一相连，用于接收回波射频信号及根据所述回波射频信号得到回波基带信号；
处理模块(12)，所述处理模块用于控制所述信号产生链路产生基带信号，以及用于对所述回波基带信号的相位鉴别及数字相位处理以解算出目标的探测信息；
电源模块(13)，所述电源模块用于给收发模块、发射天线、接收天线及处理模块供电。
2.根据权利要求1所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述接收天线(22)为无源相控阵天线。
3.根据权利要求1或2所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述接收天线(22)数量与所述信号接收链路数量相同。
4.根据权利要求1所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述收发模块(11)包括信号产生模块，所述信号产生模块用于产生调制连续波。
5.根据权利要求1所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述处理模块(12)包括处理模块(12)包括相位差鉴别模块，所述相位差鉴别模块用于对被基带回波信号进行相位差鉴别，并进行对鉴相结果相加。
6.根据权利要求5所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述处理模块(12)还包括处理模块(12)还包括数字相位处理模块，所述数字相位处理模块用于对所述相位差鉴别模块输出的电压进行数字转换，并对数字转换后的结果进行比较与输出。
7.根据权利要求1所述的单发多收调频连续波相控阵雷达***，其特征在于，所述探测信息包括目标方向角、目标距离及目标速度。
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