CN111948641B - 基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法 - Google Patents

基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法，调频连续波信号发生模块连接射频功率分配网络输入端口；射频功率分配网络输出端口一与功率放大器；功率放大器与发射天线连接；接收天线阵列与时间调制模块连接；时间调制模块与功率合路器连接；功率合路器与低噪声放大器连接；低噪声放大器与混频器射频输入端口连接；混频器输出端口与低通滤波器连接；低通滤波器与模数转换器连接；模数转换器与数字信号处理模块连接；混频器本振输入端口连接射频功率分配网络的输出端口二；数字控制模块与时间调制模块连接。本发明具有单通道、成本低、结构简单的特点，适用于小型化的、汽车防撞雷达、无人驾驶汽车探测***等平台。

Description

基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法
技术领域
本发明涉及天线工程技术领域，具体地，涉及一种基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法，更为具体地，实现对目标进行测距、测速和测向。
背景技术
相比于脉冲雷达，调频连续波雷达由于其收发隔离的问题，其理论和应用在初期没有得到广泛的重视。随着技术的发展，雷达越来越多地应用到民用领域，如汽车雷达等。这时，调频连续波雷达结构紧凑、成本低的优点就突显出来了。传统调频连续波雷达的测向功能多使用多通道***，每个天线需要一个单独的接收通道。这种***模型实时性好，但是结构复杂，硬件成本高。
单通道调频连续波雷达体制，可以有效地降低雷达***成本。单通道***在静止目标的探测上和多通道***几乎没有区别，但是在动目标的探测上则会出现目标运动所引起的速度-方位耦合问题。该问题是由于相邻阵元接收到的目标运动所导致的相位差与目标方位固有相位差相耦合，带来测向误差，导致错误的角度估计，这一问题已经成为单通道雷达探测领域的关键问题。
专利文献CN103176181A(申请号：201110431013.0)公开了一种调频连续波体制的非线性结点探测器，包括：调制信号发生器，产生调制信号；压控振荡器，受调制信号控制产生连续波调频信号；倍频器，将连续波调频信号倍频；第一放大器，将连续波调频信号放大；发射天线；接收天线，接收回波信号；第二放大器，将回波信号放大；混频器，将倍频后的连续波调频信号作为本振信号，与放大后的回波信号混频，产生差拍信号；滤波器，对差拍信号进行滤波；第三放大器，将滤波后的差拍信号放大；数字信号处理终端，对差拍信号进行处理，分析其频率与大小，确定在探测区域是否有电子目标存在并计算其距离探测器的位置。
本发明公开了一种基于时间调制技术的调频连续波探测方法，该方法在接收天线后端接入高速调制的时间调制模块，对接收调频连续波进行周期性时间调制并产生多阶谐波。通过对混频后调制信号中各阶谐波信号的幅度比较，实现对目标的方向测定。该方法具有结构简单、成本低的特点，适用于汽车雷达、无人驾驶等需要探测目标信息的应用平台。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于时间调制技术的调频连续波探测***及方法。
根据本发明提供的一种基于时间调制技术的调频连续波探测***，包括：信号发射模块和信号接收模块；
所述信号发射模块包括调频连续波信号发生模块1、射频功率分配网络2、功率放大器3和发射天线4；
所述信号接收模块包括接收天线阵列5、时间调制模块6、功率合路器7、低噪声放大器8、混频器9、低通滤波器10、模数转换器11、数字信号处理模块12和数字控制模块13；
所述调频连续波信号发生模块1连接所述射频功率分配网络2输入端口；所述射频功率分配网络2输出端口一与所述功率放大器3；所述功率放大器3与所述发射天线4连接；
所述接收天线阵列5与所述时间调制模块6连接；所述时间调制模块6与所述功率合路器7连接；所述功率合路器7与所述低噪声放大器8连接；所述低噪声放大器8与所述混频器9射频输入端口连接；所述混频器9输出端口与所述低通滤波器10连接；所述低通滤波器10与所述模数转换器11连接；所述模数转换器11与所述数字信号处理模块12连接；所述混频器9本振输入端口连接所述射频功率分配网络2的输出端口二；所述数字控制模块13与所述时间调制模块6连接。
优选地，所述信号发射模块包括：
调频连续波信号发生模块1产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络2将信号能量等分，再经过功率放大器3将信号能量放大后，通过所述发射天线4将信号辐射向空间。
优选地，所述信号接收模块包括：
当发射天线4发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列5接收回波信号，所述时间调制模块6对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器7、所述低噪声放大器8所述混频器9下变频去斜后，通过所述低通滤波器10和所述模数转换器11对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算。
优选地，所述数字控制模块13控制所述时间调制模块6调制时序进行周期性调制。
优选地，所述接收天线阵列5包括多个天线阵列单元。
优选地，所述利用数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure BDA0002633486130000031
速度计算包括：
Figure BDA0002633486130000032
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure BDA0002633486130000033
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0，fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure BDA0002633486130000034
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure BDA0002633486130000041
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi，L(θ)和AFi，R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi，floor和θi，upper分别为第i区域的角度下限和上限。
优选地，所述时间调制模块6包括时间调制模块6的调制频率fp，调制所述调频连续波信号发生模块1产生的调频连续波信号的调频斜率μ、，发射信号载波频率f0和目标距离r和速度v之间满足如下关系：
4(rμ+f0v)/c≤fp (6)。
优选地，所述时间调制模块6包括单刀单掷射频开关、单刀多掷射频开关或数字移相器。
优选地，所述射频功率分配网络包括多路功率分配网络、可重构功率分配网络或功分器。
根据本发明提供的一种基于时间调制技术的调频连续波探测方法，包括：调频连续波信号发生模块1、射频功率分配网络2、功率放大器3和发射天线4；接收天线阵列5、时间调制模块6、功率合路器7、低噪声放大器8、混频器9、低通滤波器10、模数转换器11、数字信号处理模块12和数字控制模块13；
所述调频连续波信号发生模块1连接所述射频功率分配网络2输入端口；所述射频功率分配网络2输出端口一与所述功率放大器3；所述功率放大器3与所述发射天线4连接；
所述接收天线阵列5与所述时间调制模块6连接；所述时间调制模块6与所述功率合路器7连接；所述功率合路器7与所述低噪声放大器8连接；所述低噪声放大器8与所述混频器9射频输入端口连接；所述混频器9输出端口与所述低通滤波器10连接；所述低通滤波器10与所述模数转换器11连接；所述模数转换器11与所述数字信号处理模块12连接；所述混频器9本振输入端口连接所述射频功率分配网络2的输出端口二；所述数字控制模块13与所述时间调制模块6连接；
调频连续波信号发生模块1产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络2将信号能量等分，再经过功率放大器3将信号能量放大后，通过所述发射天线4将信号辐射向空间；
当发射天线4发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列5接收回波信号，所述时间调制模块6对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器7、所述低噪声放大器8所述混频器9下变频去斜后，通过所述低通滤波器10和所述模数转换器11对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算；
所述数字控制模块13控制所述时间调制模块6调制时序进行周期性调制。
所述利用数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure BDA0002633486130000051
速度计算包括：
Figure BDA0002633486130000052
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure BDA0002633486130000053
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0，fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure BDA0002633486130000054
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure BDA0002633486130000061
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi，L(θ)和AFi，R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi，floor和θi，upper分别为第i区域的角度下限和上限。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过在射频通道中加入周期性调制的时间调制模块，实现了单通道内对目标测距、测速和测向的功能，从而降低了调频连续波探测方法的***成本；
2、本发明通过利用不同区域内回波信号的谐波进行比幅测向，简化了测向***并降低了测向计算量，保证了***的反应速度；
3、本发明具有单通道、成本低、结构简单的特点，适用于小型化的、汽车防撞雷达、无人驾驶汽车探测***等平台。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为基于时间调制技术的调频连续波探测方法的基本结构框图；
图2为实施例中发射信号时频关系图；
图3为实施例中回波信号经过调制后的时频关系图；
图4为实施例中回波信号未经过调制混频后的频谱图；
图5为实施例中回波信号混频后使用k∈[0，5]功率重构后的频谱图；
图6为实施例中回波信号混频后使用k∈[0，7]功率重构后的频谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
根据本发明提供的一种基于时间调制技术的调频连续波探测***，包括：信号发射模块和信号接收模块；
所述信号发射模块包括调频连续波信号发生模块1、射频功率分配网络2、功率放大器3和发射天线4；
所述信号接收模块包括接收天线阵列5、时间调制模块6、功率合路器7、低噪声放大器8、混频器9、低通滤波器10、模数转换器11、数字信号处理模块12和数字控制模块13；
所述调频连续波信号发生模块1连接所述射频功率分配网络2输入端口；所述射频功率分配网络2输出端口一与所述功率放大器3；所述功率放大器3与所述发射天线4连接；
所述接收天线阵列5与所述时间调制模块6连接；所述时间调制模块6与所述功率合路器7连接；所述功率合路器7与所述低噪声放大器8连接；所述低噪声放大器8与所述混频器9射频输入端口连接；所述混频器9输出端口与所述低通滤波器10连接；所述低通滤波器10与所述模数转换器11连接；所述模数转换器11与所述数字信号处理模块12连接；所述混频器9本振输入端口连接所述射频功率分配网络2的输出端口二；所述数字控制模块13与所述时间调制模块6连接。
具体地，所述信号发射模块包括：
***信号发射模块发射调频连续波时，调频连续波信号发生模块1产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络2将信号能量等分，再经过功率放大器3将信号能量放大后，通过所述发射天线4将信号辐射向空间。
具体地，所述信号接收模块包括：
当发射天线4发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列5接收回波信号，所述时间调制模块6对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器7、所述低噪声放大器8所述混频器9下变频去斜后，通过所述低通滤波器10和所述模数转换器11对转换为数字信号；再利用数字信号处理模块12对数字信号进行处理，通过搜索得到调制信号混频后相应的谐波系数特征，即将数字信号输入所述数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算。
具体地，所述数字控制模块13控制所述时间调制模块6调制周期和调制时序。时间调制模块6用于对调频连续波回波信号进行时间调制，
具体地，所述接收天线阵列5包括多个天线阵列单元，天线阵列单元之间的间距为半波长，接收天线阵列单元与调制器件一一对应。
具体地，所述利用数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure BDA0002633486130000081
速度计算包括：
Figure BDA0002633486130000082
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure BDA0002633486130000083
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0，fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure BDA0002633486130000084
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure BDA0002633486130000085
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi，L(θ)和AFi，R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi，floor和θi，upper分别为第i区域的角度下限和上限。
具体地，所述时间调制模块6包括时间调制模块6的调制频率fp，调制所述调频连续波信号发生模块1产生的调频连续波信号的调频斜率μ、，发射信号载波频率f0和目标距离r和速度v之间满足如下关系：
4(rμ+f0v)/c≤fp (6)。
具体地，所述时间调制模块6包括单刀单掷射频开关、单刀多掷射频开关或数字移相器。
具体地，所述射频功率分配网络包括多路功率分配网络、可重构功率分配网络或功分器。
单刀多掷射频开关替代时间调制模块6和功率合路器7。
根据本发明提供的一种基于时间调制技术的调频连续波探测方法，包括：调频连续波信号发生模块1、射频功率分配网络2、功率放大器3和发射天线4；接收天线阵列5、时间调制模块6、功率合路器7、低噪声放大器8、混频器9、低通滤波器10、模数转换器11、数字信号处理模块12和数字控制模块13；
所述调频连续波信号发生模块1连接所述射频功率分配网络2输入端口；所述射频功率分配网络2输出端口一与所述功率放大器3；所述功率放大器3与所述发射天线4连接；
所述接收天线阵列5与所述时间调制模块6连接；所述时间调制模块6与所述功率合路器7连接；所述功率合路器7与所述低噪声放大器8连接；所述低噪声放大器8与所述混频器9射频输入端口连接；所述混频器9输出端口与所述低通滤波器10连接；所述低通滤波器10与所述模数转换器11连接；所述模数转换器11与所述数字信号处理模块12连接；所述混频器9本振输入端口连接所述射频功率分配网络2的输出端口二；所述数字控制模块13与所述时间调制模块6连接；
调频连续波信号发生模块1产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络2将信号能量等分，再经过功率放大器3将信号能量放大后，通过所述发射天线4将信号辐射向空间；
当发射天线4发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列5接收回波信号，所述时间调制模块6对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器7、所述低噪声放大器8所述混频器9下变频去斜后，通过所述低通滤波器10和所述模数转换器11对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算；
所述数字控制模块13控制所述时间调制模块6调制时序进行周期性调制；
所述利用数字信号处理模块12实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure BDA0002633486130000101
速度计算包括：
Figure BDA0002633486130000102
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure BDA0002633486130000103
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0，fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure BDA0002633486130000104
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure BDA0002633486130000105
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi，L(θ)和AFi，R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi，floor和θi，upper分别为第i区域的角度下限和上限。
实施例2
实施例2是实施例1的变化例
如图1所示，在实施实例中，所述基于时间调制技术的调频连续波探测方法，由调频连续波信号发生模块1，功分器2，功率放大器3，发射天线4，八单元接收天线阵列5，时间调制模块6，功率合路器7，低噪声放大器8，混频器9，低通滤波器10，模数转换器11，数字信号处理模块12，数字控制模块13组成。其中调频连续波信号发生模块1分别连接功分器2、功率放大器3和发射天线4；接收天线阵列5依次连接时间调制模块6，功率合路器7，低噪声放大器8，混频器9，低通滤波器10，模数转换器11，数字信号处理模块12；数字控制模块13连接时间调制模块6
基于时间调制技术的调频连续波探测方法测距、测速和测向
假设发射的调频连续波信号载频为f0＝24GHz，带宽为B＝50MHz，时长T＝1ms，调频斜率为μ＝2B/T＝1×1011。发射信号可以表示为：
Figure BDA0002633486130000111
其中St，up和St，down分别表示调频连续波信号的上升沿和下降沿，发射信号的时频关系图如图2中所示，信号的上升沿和下降沿在时频域具有理想的线性关系。
所述的接收天线阵阵元间距d＝λ/2，λ＝c/f0为入射信号的波长，c为电磁波在真空中传播的速度。假设目标相对阵列的法相方向方位角为θ＝-25°，阵列天线接收时，各个时间调制模块在单位周期内依次打开进行时间调制，其调制周期为Tp＝1μs，调制频率fp＝1MHz，在一个调制周期内，每个天线单元接通时间为0.125μs。信号经过目标反射后被阵列接收并调制，整个调频连续波回波信号的接收周期数为M＝T/Tp＝1000。图3所示为接收的回波信号经过调制后的时频关系图。图中可以看到，在反射信号经过时间调制后，入射的调频连续波回波信号经过时间调制后在时频域被分解为无限个谐波信号之和，相邻谐波的载波频率之差为开关的调制频率。
假设目标的距离为300米，速度为50米/秒，相对阵列的法相方向方位角为θ＝-25°。当调频连续波回波信号经过时间调制后，再通过混频器对回波信号进行去斜和采样转换为数字信号。对数字信号做FFT后可以得到输出信号中各阶谐波去斜后的频谱Y(f)。通过对Y(f)不同区域的频谱进行在[0，fp/2]上映射处理，可以得到映射后的信号：
Figure BDA0002633486130000121
再次取谐波映射频谱Φk(f)进行功率重构处理，可以得到谐波功率重构频谱Ψ(f)，其可以表示为：
Figure BDA0002633486130000122
其中k为各阶谐波阶数的映射，图4至图6所示为不同k值时功率重构的归一化能量图，可以看到，与无时间调制的原始功率相比，k值越大重构后的功率越接近无调制的原始功率。同时可以看到，即使k∈[0，5]的区间范围内，依然可以保证重构后的功率与无时间调制的原始功率之差在1dB范围内，功率重构较好的保证了在测距和测速过程中有效使用谐波中分散的能量。通过对去斜后回波信号进行功率重构和频域分析，可以进一步通过距离计算公式：
Figure BDA0002633486130000123
和速度计算公式：
Figure BDA0002633486130000124
得到目标的距离为300米，速度为50米/秒。同时，通过对Φk(f)函数中不同谐波之间的功率计算可以得到负2次谐波和负1次谐波的归一化能量分别为-2.305dB和-8.501dB，因此根据幅度比较与角度的映射关系可以得到目标的方位为θ＝-25°。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的***、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，包括：信号发射模块和信号接收模块；
所述信号发射模块包括调频连续波信号发生模块(1)、射频功率分配网络(2)、功率放大器(3)和发射天线(4)；
所述信号接收模块包括接收天线阵列(5)、时间调制模块(6)、功率合路器(7)、低噪声放大器(8)、混频器(9)、低通滤波器(10)、模数转换器(11)、数字信号处理模块(12)和数字控制模块(13)；
所述调频连续波信号发生模块(1)连接所述射频功率分配网络(2)输入端口；所述射频功率分配网络(2)输出端口一与所述功率放大器(3)；所述功率放大器(3)与所述发射天线(4)连接；
所述接收天线阵列(5)与所述时间调制模块(6)连接；所述时间调制模块(6)与所述功率合路器(7)连接；所述功率合路器(7)与所述低噪声放大器(8)连接；所述低噪声放大器(8)与所述混频器(9)射频输入端口连接；所述混频器(9)输出端口与所述低通滤波器(10)连接；所述低通滤波器(10)与所述模数转换器(11)连接；所述模数转换器(11)与所述数字信号处理模块(12)连接；所述混频器(9)本振输入端口连接所述射频功率分配网络(2)的输出端口二；所述数字控制模块(13)与所述时间调制模块(6)连接；
所述信号接收模块包括：
当发射天线(4)发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列(5)接收回波信号，所述时间调制模块(6)对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器(7)、所述低噪声放大器(8)所述混频器(9)下变频去斜后，通过所述低通滤波器(10)和所述模数转换器(11)对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算；
所述利用数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure FDA0003729188650000011
速度计算包括：
Figure FDA0003729188650000021
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure FDA0003729188650000022
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0,fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure FDA0003729188650000023
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure FDA0003729188650000024
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi,L(θ)和AFi,R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi,floor和θi,upper分别为第i区域的角度下限和上限。
2.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述信号发射模块包括：
调频连续波信号发生模块(1)产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络(2)将信号能量等分，再经过功率放大器(3)将信号能量放大后，通过所述发射天线(4)将信号辐射向空间。
3.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述数字控制模块(13)控制所述时间调制模块(6)调制时序进行周期性调制。
4.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述接收天线阵列(5)包括多个天线阵列单元。
5.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述时间调制模块(6)包括时间调制模块(6)的调制频率fp，调制所述调频连续波信号发生模块(1)产生的调频连续波信号的调频斜率μ，发射信号载波频率f0和目标距离r和速度v之间满足如下关系：
4(rμ+f0v)/c≤fp (6)。
6.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述时间调制模块(6)包括单刀单掷射频开关、单刀多掷射频开关或数字移相器。
7.根据权利要求1所述的基于时间调制技术的调频连续波探测***，其特征在于，所述射频功率分配网络包括多路功率分配网络、可重构功率分配网络或功分器。
8.一种基于时间调制技术的调频连续波探测方法，其特征在于，包括：调频连续波信号发生模块(1)、射频功率分配网络(2)、功率放大器(3)和发射天线(4)；接收天线阵列(5)、时间调制模块(6)、功率合路器(7)、低噪声放大器(8)、混频器(9)、低通滤波器(10)、模数转换器(11)、数字信号处理模块(12)和数字控制模块(13)；
所述调频连续波信号发生模块(1)连接所述射频功率分配网络(2)输入端口；所述射频功率分配网络(2)输出端口一与所述功率放大器(3)；所述功率放大器(3)与所述发射天线(4)连接；
所述接收天线阵列(5)与所述时间调制模块(6)连接；所述时间调制模块(6)与所述功率合路器(7)连接；所述功率合路器(7)与所述低噪声放大器(8)连接；所述低噪声放大器(8)与所述混频器(9)射频输入端口连接；所述混频器(9)输出端口与所述低通滤波器(10)连接；所述低通滤波器(10)与所述模数转换器(11)连接；所述模数转换器(11)与所述数字信号处理模块(12)连接；所述混频器(9)本振输入端口连接所述射频功率分配网络(2)的输出端口二；所述数字控制模块(13)与所述时间调制模块(6)连接；
调频连续波信号发生模块(1)产生调频连续波信号经过所述射频功率分配网络(2)将信号能量等分，再经过功率放大器(3)将信号能量放大后，通过所述发射天线(4)将信号辐射向空间；
当发射天线(4)发出的信号到达目标处，目标处对发射的信号产生反射形成回波信号；所述接收天线阵列(5)接收回波信号，所述时间调制模块(6)对回波信号进行周期性调制，调制后的信号依次经过所述功率合路器(7)、所述低噪声放大器(8)所述混频器(9)下变频去斜后，通过所述低通滤波器(10)和所述模数转换器(11)对转换为数字信号；将数字信号输入所述数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算；
所述数字控制模块(13)控制所述时间调制模块(6)调制时序进行周期性调制；
所述利用数字信号处理模块(12)实现目标距离、速度和方向信息的计算包括：
所述目标距离包括：
Figure FDA0003729188650000041
速度计算包括：
Figure FDA0003729188650000042
其中，r为目标距探测***距离；v为目标速度；f0为射信号载波频率；c为光在真空中速度；μ＝B/T为调频连续波信号调频斜率，B为信号带宽，T为信号上升沿或下降沿时长；Δfup为调频连续波上升沿信号混频后频率差；Δfdown为调频连续波下降沿信号混频后频率差；
其中，Δfup和Δfdown通过在谐波重构频谱Ψ(f)查找相应的功率峰值点得到，Ψ(f)表示为：
Figure FDA0003729188650000043
其中，fp为调制频率，Φk为调制信号频谱在[0,fp/2]上的映射；k表示第k个谐波所映射的Φk函数；
Figure FDA0003729188650000044
其中，Y(f)为接收端调频连续波信号经过时间调制和混频后信号的频谱；Q表示自然数；
所述方向信息的计算公式如下：
Figure FDA0003729188650000051
其中，Ri(θ)为第i区域内不同谐波信号能量比例关系，Ri(θ)与当前区域内覆盖的不同角度值一一对应；AFi,L(θ)和AFi,R(θ)分别为第i区域内左侧谐波和右侧谐波方向图增益，θi,floor和θi,upper分别为第i区域的角度下限和上限。
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