CN114167416B - 一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***及方法，雷达***包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器、射频开关1、射频开关2和射频信号延时组件，收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；所述微波发射机用于产生射频发射信号；所述环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，2端连接射频开关1的公共端，环形器的3端连接接收机输入端。经试验，本发明有效解决了收发共用雷达的测高盲区问题，在采用宽脉宽发射的情况下可满足超低空1m以下的测高要求。

Description

一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***及方法

技术领域

本发明属于雷达高度表技术领域，具体涉及一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***及方法。

背景技术

随着应用需求的提高，各种机载等平台要求测高雷达具有很大的测高范围，由几公里至超低空1m以下。测高雷达通过高的接收处理增益达到检测不同地面目标的目的。与其它雷达一样，测高雷达也存在发射信号直接耦合到接收机的泄漏问题，它有可能使接收机饱和或降低接收机灵敏度。通常测高雷达采用收发天线分开，通过提高收发之间的空间隔离度，降低发射信号进入接收机的功率，解决泄漏问题。但是，载机空间受限或者大姿态角变化等条件约束，许多应用平台只能采用收发共用天线，这种收发共用***的发射泄漏是十分严重的问题，为此需要增加发射开关、接收开关分时工作，通过开关隔离，以降低发射信号进入接收机的功率。

然而，收发共用***中发射开关打开期间，必须关闭接收开关，使得测高雷达存在固有的近距盲区，而难以实现3m以下的超低空测高。同时对微波开关、功放管、信号处理电路提出了很高的要求，例如窄脉宽（小于10ns）、苛刻的前后沿（小于3ns）、高开关速率、高频信号处理（时钟200MHz及以上）等。目前，尽管随着电子技术的发展，出现了一些高端的高速微波器件，可使探测高度下拉至约5m，但是，仍然存在很难实现3m以下的超低空测高，而且器件成本高，高频信号处理使得***设计复杂、电磁兼容设计难度加大。目前，国内尚无可实现1m以下收发共用天线的测高雷达。

发明内容

针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***及方法，以实现在收发共用天线***中测高雷达的超低空（最低高度达1m以下）测高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案予以解决：

一方面，本发明给出了一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器、射频开关1、射频开关2和射频信号延时组件，其中：

所述收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；

所述微波发射机用于产生射频发射信号；

所述环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，2端连接射频开关1的公共端，环形器的3端连接接收机输入端；

所述射频开关1和射频开关2均用于信号传输的支路切换，所述射频信号延时组件用于信号的延时；其中，射频开关1的常开端连接射频信号延时组件一端，射频信号延时组件另一端连接射频开关2的常开端，射频开关2的公共端连接收发共用天线，射频开关1的常闭端和射频开关2的常闭端连接；

所述信号处理器用于产生控制信号进行各开关的控制，同时用于对接收机发送的中频信号或低频信号进行检测生成高度值；所述信号处理器输出发射开关控制信号接入微波发射机中的发射开关控制端，信号处理器输出接收开关控制信号接入接收机中的接收开关控制端；信号处理器输出射频开关1控制信号接入射频开关1控制端，信号处理器输出射频开关2控制信号连接射频开关2控制端；

所述接收机用于接收信号处理器发来的接收开关控制信号、微波发射机发来的本振信号和环形器3端发来的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波处理后与本振信号进行混频处理得到含有高度信息的中频信号或低频信号，将其发送到信号处理器；所述微波发射机中本振信号输出端连接接收机中混频器的本振端口，接收机的输出端连接信号处理器的输入端。

进一步的，所述射频开关1和射频开关2均采用单刀双掷开关，所述射频信号延时组件采用微波电缆或光纤延时线。

进一步的，所述信号处理器输出发射开关控制信号为低电平时，发射开关开，为高电平时，发射开关关；所述信号处理器输出接收开关控制信号为低电平时，接收开关开，为高电平时，接收开关关。

另一方面，本发明给出了一种基于射频延时的收发共用超低空测高方法，该方法采用上述基于射频延时的收发共用超低空测高方法及雷达***进行测高，具体包括如下步骤：

步骤1，***上电设置默认状态为：信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平、射频开关2控制信号为低电平、发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器对测高模式变量判断，若测高模式变量为高高度模式，则进入步骤3，若测高模式变量为低高度模式或超低空模式，则进入步骤4；

步骤3，执行高测高流程；

步骤4，执行低测高流程。

进一步的，所述步骤3具体包括如下子步骤：

步骤31，信息处理器输出时序控制信号如图3所示，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤32，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平，输出射频开关2控制信号为低电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常闭端、射频开关2常闭端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤33，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常闭端、射频开关1常闭端、射频开关1公共端到环形器2端，然后输入至环形器3端后进入接收机；

步骤34，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤35，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤36，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号进行检测得到高度值；

步骤37，信号处理器对检测得到的高度值进行判断，若高度不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若无有效高度值或高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤38，返回步骤2。

进一步的，所述步骤34中，所述接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后50ns，接收开关控制信号低电平上升沿位置应覆盖测高雷达的最大高度测量范围。

进一步的，所述步骤35中，所述回波射频信号经接收机处理是指接收机对回波射频信号进行放大、滤波后，再与微波发射机发送来的本振信号进行混频处理。

进一步的，所述步骤4具体包括如下子步骤：

步骤41，信息处理器输出时序控制信号如图4所示，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤42，信息处理器输出射频开关1控制信号为高电平，输出射频开关2控制信号为高电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常开端、射频信号延时组件、射频开关2常开端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤43，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常开端、射频信号延时组件、射频开关1常开端、射频开关1公共端到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤44，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤45，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤46，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；

步骤47，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正，

（1）

其中

为修正得到的高度值，其中

为检测得到的高度值，c为光速常量，t为射频信号延时组件的传输延时；

步骤48，信号处理器对修正得到的高度值进行判断，若高度值不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度值小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤49，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤410，返回步骤2。

另一方面，本发明还给出了一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器和射频信号延时组件，其中：

所述收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；

所述微波发射机用于产生射频发射信号；

所述环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，环形器的2端连接射频信号延时组件，环形器的3端连接接收机输入端；

所述射频信号延时组件用于信号的延时；所述射频信号延时组件的另一端连接收发共用天线；所述射频信号延迟组件的衰减不大于2dB；

所述信号处理器用于产生控制信号进行各开关的控制，同时用于对接收机发送的中频信号或低频信号进行检测生成高度值；所述信号处理器输出发射开关控制信号接入微波发射机中的发射开关控制端，信号处理器输出接收开关控制信号接入接收机中的接收开关控制端；

所述接收机用于接收信号处理器发来的接收开关控制信号、微波发射机发来的本振信号和环形器3端发来的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波处理后与本振信号进行混频处理得到含有高度信息的中频信号或低频信号，将其发送到信号处理器；所述微波发射机中本振信号输出端连接接收机中混频器的本振端口，接收机的输出端连接信号处理器的输入端。

另一方面，本发明给出了一种基于射频延时的收发共用超低空测高方法，该方法采用上述基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***进行测高，具体包括如下步骤：

步骤1，雷达***上电设置默认状态为：信息处理器输出发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器输出时序控制信号，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤3，射频发射信号由环形器2端，经射频信号延时组件到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤4，目标回波再由收发共用天线接收生成回波射频信号，经射频信号延时组件到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤5，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤6，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤7，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；

步骤8，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正。

（1）

其中

为修正得到的高度值，其中

为检测得到的高度值，c为光速常量，t为射频信号延时组件的传输延时；

步骤9，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤10，返回步骤2。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

1、本发明解决了收发共用雷达的测高盲区问题，在采用宽脉宽发射的情况下可满足超低空1m以下的测高要求。

2、本发明在传统收发共用测高雷达的基础上，仅在前端增加射频开关和射频信号延迟组件，对器件要求，实现方法简单，降低了***设计难度，同时该方法同样适用于测距雷达***，具有通用性。

3、由图3、4可知，本发明在超低空仍采用高高度大脉宽发射时序，在关断发射泄漏的同时不存在盲区，大脉宽发射信号不仅可以提高发射占空比，而且降低了对开关器件的要求，另外避免了测距雷达时序的切换，信号处理软件更简单，电路工作更稳定，有利于连续测高的稳定性。

附图说明

图1是本发明的雷达***组成框图；

图2是本发明简化后的雷达***组成框图；

图3是高测高流程时序示意图；

图4是低测高流程时序示意图。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进一步解释说明。

具体实施方式

首先，对本发明涉及的技术术语进行说明：

超低空：3m及以下；

低高度：3m以上且10m以下；

高高度：10m及以上；

大发射脉宽：脉宽不小于50ns；

如图1所示，本发明给出了一种收发共用天线下基于射频延时的超低空测高雷达***，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器、射频开关1、射频开关2和射频信号延时组件，其中：

收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号，发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；

微波发射机用于产生射频发射信号；

环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，2端连接射频开关1的公共端，环形器的3端连接接收机输入端；具体的，环形器一方面将微波发射机发来的射频发射信号从1端至2端方向传输，另一方面将收发共用天线接收的目标回波信号从2端至3端方向传输；

射频开关1和射频开关2均用于信号传输的支路切换，选用单刀双掷开关，射频信号延时组件用于信号的延时，可采用微波电缆或光纤延时线；其中，射频开关1的常开端连接射频信号延时组件一端，射频信号延时组件另一端连接射频开关2的常开端，射频开关2的公共端连接收发共用天线，射频开关1的常闭端和射频开关2的常闭端连接；上述方案下，射频开关1受射频开关1控制信号控制切换。一般地，射频开关1控制信号为低电平时，射频开关1的公共端与常闭端导通，公共端与常开端断开，即控制环形器的2端与射频开关2的常闭端支路导通，环形器的2端与射频信号延时组件支路断开；射频开关1控制信号为高电平时，射频开关1的公共端与常闭端断开，公共端与常开端导通，即控制环形器的2端与射频开关2的常闭端支路断开，环形器的2端与射频信号延时组件支路导通；射频开关2受射频开关2控制信号控制切换。一般地，射频开关2控制信号为低电平时，射频开关2的公共端与常闭端导通，公共端与常开端断开，即控制射频信号延时组件与收发共用天线支路导通，射频开关1的常开端与收发共用天线支路断开；射频开关2控制信号为高电平时，射频开关2的公共端与常闭端断开，公共端与常开端导通，即控制射频信号延时组件与收发共用天线支路断开，射频开关1的常开端与收发共用天线支路导通；

信号处理器用于产生控制信号进行各开关的控制，同时用于对接收机发送的中频信号或低频信号进行检测生成高度值。具体的，信号处理器输出发射开关控制信号接入微波发射机中的发射开关控制端，一般地，发射开关低电平有效，即信号处理器输出发射开关控制信号为低电平时，发射开关开，为高电平时，发射开关关；信号处理器输出接收开关控制信号接入接收机中的接收开关控制端，一般地，接收开关低电平有效，即信号处理器输出接收开关控制信号为低电平时，接收开关开，为高电平时，接收开关关；信号处理器输出射频开关1控制信号接入射频开关1控制端，信号处理器输出射频开关2控制信号连接射频开关2控制端。

接收机用于接收信号处理器发来的接收开关控制信号、微波发射机发来的本振信号和环形器3端发来的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波处理后与本振信号进行混频处理得到含有高度信息的中频信号或低频信号，将其发送到信号处理器；具体的，微波发射机中本振信号输出端连接接收机中混频器的本振端口，接收机的输出端连接信号处理器的输入端。

上述各部件均为公知产品，且根据指标不同可选组件也不同。

上述***中采用的高度检测算法与传统收发共用测高、测距雷达的探测体制有关，一般地，传统收发共用测高、测距雷达的探测体制有脉冲体制、调频体制。传统收发共用测高、测距雷达的高度检测算法非本发明想要保护的内容，这里不做赘述。

本发明给出了采用了上述本发明的基于射频延时的超低空雷达***的测高方法，具体包括如下步骤：

步骤1，***上电设置默认状态为：信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平、射频开关2控制信号为低电平、发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器对测高模式变量判断，若测高模式变量为高高度模式，则进入步骤3的高测高流程，若测高模式变量为低高度模式或超低空模式，则进入步骤4的低测高流程；

步骤3，高测高流程，具体包括如下子步骤：

步骤31，信息处理器输出时序控制信号如图3所示，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤32，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平，输出射频开关2控制信号为低电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常闭端、射频开关2常闭端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

此时收发共用天线向目标辐射电磁波上升沿较微波发射机输出射频发射信号上升沿延迟较小（一般不大于10ns）；

步骤33，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常闭端、射频开关1常闭端、射频开关1公共端到环形器2端，然后输入至环形器3端后进入接收机；

步骤34，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关，一般地，接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后50ns，接收开关控制信号低电平上升沿位置应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；

该步骤中，设置接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后（一般为50ns）的目的是为了关闭发射泄漏，即由于环形器的1端至3端的度微波发射机的发射信号会通过环形器1端至3端的一定隔离（环形器1端至3端的隔离度一般为20dB~30dB）后，仍有部分信号（称为发射泄漏）进入接收机，该发射泄漏上升沿较微波发射机的发射信号上升沿延时一般不大于10ns，为此，通过设置接收开关控制信号高电平来关闭该发射泄漏，由于进入接收机的发射泄漏被关闭，回波射频信号就可以正常地进入接收机了。

步骤35，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；具体的，接收机对回波射频信号进行放大、滤波后，再与微波发射机发送来的本振信号进行混频处理；步骤36，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测得到高度值。

若目标回波经空间延迟和接收开关之前的接收通道延迟后，该信号在接收开关的打开期间，则检测后可得到高度值，信号处理器输出高度值；否则该信号（部分低高度或超低空的目标回波）在接收开关的关闭期间，因被接收开关关闭而无法检测，则检测结果无有效高度值，即高高度模式下的测高盲区；所述高度检测算法根据雷达体制不同而算法不同，为本领域公知算法。

步骤37，信号处理器对检测得到的高度值进行判断，若高度不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若无有效高度值或高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤38，返回步骤2。

步骤4，低测高流程，具体包括如下子步骤：

步骤41，信息处理器输出时序控制信号如图4所示，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤42，信息处理器输出射频开关1控制信号为高电平，输出射频开关2控制信号为高电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常开端、射频信号延时组件、射频开关2常开端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；此时收发共用天线向目标辐射电磁波上升沿较微波发射机输出射频发射信号上升沿延迟较大（主要为射频信号延时组件的延迟）;

步骤43，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常开端、射频信号延时组件、射频开关1常开端、射频开关1公共端到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤44，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关，具体地，接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后50ns，接收开关控制信号低电平上升沿应覆盖10m的高度测量范围；

该步骤中，设置接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后（一般为50ns）的目的是为了关闭发射泄漏，即由于环形器的1端至3端的度微波发射机的发射信号会通过环形器1端至3端的一定隔离（环形器1端至3端的隔离度一般为20dB~30dB）后，仍有部分信号（称为发射泄漏）进入接收机，该发射泄漏上升沿较发射信号上升沿延时一般不大于10ns，为此，通过设置接收开关控制信号高电平来关闭该发射泄漏；

步骤45，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；具体地，接收机对回波射频信号进行放大、滤波后，再与微波发射机发送来的本振信号进行混频处理；

步骤46，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；由于该模式下包含了射频信号延时组件延迟，使得目标回波经空间延迟和接收开关之前的接收通道延迟（主要为射频信号延时组件延迟）后的信号在接收开关的打开期间，则所述检测后可得到高度值；从而保证了低高度模式和超低空模式下无测高盲区。所述高度检测算法根据雷达体制不同而算法不同，为本领域公知算法。

步骤47，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正，

（1）

其中

为修正得到的高度值，其中

为检测得到的高度值，c为光速常量，t为射频信号延时组件的传输延时；

步骤48，信号处理器对修正得到的高度值进行判断，若高度值不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度值小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤49，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤410，返回步骤2。

本发明中的射频信号延迟组件（图中为射频延迟组件，应图文统一）的信号衰减与雷达工作频段、射频信号延迟组件的具体设计相关，一般地，射频信号延迟组件的信号衰减不小于5dB，为此，为了不使雷达的最大测高或测距能力有较大降低，雷达采用高测高流程和低测高流程两种流程，高测高流程中射频发射信号和目标回波射频信号均不经过射频信号延迟组件；而低测高流程中射频发射信号和目标回波射频信号均经过射频信号延迟组件，这是由于低高度和超低空的近距回波能量较大，可补偿射频信号延迟组件的功率损耗。

若射频信号延迟组件的衰减不大于2dB，则本发明的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***可以去掉射频开关1、射频开关2，简化为如图2所示，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器和射频信号延时组件，其中，环形器的2端连接射频信号延时组件，射频信号延时组件的另一端连接收发共用天线，其余部件的连接方式与图1所示的方案均相同。

上述简化后的本发明的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***的测高方法包括如下步骤：

步骤1，雷达***上电设置默认状态为：信息处理器输出发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器输出时序控制信号如图3所示，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤3，射频发射信号由环形器2端，经射频信号延时组件到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤4，目标回波再由收发共用天线接收生成回波射频信号，经射频信号延时组件到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤5，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关，具体地，接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后50ns，接收开关控制信号低电平上升沿应覆盖雷达最大高度测量范围；

步骤6，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；一般地，接收机对回波信号进行放大、滤波、混频处理；

步骤7，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；

步骤8，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正。

步骤9，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤10，返回步骤2。

上述本发明的方法具有通用性，该方法同样适用于测距雷达***；所述雷达***的基于射频延时的超低空测高方法中的3m、10m、50ns参数可根据具体雷达***进行调整。

Claims (10)

1.一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，其特征在于，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器、射频开关1、射频开关2和射频信号延时组件，其中：

所述收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；

所述微波发射机用于产生射频发射信号；

所述环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，2端连接射频开关1的公共端，环形器的3端连接接收机输入端；

所述射频开关1和射频开关2均用于信号传输的支路切换，所述射频信号延时组件用于信号的延时；其中，射频开关1的常开端连接射频信号延时组件一端，射频信号延时组件另一端连接射频开关2的常开端，射频开关2的公共端连接收发共用天线，射频开关1的常闭端和射频开关2的常闭端连接；

所述信号处理器用于产生控制信号进行各开关的控制，同时用于对接收机发送的中频信号或低频信号进行检测生成高度值；所述信号处理器输出发射开关控制信号接入微波发射机中的发射开关控制端，信号处理器输出接收开关控制信号接入接收机中的接收开关控制端；信号处理器输出射频开关1控制信号接入射频开关1控制端，信号处理器输出射频开关2控制信号连接射频开关2控制端；

所述接收机用于接收信号处理器发来的接收开关控制信号、微波发射机发来的本振信号和环形器3端发来的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波处理后与本振信号进行混频处理得到含有高度信息的中频信号或低频信号，将其发送到信号处理器；所述微波发射机中本振信号输出端连接接收机中混频器的本振端口，接收机的输出端连接信号处理器的输入端。

2.如权利要求1所述的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，其特征在于，所述射频开关1和射频开关2均采用单刀双掷开关，所述射频信号延时组件采用微波电缆或光纤延时线。

3.如权利要求1所述的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，其特征在于，所述信号处理器输出发射开关控制信号为低电平时，发射开关开，为高电平时，发射开关关；所述信号处理器输出接收开关控制信号为低电平时，接收开关开，为高电平时，接收开关关。

4.一种基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，该方法采用权利要求1~3任一项所述的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***进行测高，具体包括如下步骤：

步骤1，***上电设置默认状态为：信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平、射频开关2控制信号为低电平、发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器对测高模式变量判断，若测高模式变量为高高度模式，则进入步骤3，若测高模式变量为低高度模式或超低空模式，则进入步骤4；

步骤3，执行高测高流程；

步骤4，执行低测高流程。

5.如权利要求4所述的基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，所述步骤3具体包括如下子步骤：

步骤31，信息处理器输出发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤32，信息处理器输出射频开关1控制信号为低电平，输出射频开关2控制信号为低电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常闭端、射频开关2常闭端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤33，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常闭端、射频开关1常闭端、射频开关1公共端到环形器2端，然后输入至环形器3端后进入接收机；

步骤34，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤35，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤36，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号进行检测得到高度值；

步骤37，信号处理器对检测得到的高度值进行判断，若高度不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若无有效高度值或高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤38，返回步骤2。

6.如权利要求5所述的基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，所述步骤34中，所述接收开关控制信号低电平下降沿比发射开关控制信号低电平上升沿滞后50ns，接收开关控制信号低电平上升沿位置应覆盖测高雷达的最大高度测量范围。

7.如权利要求5所述的基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，所述步骤35中，所述回波射频信号经接收机处理是指接收机对回波射频信号进行放大、滤波后，再与微波发射机发送来的本振信号进行混频处理。

8.如权利要求4所述的基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，所述步骤4具体包括如下子步骤：

步骤41，信息处理器输出发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤42，信息处理器输出射频开关1控制信号为高电平，输出射频开关2控制信号为高电平，射频发射信号由环形器2端，依次经射频开关1公共端、射频开关1常开端、射频信号延时组件、射频开关2常开端、射频开关2公共端到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤43，目标回波经空间传输延迟后再由收发共用天线接收生成回波射频信号，依次经射频开关2公共端、射频开关2常开端、射频信号延时组件、射频开关1常开端、射频开关1公共端到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤44，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤45，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤46，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；

步骤47，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正，

（1）

其中

为修正得到的高度值，其中

为检测得到的高度值，c为光速常量，t为射频信号延时组件的传输延时；

步骤48，信号处理器对修正得到的高度值进行判断，若高度值不小于10m，则信息处理器设置测高模式变量为高高度模式，若高度值小于10m且大于3m，则信息处理器设置测高模式变量为低高度模式，若高度不大于3m，则设置测高模式变量为超低空模式；

步骤49，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤410，返回步骤2。

9.一种基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***，其特征在于，包括收发共用天线、环形器、微波发射机、接收机、信号处理器和射频信号延时组件，其中：

所述收发共用天线用于根据微波发射机产生的射频发射信号发射电磁波对目标进行照射并接收目标回波信号；

所述微波发射机用于产生射频发射信号；

所述环形器用于控制电磁波沿环形方向传输，环形器的1端连接微波发射机的输出端，环形器的2端连接射频信号延时组件，环形器的3端连接接收机输入端；

所述射频信号延时组件用于信号的延时；所述射频信号延时组件的另一端连接收发共用天线；所述射频信号延迟组件的衰减不大于2dB；

所述信号处理器用于产生控制信号进行各开关的控制，同时用于对接收机发送的中频信号或低频信号进行检测生成高度值；所述信号处理器输出发射开关控制信号接入微波发射机中的发射开关控制端，信号处理器输出接收开关控制信号接入接收机中的接收开关控制端；

所述接收机用于接收信号处理器发来的接收开关控制信号、微波发射机发来的本振信号和环形器3端发来的回波信号，并对回波信号进行放大、滤波处理后与本振信号进行混频处理得到含有高度信息的中频信号或低频信号，将其发送到信号处理器；所述微波发射机中本振信号输出端连接接收机中混频器的本振端口，接收机的输出端连接信号处理器的输入端。

10.一种基于射频延时的收发共用超低空测高方法，其特征在于，该方法采用权利要求9所述的基于射频延时的收发共用超低空测高雷达***进行测高，具体包括如下步骤：

步骤1，雷达***上电设置默认状态为：信息处理器输出发射开关控制信号为高电平、接收开关控制信号为高电平；

步骤2，信息处理器输出时序控制信号，发射开关控制信号为周期低电平脉冲信号，低电平脉宽为大发射脉宽，周期应覆盖测高雷达的最大高度测量范围；微波发射机在发射开关控制信号的控制下，周期输出射频发射信号，射频发射信号由环形器1端输出至环形器2端；

步骤3，射频发射信号由环形器2端，经射频信号延时组件到收发共用天线，并由收发共用天线向目标辐射电磁波；

步骤4，目标回波再由收发共用天线接收生成回波射频信号，经射频信号延时组件到环形器2端，回波射频信号由环形器2端输入至环形器3端后进入接收机；

步骤5，信号处理器输出接收开关控制信号为周期低电平脉冲信号，与发射开关控制信号为周期相同的同步信号，且微波发射机发射开关开期间接收开关关；

步骤6，回波射频信号经接收机处理输出含有高度信息的中频信号或低频信号至信息处理器；

步骤7，信号处理器对接收机输出的中频信号或低频信号按照高度检测算法进行检测，得到高度值；

步骤8，信号处理器对检测得到的高度值按公式（1）进行修正：

（1）

其中

为修正得到的高度值，其中

为检测得到的高度值，c为光速常量，t为射频信号延时组件的传输延时；

步骤9，信号处理器输出修正得到的高度值；

步骤10，返回步骤2。

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