CN114578337A - 发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达 - Google Patents

发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达。包括N个阵元的发射天线阵面、M个阵元的接收天线阵面、模拟调相单元、M路模拟通道、高速AD模块、高速DA模块、数字信号处理单元，波束控制单元以及波束合成单元，数字信号处理单元产生发射数字中频信号，经高速DA模块变换为模拟信号后，送入模拟调相单元。本发明中波束控制单元通过控制模拟调相单元，可以控制模拟相位变化以实现发射宽波束的指向变化以及关闭部分发射阵元实现发射角度覆盖范围的变化；波束控制单元通过控制波束合成单元，可以灵活地形成m路数字窄波束，并可以实时控制波束指向。

Description

发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达
技术领域
本发明属于探测雷达技术领域，特别是一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达。
背景技术
相控阵雷达即相位控制电子扫描阵列雷达，利用大量个别控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同指向的波束。
数字波束形成技术在雷达信号处理领域得到广泛应用，它能够通过数字的方式改变天线阵元间的幅度和相位，并且在不同的俯仰和方位角上同时形成多个波束。传统的波束形成相比于数据波束形成技术具有较低的灵活性和精度。
相控阵雷达具有电子扫描的优点，数字波束形成具有同时多波束的优点，但是相控阵雷达由于只有一个波束扫面整个空域，因此，时间效率太低；数字波束形成拥有若干个波束，时间资源非常高效，但是消耗过多模拟通道。
发明内容
本发明的目的在于提供基于发射相扫宽波束、接收数字多波束“低小慢”探测雷达，这种电路能兼顾相控阵雷达和数字波束雷达的优点。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达。“低小慢”探测雷达由N个阵元的发射天线阵面、M个阵元的接收天线阵面、模拟调相单元、M路模拟通道、高速AD模块、高速DA模块、数字信号处理单元，波束控制单元以及波束合成单元等组成。首先，数字信号处理单元产生发射中频信号，经高速DA模块变换为模拟信号后，送入模拟调相单元；其次，波束控制单元控制模拟调相单元，将模拟信号变换为N路调相后的射频信号，然后通过N个阵元的发射天线发射出去；波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路信号的若干路实现发射一个发射宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；然后，M个阵元的接收天线阵面接收来自目标的回波信号，并送入M路模拟通道，M路模拟通道将接收到的M路回波射频信号变换为中频信号，送入高速AD模块，高速AD模块将M路模拟中频信号转变为数字信号后，送入数字信号处理模块的波束合成单元；最后，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m路数字窄波束(窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1)指向的信号，并输出。其中，波束控制单元控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束(m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)。
进一步地，模拟调相单元通过控制发射信号的模拟相位，调整天线宽波束发射角度指向，以实现在整个空域的扫描；通过关闭部分N路信号的若干路实现发射宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)。
进一步地，波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路模拟信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变换后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；通过控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号，根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束。
进一步地，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m路数字窄波束(每个窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1；且m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)，并可以覆盖宽波束的覆盖范围，且随着宽波束指向的变化，m路窄波束，随着宽波束指向的变化而同步变化，且依然可以覆盖宽波束的覆盖范围。
本发明与现有技术相比，其显著优点：本发明同时兼顾相控阵雷达及数字多波束雷达的优点，同时，时间效率优于相控阵雷达，成本低于数字多波束雷达，具有较高的适用性和通用性，时间效率高，具有很高的灵活性和精度，本发明中波束控制单元通过控制模拟调相单元，可以控制模拟相位变化以实现发射宽波束的指向变化以及关闭部分发射阵元实现发射角度覆盖范围的变化；波束控制单元通过控制波束合成单元，可以灵活地形成m路数字窄波束，并可以实时控制波束指向。
附图说明
图1是本发明发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达的总体结构示意图；
图2是本发明模拟调相单元结构示意图；
图3是本发明发射波束展宽及原发射波束方向图；
图4是本发明波束合成单元结构示意图；
图5是本发明宽波束与窄波束同时覆盖方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下参照附图对本发明进一步详细说明。
如图1-5所示，一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，包括：N个阵元的发射天线阵面、M个阵元的接收天线阵面、模拟调相单元、M路模拟通道、高速AD模块、高速DA模块、数字信号处理单元，波束控制单元以及波束合成单元，首先，数字信号处理单元产生发射数字中频信号，经高速DA模块变换为模拟信号后，送入模拟调相单元；其次，波束控制单元控制模拟调相单元，将模拟信号变换为N路调相后的射频信号，然后通过N个阵元的发射天线发射出去；波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；然后，M个阵元的接收天线阵面接收来自目标的回波信号，并送入M路模拟通道，M路模拟通道将接收到的M路射频回波信号变换为中频信号，送入高速AD模块，高速AD模块将M路模拟中频信号转变为数字信号后，送入数字信号处理模块的波束合成单元；最后，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m(m根据接收覆盖范围和波束间隔决定)路数字窄波束(窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1)指向的信号并输出，其中，波束控制单元控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束(m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)。
模拟调相单元通过控制发射信号的模拟相位，调整天线宽波束发射角度指向，以实现在整个空域的扫描；通过关闭部分N路信号的若干路实现发射宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)。
波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路模拟信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变换后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；通过控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号进行幅度相位加权，根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束。
波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号进行幅度相位加权，合成为m路数字窄波束(每个窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1；且m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)，并可以覆盖宽波束的覆盖范围，且m路窄波束会随着发射宽波束指向的变化而同步变化，且依然可以覆盖发射宽波束的覆盖范围。
本发明是一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，由N个阵元的发射天线阵面、M个阵元的接收天线阵面、模拟调相单元、M路模拟通道、高速AD模块、高速DA模块、数字信号处理单元，波束控制单元以及波束合成单元等组成，具体结构如图1所示。
首先，数字信号处理单元产生中频发射信号，经高速DA模块变换为模拟信号后，送入模拟调相单元；其次，波束控制单元控制模拟调相单元，将模拟信号变换为N路调相后的射频信号，然后通过N个阵元的发射天线发射出去。
图2是模拟调相单元结构图，高速DA模块输出的中频模拟信号，首先经过上混频器，混成发射射频信号，然后经过利用乘法器实现的一个相位调制器(调相器)，对发射信号进行调相，N个阵元的阵面由N组图2所示的结构组成，N个调相输出，连接至N个阵元后，由天线向外辐射。
波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位变化实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)。原发射角度及展宽后的发射角度如图3所示。
然后，M个阵元的接收天线阵面接收来自目标的回波信号，并送入M路模拟通道，M路模拟通道将接收到的M路回波射频信号变换为中频信号，送入高速AD模块，高速AD模块将M路模拟中频信号转变为数字信号后，送入数字信号处理模块的波束合成单元。
最后，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m路数字窄波束(窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1)指向的信号，并输出，图4为波束合成单元结构示意图，M路中频数字信号与M个幅相加权系数相乘后相加输出，得到其中1个窄波束输出。其中，波束控制单元控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束(m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)。
波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m路数字窄波束(每个窄波束角度覆盖为θ3，θ3＜＜θ1；且m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)，并可以覆盖宽波束的覆盖范围，且随着宽波束指向的变化，m路窄波束，随着宽波束指向的变化而同步变化，且依然可以覆盖宽波束的覆盖范围。图5是宽波束与窄波束同时覆盖方向图。其中，中间的为接收窄波束，窄波束角度覆盖为θ3，外面的为发射宽波束，宽波束角度覆盖为θ1。m路窄波束覆盖的角度和为θ4(θ4＝m*θ3)＞θ1(或θ2)。

Claims (4)

1.一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，其特征在于，包括：N个阵元的发射天线阵面、M个阵元的接收天线阵面、模拟调相单元、M路模拟通道、高速AD模块、高速DA模块、数字信号处理单元，波束控制单元以及波束合成单元，首先，数字信号处理单元产生发射数字中频信号，经高速DA模块变换为模拟信号后，送入模拟调相单元；其次，波束控制单元控制模拟调相单元，将模拟信号变换为N路调相后的射频信号，然后通过N个阵元的发射天线发射出去；波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；然后，M个阵元的接收天线阵面接收来自目标的回波信号，并送入M路模拟通道，M路模拟通道将接收到的M路射频回波信号变换为中频信号，送入高速AD模块，高速AD模块将M路模拟中频信号转变为数字信号后，送入数字信号处理模块的波束合成单元；最后，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号合成为m(m根据接收覆盖范围和波束间隔决定)路数字窄波束(窄波束角度覆盖为θ3，θ3<<θ1)指向的信号并输出，其中，波束控制单元控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束(m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)。
2.根据权利要求1所述的一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，其特征在于，模拟调相单元通过控制发射信号的模拟相位，调整天线宽波束发射角度指向，以实现在整个空域的扫描；通过关闭部分N路信号的若干路实现发射宽波束覆盖角度范围的变化(变化后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)。
3.根据权利要求1所述的一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，其特征在于，波束控制单元通过调整N路模拟信号的相位实现一个发射宽波束(宽波束角度覆盖为θ1)在空间的扫描，通过关闭N路模拟信号的若干路实现发射一个宽波束覆盖角度范围的变化(变换后宽波束角度覆盖为θ2，θ2＞θ1)；通过控制波束合成模块对输入的M路中频数字信号进行幅度相位加权，根据发射波束方向指向合成m路数字窄波束。
4.根据权利要求1所述的一种发射相扫宽波束接收数字多波束“低小慢”探测雷达，其特征在于，波束合成单元将输入的M个阵元的数字信号进行幅度相位加权，合成为m路数字窄波束(每个窄波束角度覆盖为θ3，θ3<<θ1；且m路窄波束覆盖的角度和为θ4，θ4≥θ1)，并可以覆盖宽波束的覆盖范围，且m路窄波束会随着发射宽波束指向的变化而同步变化，且依然可以覆盖发射宽波束的覆盖范围。
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