專利名稱：一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于高分辨率合成孔徑雷達(dá)輻射定標(biāo)的 一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種先進(jìn)的微波遙感工具，它具有全天時(shí)、全天候、高分辨 率、大面積遙感成像的能力，其圖像數(shù)據(jù)已經(jīng)在地質(zhì)、農(nóng)業(yè)、水文、林業(yè)、海洋、制圖測(cè)繪、軍 事偵察和目標(biāo)識(shí)別及信息提取等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。早期SAR應(yīng)用主要集中在定性遙感 方面，即主要依據(jù)的是SAR圖像提供的位置、形狀和回波強(qiáng)弱等信息，然而在雜波統(tǒng)計(jì)特性 研究、土壤濕度測(cè)量、作物精確分類、海面實(shí)況調(diào)查、目標(biāo)識(shí)別等方面，定性遙感應(yīng)用受到了 很大限制，實(shí)際上在這些應(yīng)用過程中，需要建立雷達(dá)圖像與目標(biāo)截面積或散射系數(shù)之間的 定量關(guān)系。這種定量關(guān)系的確定，由SAR福射定標(biāo)完成。SAR福射定標(biāo)就是對(duì)雷達(dá)圖像中每 一個(gè)像素的灰度值所代表的該分辨單元的雷達(dá)截面積(RCS)進(jìn)行精確的和正確的測(cè)定。國 際上的SAR系統(tǒng)，如ERS-1，SIR-C，X-SAR和RADARSAT等，都采用了輻射定標(biāo)技術(shù)。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，SAR的分辨率越來越高。目前，國外星載SAR的分辨率達(dá)到 Im左右，國外機(jī)載SAR的分辨率已達(dá)O. lm。國內(nèi)近幾年在SAR領(lǐng)域的發(fā)展也較快，一些科 研院所分別研制成功了各自的SAR系統(tǒng)，獲得了分辨率為3-0. 5m的圖像。
對(duì)SAR進(jìn)行輻射定標(biāo)需要用到已知雷達(dá)截面積的定標(biāo)設(shè)備，定標(biāo)設(shè)備的尺寸要求 不能大于一個(gè)分辨單元，傳統(tǒng)的做法是采用無源角反射器。但隨著SAR分辨率的不斷提高， 無源角反射器受到尺寸的限制，不能提供足夠大的RCS。另外，定標(biāo)場的背景地物雜波很容 易混進(jìn)定標(biāo)信號(hào)中，使得輻射定標(biāo)精度大大降低。相比之下，有源轉(zhuǎn)發(fā)器通過將SAR信號(hào)接 收、放大、再轉(zhuǎn)發(fā)，模擬地面目標(biāo)，其RCS不再依賴于物理尺寸，而是僅與放大鏈路的增益有 關(guān)。另外，有源轉(zhuǎn)發(fā)器還可以將接收到的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)、調(diào)制等處理，使得定標(biāo)信號(hào)與背景 雜波信號(hào)脫離相關(guān)性，從而提高輻射定標(biāo)的精度，滿足高分辨率合成孔徑雷達(dá)的輻射定標(biāo) 要求。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，克服無源定標(biāo)設(shè)備在高分辨率合成孔 徑雷達(dá)輻射定標(biāo)中的不足，通過接收、放大、轉(zhuǎn)發(fā)SAR信號(hào)來模擬地面目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)較大 的、且精確、可調(diào)的雷達(dá)截面積；在轉(zhuǎn)發(fā)之前可對(duì)信號(hào)進(jìn)行延時(shí)和正弦幅度調(diào)制，使得定標(biāo) 信號(hào)與背景雜波信號(hào)消除相關(guān)性，提高輻射定標(biāo)的精度；可對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波， 并對(duì)檢波信號(hào)進(jìn)行采樣和記錄，有助于對(duì)SAR天線方向圖進(jìn)行分析。另外，本發(fā)明的一種寬 帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器還具有供電方式靈活、便于攜帶等特點(diǎn)，適應(yīng)高分辨合成孔徑雷達(dá)的外場輻 射定標(biāo)要求。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
—種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其包括收發(fā)單元和控制單元，收發(fā)單元監(jiān)控接口通過監(jiān)控線纜和控制單元監(jiān)控接口連接，收發(fā)單元供電接口通過供電線纜與控制單元供電接口連 接；收發(fā)單元的主要功能是將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制等處理，然后再將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給 雷達(dá)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合、檢波和采樣；控制單元主要功能是對(duì)收發(fā)單元的工作參數(shù)進(jìn)行 控制，監(jiān)測(cè)收發(fā)單元的工作狀態(tài)，接收并記錄收發(fā)單元發(fā)來的采樣數(shù)據(jù)。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其所述收發(fā)單元包括接收天線、信號(hào)處理模塊、發(fā)射天 線，接收天線與信號(hào)處理模塊輸入端電連接，發(fā)射天線與信號(hào)處理模塊輸出端電連接；
接收天線，接收SAR發(fā)射的脈沖信號(hào)；
信號(hào)處理模塊，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制處理，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行 率禹合、檢波和米樣；
發(fā)射天線，將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給SAR。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其所述接收天線、發(fā)射天線，為Ku波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天 線。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其所述信號(hào)處理模塊，包括輸入隔離器、帶通濾波器、定 向耦合器、低噪聲放大器、同軸延遲線、幅度均衡器、小信號(hào)放大器、大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅 度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器、功率放大器、輸出隔離器、對(duì)數(shù)檢波放大器、A/D采樣及控 制板；
輸入隔離器、帶通濾波器、定向耦合器、低噪聲放大器、同軸延遲線、幅度均衡器、 小信號(hào)放大器、大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器、功率放大器、輸出隔 離器依次順序串聯(lián)連接；
定向耦合器的耦合端經(jīng)對(duì)數(shù)檢波放大器與A/D采樣及控制板的脈沖信號(hào)輸入端 電連接，A/D采樣及控制板的控制端分別與大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控 衰減器的控制端電連接，并雙向通訊；A/D采樣及控制板的數(shù)據(jù)端經(jīng)監(jiān)控線纜與控制單元 相連。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其所述控制單元，包括微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集 卡、固態(tài)電子盤、鍵盤、顯示器；微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分別與高速數(shù)據(jù)采集卡、固態(tài)電子盤、鍵 盤、顯示器電連接，并雙向通訊；
微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中拷有寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件；
微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的RS422串口、高速數(shù)據(jù)采集卡的接口分別經(jīng)監(jiān)控線纜與A/D采 樣及控制板的數(shù)據(jù)端電連接，并雙向通訊。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其所述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為PC104工控計(jì)算機(jī)。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其流程為
a)接收天線，接收SAR發(fā)射的脈沖信號(hào)，經(jīng)輸入隔離器傳輸給信號(hào)處理模塊；
b)信號(hào)處理模塊做如下流程
帶通濾波器濾除接收信號(hào)的帶外雜波；定向耦合器將大部分信號(hào)直接通過，將一 小部分功率耦合輸出用于后面的檢波；低噪聲放大器將接收到的信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)低噪聲放 大；同軸延遲線將接收到的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)；幅度均衡器對(duì)同軸延遲線引起的幅度畸變進(jìn)行 補(bǔ)償；小信號(hào)放大器，將接收到的信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大，補(bǔ)償同軸延遲線引起的衰減；大步 進(jìn)數(shù)控衰減器對(duì)信號(hào)進(jìn)行較大的定量衰減，調(diào)整系統(tǒng)增益；幅度調(diào)制模塊對(duì)接收到的信號(hào) 進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，同時(shí)將環(huán)境溫度信息發(fā)送給A/D采樣及控制板；小步進(jìn)數(shù)控衰減器對(duì)系統(tǒng)增益進(jìn)行微量調(diào)整，補(bǔ)償因環(huán)境溫度變化引起的系統(tǒng)增益變化，保持系統(tǒng)增益的穩(wěn)定 性；對(duì)數(shù)檢波放大器對(duì)定向耦合器耦合輸出的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波；A/D采樣及控制板對(duì)檢 波出的SAR脈沖包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元，同時(shí)完成對(duì)大步進(jìn) 數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器的控制；
c)在PC104工控計(jì)算機(jī)上運(yùn)行寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件，對(duì)整個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行 控制和監(jiān)測(cè)；
d)軟件運(yùn)行時(shí)，由鍵盤輸入控制參數(shù)給PC104工控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過RS422串口 通信將指令發(fā)送給A/D采樣及控制板，并接收A/D采樣及控制板傳來的監(jiān)測(cè)信息；
e)顯示器顯示寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件界面，方便人機(jī)交互；
f)高速數(shù)據(jù)采集卡，把A/D采樣及控制板傳遞過來的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、處理，通 過PCI總線送PC104工控計(jì)算機(jī)，并存儲(chǔ)至固態(tài)電子盤；
g)功率放大器對(duì)處理好的信號(hào)進(jìn)行末級(jí)功率放大后，經(jīng)輸出隔離器，由發(fā)射天線 轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)。
所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器,其所述小信號(hào)放大器,為最大輸出功率IOdBm的放大器; 大步進(jìn)數(shù)控衰減器，為3db步進(jìn)數(shù)控衰減器；小步進(jìn)數(shù)控衰減器，為O. 2db步進(jìn)數(shù)控衰減器。
本發(fā)明的積極效果是
I)由于采用放大器對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行放大后再轉(zhuǎn)發(fā)，可以在轉(zhuǎn)發(fā)器體積不變的 情況下實(shí)現(xiàn)較大的RCS。
2)由于采用數(shù)控衰減器對(duì)系統(tǒng)增益進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以實(shí)現(xiàn)多種不同的RCS。
3)由于采用小步進(jìn)數(shù)控衰減器根據(jù)系統(tǒng)環(huán)境溫度變化實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)增益進(jìn)行補(bǔ) 償衰減以保持系統(tǒng)增益穩(wěn)定，提高了寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器RCS的精確度。
4)由于采用了延時(shí)和幅度調(diào)制技術(shù)，使得被轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)與背景雜波信號(hào)脫 離相關(guān)性，采用相應(yīng)的定標(biāo)信號(hào)處理方法可以有效抑制背景雜波干擾，提高輻射定標(biāo)精度。
5)由于將接收到的SAR脈沖信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波并采樣記錄，從而能夠通過記錄下 來的數(shù)據(jù)對(duì)SAR天線方位向方向圖進(jìn)行分析。


圖1是本發(fā)明寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的結(jié)構(gòu)框圖；其中，I為收發(fā)單元，2為控制單元。
圖2是本發(fā)明寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的結(jié)構(gòu)原理框圖3是本發(fā)明中涉及的收發(fā)單元的結(jié)構(gòu)原理框圖；其中，201為接收天線，202為輸 入隔離器，203為帶通濾波器，204為定向耦合器，205為低噪聲放大器，206為同軸延遲線， 207為幅度均衡器，208為小信號(hào)放大器，209為大步進(jìn)衰減器，210為幅度調(diào)制模塊，211為 小步進(jìn)數(shù)控衰減器，212為功率放大器，213為輸出隔離器，214為發(fā)射天線，215為對(duì)數(shù)檢波 器，216為A/D采樣及控制模塊。
圖4是本發(fā)明中涉及的控制單元的結(jié)構(gòu)原理框圖；其中，31為PC104工控計(jì)算機(jī)， 32為高速數(shù)據(jù)采集卡，33為固態(tài)電子盤，34為鍵盤，35為顯示器。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，其結(jié)構(gòu)原理框圖如圖2所示。圖1中包括收發(fā)單元1、控制單元2。其中，收發(fā)單元I的監(jiān)控接口通過監(jiān)控線纜和控 制單元2的監(jiān)控接口連接；收發(fā)單元I的供電接口通過供電線纜與控制單元2的供電接口 連接。收發(fā)單元I的主要功能是將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制等處理，然后再將信號(hào)轉(zhuǎn) 發(fā)給雷達(dá)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合、檢波和采樣；控制單元2主要功能是對(duì)收發(fā)單元的工作參 數(shù)進(jìn)行控制，監(jiān)測(cè)收發(fā)單元的工作狀態(tài)，接收并記錄收發(fā)單元發(fā)來的采樣數(shù)據(jù)。
本發(fā)明寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的收發(fā)單元I的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖3所示，圖中包括
依次互連為接收天線201、輸入隔離器202、帶通濾波器203、定向耦合器204、低噪 聲放大器205、同軸延遲線206、幅度均衡器207、小信號(hào)放大器208、大步進(jìn)數(shù)控衰減器209、 幅度調(diào)制模塊210、小步進(jìn)衰減器211、功率放大器212、輸出隔離器213、發(fā)射天線214，另外 還有對(duì)數(shù)檢波放大器215、A/D采樣及控制板216。其中定向耦合器204的耦合輸出端與對(duì) 數(shù)檢波放大器215的輸入端連接；對(duì)數(shù)檢波放大器215的輸出端與A/D采樣及控制板216 的脈沖信號(hào)輸入端連接；A/D采樣及控制板216的控制端與大步進(jìn)數(shù)控衰減器209、幅度調(diào) 制模塊210以及小步進(jìn)數(shù)控衰減器211的控制端連接，數(shù)據(jù)端經(jīng)監(jiān)控線纜與控制單元2連 接。
接收天線201接收來自SAR雷達(dá)發(fā)射的脈沖線性調(diào)頻信號(hào)，信號(hào)經(jīng)輸入隔離器202 改善匹配特性后輸出至帶通濾波器203的輸入端；
帶通濾波器203濾除接收信號(hào)的帶外雜波，并輸出至定向耦合器204的輸入端；
定向I禹合器204使絕大部分信號(hào)直接通過并輸出至低噪聲放大器205的輸入端, 另外耦合出一小部分信號(hào)通過耦合端輸出至對(duì)數(shù)檢波放大器215的輸入端；
低噪聲放大器205將接收到的信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)低噪聲放大，并輸出至同軸延遲線 206的輸入端；
同軸延遲線206將信號(hào)進(jìn)行延時(shí)，并輸出至幅度均衡器207的輸入端；
幅度均衡器207對(duì)信號(hào)因延時(shí)造成的幅度畸變進(jìn)行校正，并輸出至小信號(hào)放大器 208的輸入端；
小信號(hào)放大器208將信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大，補(bǔ)償因延時(shí)造成的信號(hào)功率衰減，并 輸出至大步進(jìn)數(shù)控衰減器209的輸入端；
大步進(jìn)數(shù)控衰減器209根據(jù)A/D采樣及控制板216發(fā)來的數(shù)控值對(duì)信號(hào)進(jìn)行大步 進(jìn)的定量衰減，并輸出至幅度調(diào)制模塊210的輸入端；
幅度調(diào)制模塊210根據(jù)A/D采樣及控制板216發(fā)來的頻率控制字產(chǎn)生壓控波形， 壓控波形控制壓控衰減器對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的正弦幅度調(diào)制，并輸出至小步進(jìn)數(shù)控衰減器211;另外，幅度調(diào)制模塊210還負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)環(huán)境溫度，并將溫度值發(fā)送給A/D采樣及控制 板 216。
小步進(jìn)數(shù)控衰減器211根據(jù)A/D采樣及控制板216發(fā)來的數(shù)控值對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng) 的微量衰減，以補(bǔ)償系統(tǒng)因環(huán)境溫度變化引起的增益變化，保持系統(tǒng)增益穩(wěn)定，并將信號(hào)輸 出至功率放大器212的輸入端；
功率放大器212將信號(hào)進(jìn)行末級(jí)功率放大并通過輸出隔離器213改善匹配特性后 輸出至發(fā)射天線214，并由發(fā)射天線214將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給SAR ；
對(duì)數(shù)檢波放大器215對(duì)定向I禹合器204 f禹合出的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波，并將檢波后 的脈沖包絡(luò)信號(hào)輸出至A/D采樣及控制板216的脈沖信號(hào)輸入端；
A/D采樣及控制板216將對(duì)數(shù)檢波放大器215發(fā)來的脈沖包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣， 并將采樣數(shù)據(jù)通過監(jiān)控線纜發(fā)送給控制單元2 ;通過串口通信接收來自控制單元2的數(shù)控 信號(hào)、調(diào)制頻率信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后通過控制端將信號(hào)分別對(duì)大步進(jìn)數(shù)控衰減器209、 幅度調(diào)制模塊210以及小步進(jìn)數(shù)控衰減器211進(jìn)行控制。
本發(fā)明寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的控制單元2的結(jié)構(gòu)原理框圖如圖4所示，圖中包括
PC104工控計(jì)算機(jī)31、高速數(shù)據(jù)采集卡32、固態(tài)電子盤33、鍵盤34和顯示器35， 其中，固態(tài)電子盤33、鍵盤34和顯示器35分別連接到PC104工控計(jì)算機(jī)31上對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 接口 ；高速數(shù)據(jù)采集卡32的PCI總線接口與PC104工控計(jì)算機(jī)31的PCI總線接口連接； PC104工控計(jì)算機(jī)31的RS422串口以及高速數(shù)據(jù)采集卡32的數(shù)據(jù)接口通過監(jiān)控線纜與A/ D采樣及控制板216的數(shù)據(jù)端連接。
PC104工控計(jì)算機(jī)31為整個(gè)系統(tǒng)的核心控制器，由鍵盤34輸入控制參數(shù)，PC104 工控計(jì)算機(jī)31將輸入?yún)?shù)通過RS422串口發(fā)送給A/D采樣及控制板216，同時(shí)接收A/D采 樣及控制板216發(fā)來的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；A/D采樣及控制板216將輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的控制量 對(duì)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊進(jìn)行控制。所有的控制量和監(jiān)測(cè)量均由PC104工控計(jì)算機(jī)31 輸出至顯示器35進(jìn)行顯示。
高速數(shù)據(jù)采集卡32通過差分?jǐn)?shù)據(jù)線接收來自A/D采樣及控制板216的采樣數(shù)據(jù)， 將數(shù)據(jù)緩存、打包后通過PCI總線發(fā)送給PC104工控計(jì)算機(jī)31并最終存儲(chǔ)至固態(tài)電子盤 33。
下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器工作頻段為Ku波段，中心頻率14. 8GHz，帶寬3. 2GHz，可實(shí) 現(xiàn)的最大RCS為40dBsm。
本發(fā)明主要由兩部分構(gòu)成，如圖1所示，包括收發(fā)單元I和控制單元2。收發(fā)單元 I主要完成對(duì)信號(hào)的接收、放大、調(diào)制、耦合、檢波、采樣、轉(zhuǎn)發(fā)，控制單元通過供電線纜和監(jiān) 控線纜完成對(duì)收發(fā)單元的供電和參數(shù)監(jiān)控。
上述的收發(fā)單元內(nèi)部原理框圖如圖3所示，其中接收天線201和發(fā)射天線214均 采用Ku波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線，天線增益20dBi，E面和H面3dB波束寬度分別為14°和 16° ;輸入隔離器202和輸出隔離器213均采用Ku波段寬帶隔離器；帶通濾波器203選擇中 心頻率14. 8GHz、通帶寬度3. 3GHz的腔體帶通濾波器；定向耦合器204采用耦合度為_6dB 的寬帶定向耦合器；低噪聲放大器205采用增益40dB，噪聲系數(shù)2. 5dB的Ku波段寬帶低噪 聲放大器；同軸延遲線206選擇總延遲量150ns ;幅度均衡器207選擇帶內(nèi)均衡度12dB ;小 信號(hào)放大器208選擇增益45dB，最大輸出功率IOdBm ;大步進(jìn)數(shù)控衰減器209控制位4位； 幅度調(diào)制模塊210調(diào)制頻率O-1OOOHz ;小步進(jìn)數(shù)控衰減器211控制位7位；功率放大器212 選擇最大輸出功率25dBm ;對(duì)數(shù)檢波放大器215選擇對(duì)數(shù)斜率20mV/dR，最大輸出脈沖幅度 2V。
本發(fā)明一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器工作時(shí)，首先運(yùn)行寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制程序，顯示器 35顯示程序操作界面，由鍵盤34輸入RCS設(shè)置值、調(diào)制頻率值，PC104工控計(jì)算機(jī)31將輸入 量通過RS422串口發(fā)送給A/D采樣及控制板216，A/D采樣及控制板216將輸入量轉(zhuǎn)換成控 制字對(duì)數(shù)控衰減器209以及幅度調(diào)制模塊210進(jìn)行控制，同時(shí)，不斷讀取幅度調(diào)制模塊210 發(fā)過來的環(huán)境溫度信息，并將溫度通過串口發(fā)送給PC104工控計(jì)算機(jī)31，控制程序根據(jù)事先存好的溫度-衰減量對(duì)應(yīng)表自動(dòng)向A/D采樣及控制板216發(fā)出數(shù)控衰減器211的數(shù)控量， 并由A/D采樣及控制板216對(duì)數(shù)控衰減器211進(jìn)行控制，從而使得系統(tǒng)增益隨環(huán)境溫度變 化不斷進(jìn)行微調(diào)，保持總增益的穩(wěn)定性。參數(shù)設(shè)置完畢后，寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)入等待狀態(tài)。 當(dāng)SAR飛過時(shí)，寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器一方面將接收到的信號(hào)進(jìn)行放大、延遲、衰減、調(diào)制并轉(zhuǎn)發(fā)， 另一方面通過寬帶定向耦合器將信號(hào)耦合出一部分功率進(jìn)行檢波，檢波出的脈沖包絡(luò)信號(hào) 送至A/D采樣及控制板216進(jìn)行A/D采樣，采樣數(shù)據(jù)通過差分?jǐn)?shù)據(jù)線被送至高速數(shù)據(jù)采集 卡32進(jìn)行緩存、打包，再通過PCI總線傳輸至PC104工控計(jì)算機(jī)31，最終將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到固態(tài) 電子盤33中。
本發(fā)明一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的供電部分置于控制單元中，供電方式有3種
1.自帶蓄電池供電。供電部分裝有兩組卷繞式鉛酸蓄電池，每組12V，兩組串聯(lián)提 供24V直流供電電壓，可維持系統(tǒng)工作2小時(shí)以上。另外，卷繞式鉛酸蓄電池具有體積小、 抗振動(dòng)、耐高低溫、可任意方向放置的特點(diǎn)，非常適合外場環(huán)境使用。
2.外部直流供電。提供了外部直流電源輸入接口，可直接用外部直流電源供電。
3.交流供電。供電部分裝有AC/DC轉(zhuǎn)換器，可將外部交流220輸入轉(zhuǎn)換成直流30V 輸出，為整個(gè)系統(tǒng)提供直流供電，同時(shí)也可以為蓄電池進(jìn)行充電。
上述三種供電方式通過開關(guān)進(jìn)行選擇，24V或30V供電電壓通過寬輸入范圍DC/DC 模塊換成12V和5V直流電壓再為系統(tǒng)各個(gè)模塊進(jìn)行供電。
本發(fā)明一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮到便攜性，控制單元采用 PELICAN1520中型便攜式密封箱，顯示器安裝于上蓋板內(nèi)側(cè)，鍵盤、開關(guān)、指示燈及各種接口 均安裝于機(jī)箱面板上。PC104工控機(jī)、高速數(shù)據(jù)采集卡以及供電部分置于機(jī)箱內(nèi)部，機(jī)箱合 蓋后可手提。收發(fā)單元除收發(fā)天線外所有模塊置于屏蔽盒中，天線穿過盒體固定，固定方式 可以是水平極化也可以是垂直極化，并通過剛性同軸電纜與盒體的射頻接口連接，盒體表 面覆蓋Ku波段吸波材料。屏蔽盒置于轉(zhuǎn)臺(tái)上，以便調(diào)整天線指向。轉(zhuǎn)臺(tái)可以調(diào)平，方位向 可360度旋轉(zhuǎn)，俯仰向可調(diào)整角度范圍為80度。收發(fā)單元包裝采用PELICAN0340密封箱， 該箱帶滑輪和拉桿，方便運(yùn)輸和攜帶。
權(quán)利要求
1.一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，包括收發(fā)單元和控制單元，收發(fā)單元監(jiān)控接口通過監(jiān)控線纜和控制單元監(jiān)控接口連接，收發(fā)單元供電接口通過供電線纜與控制單元供電接口連接；收發(fā)單元的主要功能是將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制等處理，然后再將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合、檢波和采樣；控制單元主要功能是對(duì)收發(fā)單元的工作參數(shù)進(jìn)行控制，監(jiān)測(cè)收發(fā)單元的工作狀態(tài)，接收并記錄收發(fā)單元發(fā)來的采樣數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述收發(fā)單元包括接收天線、信號(hào)處理模塊、發(fā)射天線，接收天線與信號(hào)處理模塊輸入端電連接，發(fā)射天線與信號(hào)處理模塊輸出端電連接； 接收天線，接收SAR發(fā)射的脈沖信號(hào)； 信號(hào)處理模塊，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制處理，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合、檢波和米樣； 發(fā)射天線，將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給SAR。
3.如權(quán)利要求2所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述接收天線、發(fā)射天線，為Ku波段標(biāo)準(zhǔn)增益喇叭天線。
4.如權(quán)利要求2所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述信號(hào)處理模塊，包括輸入隔離器、帶通濾波器、定向耦合器、低噪聲放大器、同軸延遲線、幅度均衡器、小信號(hào)放大器、大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器、功率放大器、輸出隔離器、對(duì)數(shù)檢波放大器、A/D采樣及控制板； 輸入隔離器、帶通濾波器、定向耦合器、低噪聲放大器、同軸延遲線、幅度均衡器、小信號(hào)放大器、大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器、功率放大器、輸出隔離器依次順序串聯(lián)連接； 定向耦合器的耦合端經(jīng)對(duì)數(shù)檢波放大器與A/D采樣及控制板的脈沖信號(hào)輸入端電連接，A/D采樣及控制板的控制端分別與大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器的控制端電連接，并雙向通訊；A/D采樣及控制板的數(shù)據(jù)端經(jīng)監(jiān)控線纜與控制單元相連。
5.如權(quán)利要求1或4所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述控制單元，包括微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、高速數(shù)據(jù)采集卡、固態(tài)電子盤、鍵盤、顯示器；微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，分別與高速數(shù)據(jù)采集卡、固態(tài)電子盤、鍵盤、顯示器電連接，并雙向通訊； 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中拷有寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件； 微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的RS422串口、高速數(shù)據(jù)采集卡的接口分別經(jīng)監(jiān)控線纜與A/D采樣及控制板的數(shù)據(jù)端電連接，并雙向通訊。
6.如權(quán)利要求5所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為PC104工控計(jì)算機(jī)。
7.如權(quán)利要求4、5或6所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，其工作流程為 a)接收天線，接收SAR發(fā)射的脈沖信號(hào)，經(jīng)輸入隔離器傳輸給信號(hào)處理模塊； b)信號(hào)處理模塊做如下流程 帶通濾波器濾除接收信號(hào)的帶外雜波；定向耦合器將大部分信號(hào)直接通過，將一小部分功率耦合輸出用于后面的檢波；低噪聲放大器將接收到的信號(hào)進(jìn)行第一級(jí)低噪聲放大；同軸延遲線將接收到的信號(hào)進(jìn)行延時(shí)；幅度均衡器對(duì)同軸延遲線引起的幅度畸變進(jìn)行補(bǔ)償；小信號(hào)放大器，將接收到的信號(hào)進(jìn)行第二級(jí)放大，補(bǔ)償同軸延遲線引起的衰減；大步進(jìn)數(shù)控衰減器對(duì)信號(hào)進(jìn)行較大的定量衰減，調(diào)整系統(tǒng)增益；幅度調(diào)制模塊對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行正弦幅度調(diào)制，同時(shí)將環(huán)境溫度信息發(fā)送給A/D采樣及控制板；小步進(jìn)數(shù)控衰減器對(duì)系統(tǒng)增益進(jìn)行微量調(diào)整，補(bǔ)償因環(huán)境溫度變化引起的系統(tǒng)增益變化，保持系統(tǒng)增益的穩(wěn)定性；對(duì)數(shù)檢波放大器對(duì)定向耦合器耦合輸出的信號(hào)進(jìn)行幅度檢波；A/D采樣及控制板對(duì)檢波出的SAR脈沖包絡(luò)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，并將采樣數(shù)據(jù)發(fā)送給控制單元，同時(shí)完成對(duì)大步進(jìn)數(shù)控衰減器、幅度調(diào)制模塊、小步進(jìn)數(shù)控衰減器的控制； c)在PC104工控計(jì)算機(jī)上運(yùn)行寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件，對(duì)整個(gè)有源轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)； d)軟件運(yùn)行時(shí)，由鍵盤輸入控制參數(shù)給PC104工控計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過RS422串口通信將指令發(fā)送給A/D采樣及控制板，并接收A/D采樣及控制板傳來的監(jiān)測(cè)信息； e)顯示器顯示寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器控制軟件界面，方便人機(jī)交互； f)高速數(shù)據(jù)采集卡，把A/D采樣及控制板傳遞過來的采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存、處理，通過PCI總線送PC104工控計(jì)算機(jī)，并存儲(chǔ)至固態(tài)電子盤； g)功率放大器對(duì)處理好的信號(hào)進(jìn)行末級(jí)功率放大后，經(jīng)輸出隔離器，由發(fā)射天線轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)。
8.如權(quán)利要求4所述的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，其特征在于，所述小信號(hào)放大器，為最大輸出功率IOdBm的放大器；大步進(jìn)數(shù)控衰減器，為3dB步進(jìn)數(shù)控衰減器；小步進(jìn)數(shù)控衰減器，為.O.2dB步進(jìn)數(shù)控衰減器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，涉及微波遙感技術(shù)，包括收發(fā)單元和控制單元。收發(fā)單元主要功能為接收雷達(dá)發(fā)射的脈沖信號(hào)，將信號(hào)進(jìn)行濾波、放大、延遲、調(diào)制等處理，然后再將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)，同時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行耦合、檢波和采樣；控制單元主要功能是對(duì)收發(fā)單元的工作參數(shù)進(jìn)行控制，監(jiān)測(cè)收發(fā)單元的工作狀態(tài)，接收并記錄收發(fā)單元發(fā)來的采樣數(shù)據(jù)。收發(fā)單元和控制單元之間通過供電線纜和監(jiān)控線纜進(jìn)行連接。本發(fā)明的寬帶有源轉(zhuǎn)發(fā)器，適用于高分辨率合成孔徑雷達(dá)(SAR)輻射定標(biāo)。
文檔編號(hào)G01S7/40GK103018724SQ20111028083
公開日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者郭俊棟, 馬艷敏, 李鵬程, 洪瀑, 曹舸 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所