L型收發(fā)陣列天線前端及其信號(hào)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器(雷達(dá))探測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種在探測(cè)近程、高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)中形成的L型陣列天線及其信號(hào)處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，人們需要對(duì)一些領(lǐng)域中的近程、高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)位置、速度的準(zhǔn)確測(cè)量，早期的測(cè)量系統(tǒng)期望應(yīng)用光學(xué)系統(tǒng)如紅外、電視和激光等進(jìn)行聯(lián)合測(cè)量實(shí)現(xiàn)，但是光學(xué)系統(tǒng)由于受氣候、惡劣環(huán)境影響很大，使其應(yīng)用受到很大限制；基于無(wú)線電的測(cè)量系統(tǒng)由于通過(guò)非接觸測(cè)量，呈現(xiàn)出測(cè)量介質(zhì)廣、精確度高、耐腐蝕、抗干擾能力更強(qiáng)和信息傳遞方便優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足應(yīng)用的需要。
[0003]近程、高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)無(wú)線電測(cè)量系統(tǒng)，其技術(shù)體制的發(fā)展主要受到電子器件高速發(fā)展的影響，特別是信號(hào)處理器件從DSP (Digital Signal Processing:數(shù)字信號(hào)處理器)到FPGA的發(fā)展，使得信號(hào)處理能力大大提高，實(shí)現(xiàn)了 DBF (Data beam Forming:數(shù)字波束合成)等技術(shù)，L型收發(fā)陣列天線前端及其信號(hào)處理方法就是在這樣的技術(shù)背景下產(chǎn)生。L型收發(fā)陣列天線前端及其信號(hào)處理方法相比以前的簡(jiǎn)單喇叭天線前端，在連續(xù)波體制下具有收發(fā)系統(tǒng)隔離度高、探測(cè)精度高的特點(diǎn)，與其它單一極化方式的相控陣天線前端比較由于采用45°斜極化具有對(duì)目標(biāo)特性適應(yīng)性強(qiáng)、受地物雜波影響小的特點(diǎn)。
[0004]基于近程、高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)無(wú)線電測(cè)量系統(tǒng)，具有高檢測(cè)概率、低虛警概率的要求。能自動(dòng)區(qū)分來(lái)向、遠(yuǎn)離目標(biāo)，對(duì)于運(yùn)行車輛或運(yùn)動(dòng)車輛濺起的石子、飛鳥(niǎo)、走動(dòng)的人員等假目標(biāo)不作響應(yīng)。由于近程、高速目標(biāo)速度高，因此探測(cè)系統(tǒng)必須快速、準(zhǔn)確地測(cè)量目標(biāo)的參數(shù)，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。探測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具有良好的低輻射特性、抗干擾能力和電磁兼容性特性。從工程應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)應(yīng)該滿足小型化、低能耗、強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)能力的應(yīng)用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種適用于近程高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)的L型收發(fā)陣列天線前端及其信號(hào)處理方法。
[0007]技術(shù)方案
[0008]—種L型收發(fā)陣列天線前端，其特征在于包括發(fā)射天線、發(fā)射機(jī)、俯仰維數(shù)字接收陣列天線、俯仰維多通道接收機(jī)、方位維數(shù)字接收陣列天線、方位維多通道接收機(jī)和信號(hào)處理器；發(fā)射機(jī)的輸出端接發(fā)射天線的輸入端，俯仰維數(shù)字接收陣列天線的輸出端接俯仰維多通道接收機(jī)的輸入端，方位維數(shù)字接收陣列天線的輸出端接方位維多通道接收機(jī)的輸入端，俯仰維多通道接收機(jī)的輸出端和方位維多通道接收機(jī)的輸出端接信號(hào)處理器的輸入端。
[0009]所述的發(fā)射天線、俯仰維數(shù)字接收陣列天線、方位維數(shù)字接收陣列天線在結(jié)構(gòu)上均采用45°扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)實(shí)現(xiàn)，俯仰維數(shù)字接收陣列天線與方位維數(shù)字接收陣列天線組成L型結(jié)構(gòu)，L型結(jié)構(gòu)與發(fā)射天線之間設(shè)有收發(fā)隔離擋板、收發(fā)隔離部分。
[0010]所述的俯仰維數(shù)字接收陣列天線、方位維數(shù)字接收陣列天線由相同口徑的若干波導(dǎo)單元并行排列組成，每一組波導(dǎo)單元包括天線單元、饋線單元組成。
[0011]所述的俯仰維多通道接收機(jī)、方位維多通道接收機(jī)由相同若干組并聯(lián)排列的信號(hào)處理電路組成，每一組信號(hào)處理電路由低噪聲放大器、混頻器、濾波器和中頻放大器組成。
[0012]所述的信號(hào)處理器包括A/D采樣單元、FPGA處理器單元和高速接口單元。
[0013]—種采用所述的L型收發(fā)陣列天線前端實(shí)現(xiàn)的信號(hào)處理方法，其特征在于步驟如下:
[0014]步驟1:發(fā)射機(jī)將信號(hào)SI (η)送給發(fā)射天線賦形輻射；
[0015]步驟2:俯仰維數(shù)字接收陣列天線接收的信號(hào)S2 (η)經(jīng)俯仰維數(shù)字多通道接收機(jī)處理低噪聲放大、混頻、濾波器和中頻放大后得到信號(hào)S4(n)送給信號(hào)處理器；
[0016]方位維數(shù)字接收陣列天線接收的信號(hào)S3 (η)經(jīng)方位維數(shù)字多通道接收機(jī)處理低噪聲放大、混頻、濾波器和中頻放大后得到信號(hào)S5(n)也送給信號(hào)處理器；
[0017]步驟3:信號(hào)處理器將接收的信號(hào)S4(n)、S5 (η)進(jìn)行A/D變換、DDC、高通濾波、DBF、MTI/MTD、求模、恒虛警處理、門(mén)限判決、目標(biāo)凝聚、目標(biāo)配對(duì)后以信號(hào)S6 (η)送出。
[0018]有益效果
[0019]本發(fā)明提出的一種L型收發(fā)陣列天線前端及其信號(hào)處理方法，根據(jù)高速移動(dòng)目標(biāo)特性，提出使用L型收發(fā)陣列天線45°扭轉(zhuǎn)波導(dǎo)的斜極化方式，可以兼顧不同目標(biāo)類型對(duì)垂直、水平極化波敏感探測(cè)的需要，有效增加多種極化目標(biāo)回波，同時(shí)可以有效抑制地物雜波、背景雜波的干擾，非常適合于近程、高速目標(biāo)的測(cè)量。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本發(fā)明的總體電氣框圖
[0021]圖2是L型收發(fā)陣列天線的天線外形示意圖
[0022]圖3是L型收發(fā)陣列天線的前端接收信號(hào)的硬件組成
[0023]其中:9-天線輻射單元，10-饋線單元，11-低噪聲放大器，12-混頻器，13-濾波器，14-中頻放大器，15-A/D采樣單元，16-FPGA處理器單元，17-高速接口單元
[0024]圖4是信號(hào)處理器對(duì)俯仰維陣列接收信號(hào)和方位維陣列接收信號(hào)的處理過(guò)程
【具體實(shí)施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0026]發(fā)射機(jī)將線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)調(diào)制到載頻，并進(jìn)行功率放大后以SI (η)形式送給發(fā)射天線，發(fā)射天線根據(jù)設(shè)計(jì)要求的俯仰維、方位維覆蓋范圍進(jìn)行賦形輻射。俯仰維數(shù)字接收陣列天線接收的目標(biāo)回波信號(hào)S2(n)送給俯仰維數(shù)字多通道接收機(jī)，接收機(jī)首先進(jìn)行低噪聲放大:使得微波信號(hào)得到一定增益放大，并滿足混頻器的輸入功率；其次混頻器將微波信號(hào)與本振信號(hào)進(jìn)行下變頻到中頻信號(hào)(中頻信號(hào)載頻根據(jù)信號(hào)帶寬、本振等進(jìn)行確定)；然后對(duì)于混頻后的中頻信號(hào)，用濾波器實(shí)現(xiàn)一定通帶的選通；最后中頻放大器確保一定動(dòng)態(tài)的中頻信號(hào)始終在A/D采樣器的采樣范圍內(nèi)。俯仰維數(shù)字多通道接收機(jī)將處理后的中頻信號(hào)S4(n)送給信號(hào)處理器；同理方位維數(shù)字接收陣列天線接收的信號(hào)S3 (η)經(jīng)方位維數(shù)字多通道接收機(jī)處理后得到信號(hào)S5 (η)也送給信號(hào)處理器。信號(hào)處理器對(duì)送入的S4 (n)、S5 (η)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣，分別進(jìn)行俯仰維和方位維的DDC、高通濾波、DBF、MT I/MTD、求模、恒虛警處理、門(mén)限判決、目標(biāo)凝聚等處理，由于俯仰維多通道接收信號(hào)送信號(hào)處理器進(jìn)行DBF處理的合成波束在俯仰窄而方位維寬，故目標(biāo)在俯仰維的測(cè)量精度高而方位維的測(cè)量信息模糊，其信息包括方位、俯仰、距離、速度和目標(biāo)強(qiáng)度等。同理方位維多通道接收信號(hào)送信號(hào)處理進(jìn)行DBF處理的合成波束在方位窄而俯