一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，包括天线阵列，接收空间的电磁波并向空间辐射电磁能量；单刀单掷射频开关，当处于发射状态时，该开关处于闭合状态，当处于接收状态时，该开关处于调制状态；功分器，将发射信号的能量平均分配到两个天线阵列，合并两个天线阵列上接收信号的能量；单刀双掷射频开关，控制雷达系统的收发状态；控制及信号处理单元，对单刀单掷射频开关和单刀双掷射频开关进行控制，并对接收的信号的频谱特征进行分析，估计接收信号的入射方向。本发明专利技术无需机械扫描或者电子扫描，针对雷达系统中对多个目标同时跟踪的需求，采用两单元时间调制阵列发射和接收脉冲信号，通过信号处理估计多个目标的位置和方向。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统
本专利技术属于雷达工程
，特别涉及一种能同时对不同方向的多个目标进行探测的基于两单元时间调制阵列的雷达系统。
技术介绍
雷达系统在军用及民用领域均有着广泛的应用。传统的雷达利用机械旋转平台，通过雷达天线本身的窄波束特性完成目标的测向。相控阵雷达则利用电子扫描，通过改变各单元通道上的幅度和相位完成窄波束扫描，同时实现对目标的测向。现有的雷达系统对目标回波的测向是通过继续扫描或电子扫描完成的，因而需要复杂的机械扫描或电子扫描系统。因此，提供一个能够降低现有雷达系统的复杂度，并能够实现对多个方向上的雷达回波的同时测向的雷达系统，成为本领域亟待解决的问题。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，该雷达系统不需要机械扫描或电子扫描系统，通过分析接收信号的谐波特征，来估计雷达回波信号的方向。本专利技术能够同时测量多个方向上的目标回波信号，并能降低现有雷达系统的复杂度和成本。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，包括：天线阵列1，所述天线阵列1为两个，均用于向空间发射雷达脉冲信号和从空间接收目标回波信号；单刀单掷射频开关2，所述单刀单掷射频开关2为两个，并分别与两个天线阵列1对应连接；当处于发射状态时，两个单刀单掷射频开关均处于闭合状态，将雷达脉冲信号馈入两个天线阵列1并向空间发射；当处于接收状态时，两个单刀单掷射频开关均处于调制状态，轮流接通两个天线阵列1上接收到的目标回波信号；功分器3，与两个单刀单掷射频开关2相连接，当处于发射状态时，功分器3将待发射雷达脉冲信号的能量等分成两份，分别通过两个单刀单掷射频开关2馈入对应的天线阵列1发射；当处于接收状态时，功分器轮流接收两个天线阵列1接收的目标回波信号并馈入接收支路；单刀双掷射频开关4，与功分器3相连接，用于选通雷达脉冲信号的发射和接收状态；功率放大器5，连接于单刀双掷射频开关4的接收端，用于放大雷达脉冲信号；低噪声放大器6，连接于单刀双掷射频开关4的发射端，用于对接收到的目标回波信号进行低噪声放大；混频器7，所述混频器7为两个，并分别与功率放大器5和低噪声放大器6相连接，用于对发射和接收的信号进行上变频和下变频；本振8，连接于两个混频器7之间，用于为混频器7提供参考信号；低通滤波器9，所述低通滤波器9为两个，并分别与两个混频器7对应连接，其中，发射支路上的低通滤波器还与数模转换器10相连接，用于滤除数模转换器10中产生的谐波分量，接收支路上的低通滤波器用于滤除下变频中产生的高频分量；数模转换器10，与发射支路上的低通滤波器相连接，用于将发射支路上的低通滤波器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；模数转换器11，与接收支路上的低通滤波器相连接，用于将接收支路上的低通滤波器接收的模拟中频信号转换为数字信号；控制及信号处理单元12，用于对单刀单掷开关和单刀双掷开关进行控制、产生雷达脉冲信号、对接收信号的频谱特征进行分析以及估计接收信号的入射方向。优选地，所述控制及信号处理单元12包括：控制模块，用于控制单刀双掷开关的状态以及对两个单刀单掷开关进行状态控制和调制；信号发射模块，用于产生雷达脉冲信号；信号处理模块，用于对接收信号的频谱特征进行分析，并估计接收信号的入射方向。优选地，所述基于两单元时间调制阵列的雷达系统，包括如下参数：T：雷达的脉冲重复时间；τ：雷达的脉冲持续时间；Δt：目标回波相对于发射脉冲的时延；Tp：单刀单掷射频开关的调制周期；其中，在前半个周期，接收支路接通两个天线阵列中的其中一个，在后半个周期，接收支路接通两个天线阵列中的另一个。优选地，所述信号处理模块对接收信号的频谱特征进行分析以及对接收信号入射方向的估计，具体为：由目标回波相对于发射脉冲的时延能够计算目标相对于雷达系统的距离R：其中，c为真空中的光速；设发射脉冲的载波频率为Fc，则目标回波信号经单刀单掷射频开关进行周期性调制后，产生载波频率为Fc的基波分量，以及载波频率为Fc±kFp的谐波分量，其中，k为谐波的阶数，Fp为射频开关的切换频率；设射频本振产生频率为Fo的单频信号，经过混频器和低通滤波器后，接收信号中包含载波频率为Fc-Fo的基波分量，以及载波频率为Fc-Fo±kFp的谐波分量；经过傅里叶变换后，计算出基波分量为α0，第一次谐波分量为α1，则目标回波信号的入射方向的角度θ为：其中，D为两天线单元之间的距离，K为对应于载波频率Fc的波数，即：本专利技术提供的一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，其工作原理如下：该雷达系统有两种工作模式，即发射模式和接收模式。当雷达系统工作在发射模式时，两个天线阵列中馈入等幅同相的雷达脉冲信号，并向空间中辐射。当雷达系统发射完一个雷达脉冲信号后，由单刀双掷开关控制其进入接收状态。在接收状态下，两个天线阵列上连接的单刀单掷射频开关控制接收的目标回波信号轮流进入接收通道。由于单刀单掷射频开关的周期性调制，接收的目标回波信号中会产生基波分量与各次谐波分量。通过比较基波分量与第一次谐波分量的数学关系，即可计算目标回波信号的方向。本专利技术提出的雷达系统中，目标的距离信息则是通过比较发射脉冲与回波信号的时间差实现。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1、本专利技术降低了雷达系统的复杂度，并实现了对多个方向上的雷达回波的同时测向；2、本专利技术本身不需要机械扫描或电子扫描，就能同时对各个方向上的目标回波进行测向，从而确定多个目标的方位；3、本专利技术具有结构简单、算法复杂度低等优势，尤其适用于弹载、无人车、无人机等小型化平台；4、本专利技术具有低成本的特点，适合推广。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，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本专利技术所述的雷达系统的原理和结构框图；图2为本专利技术所述的雷达系统发射雷达脉冲和接收回波信号的示意图；图3为实施例1中发射的雷达脉冲以及接收的回波信号；图4为实施例1中中接收的回波信号的频谱；图5为实施例2中发射的雷达脉冲以及接收的回波信号；图6为实施例2中发射的雷达脉冲以及接收的回波信号的三维时间-频率谱；图7为实施例2中发射的雷达脉冲以及接收的回波信号的二维时间-频率谱；图中：1为天线阵列，2为单刀单掷射频开关，3为功分器，4为单刀双掷射频开关，5为功率放大器，6为低噪声放大器，7为混频器，8为本振，9为低通滤波器，10为数模转换器，11为模数转换器，12为控制及信号处理单元。具体实施方式下面对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本实施例提供了一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，其构成包括：两单元(两个)天线阵列1：用于接收空间的电磁波并向空间辐射电磁能量；两个单刀单掷射频开关2：当系统处于发射状态时，该开关处于闭合状态，当系统处于接收状态时，该开关处于调制状态；功分器3：用于将发射信号的能量平均分配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，其特征在于，包括：天线阵列(1)，所述天线阵列(1)为两个，均用于向空间发射雷达脉冲信号和从空间接收目标回波信号；单刀单掷射频开关(2)，所述单刀单掷射频开关(2)为两个，并分别与两个天线阵列(1)对应连接；当处于发射状态时，两个单刀单掷射频开关均处于闭合状态，将雷达脉冲信号馈入两个天线阵列(1)并向空间发射；当处于接收状态时，两个单刀单掷射频开关均处于调制状态，轮流接通两个天线阵列(1)上接收到的目标回波信号；功分器(3)，与两个单刀单掷射频开关(2)相连接，当处于发射状态时，功分器(3)将待发射雷达脉冲信号的能量等分成两份，分别通过两个单刀单掷射频开关(2)馈入对应的天线阵列(1)发射；当处于接收状态时，功分器轮流接收两个天线阵列(1)接收的目标回波信号并馈入接收支路；单刀双掷射频开关(4)，与功分器(3)相连接，用于选通雷达脉冲信号的发射和接收状态；功率放大器(5)，连接于单刀双掷射频开关(4)的接收端，用于放大雷达脉冲信号；低噪声放大器(6)，连接于单刀双掷射频开关(4)的发射端，用于对接收到的目标回波信号进行低噪声放大；混频器(7)，所述混频器(7)为两个，并分别与功率放大器(5)和低噪声放大器(6)相连接，用于对发射和接收的信号进行上变频和下变频；本振(8)，连接于两个混频器(7)之间，用于为混频器(7)提供参考信号；低通滤波器(9)，所述低通滤波器(9)为两个，并分别与两个混频器(7)对应连接，其中，发射支路上的低通滤波器还与数模转换器(10)相连接，用于滤除数模转换器(10)中产生的谐波分量，接收支路上的低通滤波器用于滤除下变频中产生的高频分量；数模转换器(10)，与发射支路上的低通滤波器相连接，用于将发射支路上的低通滤波器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；模数转换器(11)，与接收支路上的低通滤波器相连接，用于将接收支路上的低通滤波器接收的模拟中频信号转换为数字信号；控制及信号处理单元(12)，用于对单刀单掷开关和单刀双掷开关进行控制、产生雷达脉冲信号、对接收信号的频谱特征进行分析以及估计接收信号的入射方向。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两单元时间调制阵列的雷达系统，其特征在于，包括：天线阵列(1)，所述天线阵列(1)为两个，均用于向空间发射雷达脉冲信号和从空间接收目标回波信号；单刀单掷射频开关(2)，所述单刀单掷射频开关(2)为两个，并分别与两个天线阵列(1)对应连接；当处于发射状态时，两个单刀单掷射频开关均处于闭合状态，将雷达脉冲信号馈入两个天线阵列(1)并向空间发射；当处于接收状态时，两个单刀单掷射频开关均处于调制状态，轮流接通两个天线阵列(1)上接收到的目标回波信号；功分器(3)，与两个单刀单掷射频开关(2)相连接，当处于发射状态时，功分器(3)将待发射雷达脉冲信号的能量等分成两份，分别通过两个单刀单掷射频开关(2)馈入对应的天线阵列(1)发射；当处于接收状态时，功分器轮流接收两个天线阵列(1)接收的目标回波信号并馈入接收支路；单刀双掷射频开关(4)，与功分器(3)相连接，用于选通雷达脉冲信号的发射和接收状态；功率放大器(5)，连接于单刀双掷射频开关(4)的接收端，用于放大雷达脉冲信号；低噪声放大器(6)，连接于单刀双掷射频开关(4)的发射端，用于对接收到的目标回波信号进行低噪声放大；混频器(7)，所述混频器(7)为两个，并分别与功率放大器(5)和低噪声放大器(6)相连接，用于对发射和接收的信号进行上变频和下变频；本振(8)，连接于两个混频器(7)之间，用于为混频器(7)提供参考信号；低通滤波器(9)，所述低通滤波器(9)为两个，并分别与两个混频器(7)对应连接，其中，发射支路上的低通滤波器还与数模转换器(10)相连接，用于滤除数模转换器(10)中产生的谐波分量，接收支路上的低通滤波器用于滤除下变频中产生的高频分量；数模转换器(10)，与发射支路上的低通滤波器相连接，用于将发射支路上的低通滤波器产生的数字中频信号转换为模拟中频信号；模数转换器(11)，与接收支路上的低通滤波器相连接，用于将接收支路上的低通滤波器接收的模拟中频信号转换为数字信号；控制及信号处理单元(12)，用于对单刀单掷开关和单刀双掷开关进行控制、产生雷达脉冲信号、对...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺冲，陈靖峰，梁仙灵，朱卫仁，耿军平，金荣洪，狄慧，曹岸杰，樊炜，孙建亮，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31