L型收發(fā)陣列天線前端及其信號處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于傳感器(雷達)探測領(lǐng)域，具體涉及一種在探測近程、高速運動目標中形成的L型陣列天線及其信號處理技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，人們需要對一些領(lǐng)域中的近程、高速運動目標進行目標位置、速度的準確測量，早期的測量系統(tǒng)期望應用光學系統(tǒng)如紅外、電視和激光等進行聯(lián)合測量實現(xiàn)，但是光學系統(tǒng)由于受氣候、惡劣環(huán)境影響很大，使其應用受到很大限制；基于無線電的測量系統(tǒng)由于通過非接觸測量，呈現(xiàn)出測量介質(zhì)廣、精確度高、耐腐蝕、抗干擾能力更強和信息傳遞方便優(yōu)點，能夠滿足應用的需要。
[0003]近程、高速運動目標無線電測量系統(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，特別是信號處理器件從DSP (Digital Signal Processing:數(shù)字信號處理器)到FPGA的發(fā)展，使得信號處理能力大大提高，實現(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處理方法相比以前的簡單喇叭天線前端，在連續(xù)波體制下具有收發(fā)系統(tǒng)隔離度高、探測精度高的特點，與其它單一極化方式的相控陣天線前端比較由于采用45°斜極化具有對目標特性適應性強、受地物雜波影響小的特點。
[0004]基于近程、高速運動目標無線電測量系統(tǒng)，具有高檢測概率、低虛警概率的要求。能自動區(qū)分來向、遠離目標，對于運行車輛或運動車輛濺起的石子、飛鳥、走動的人員等假目標不作響應。由于近程、高速目標速度高，因此探測系統(tǒng)必須快速、準確地測量目標的參數(shù)，從而提高系統(tǒng)的響應時間。探測系統(tǒng)還應具有良好的低輻射特性、抗干擾能力和電磁兼容性特性。從工程應用角度來說應該滿足小型化、低能耗、強環(huán)境適應能力的應用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[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動目標探測的L型收發(fā)陣列天線前端及其信號處理方法。
[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、俯仰維數(shù)字接收陣列天線、俯仰維多通道接收機、方位維數(shù)字接收陣列天線、方位維多通道接收機和信號處理器；發(fā)射機的輸出端接發(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的輸入端，俯仰維多通道接收機的輸出端和方位維多通道接收機的輸出端接信號處理器的輸入端。
[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)波導實現(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單元并行排列組成，每一組波導單元包括天線單元、饋線單元組成。
[0011]所述的俯仰維多通道接收機、方位維多通道接收機由相同若干組并聯(lián)排列的信號處理電路組成，每一組信號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)陣列天線前端實現(xiàn)的信號處理方法，其特征在于步驟如下:
[0014]步驟1:發(fā)射機將信號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S2 (η)經(jīng)俯仰維數(shù)字多通道接收機處理低噪聲放大、混頻、濾波器和中頻放大后得到信號S4(n)送給信號處理器；
[0016]方位維數(shù)字接收陣列天線接收的信號S3 (η)經(jīng)方位維數(shù)字多通道接收機處理低噪聲放大、混頻、濾波器和中頻放大后得到信號S5(n)也送給信號處理器；
[0017]步驟3:信號處理器將接收的信號S4(n)、S5 (η)進行A/D變換、DDC、高通濾波、DBF、MTI/MTD、求模、恒虛警處理、門限判決、目標凝聚、目標配對后以信號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處理方法，根據(jù)高速移動目標特性，提出使用L型收發(fā)陣列天線45°扭轉(zhuǎn)波導的斜極化方式，可以兼顧不同目標類型對垂直、水平極化波敏感探測的需要，有效增加多種極化目標回波，同時可以有效抑制地物雜波、背景雜波的干擾，非常適合于近程、高速目標的測量。
【附圖說明】
[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是信號處理器對俯仰維陣列接收信號和方位維陣列接收信號的處理過程
【具體實施方式】
[0025]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0026]發(fā)射機將線性調(diào)頻連續(xù)波信號調(diào)制到載頻，并進行功率放大后以SI (η)形式送給發(fā)射天線，發(fā)射天線根據(jù)設計要求的俯仰維、方位維覆蓋范圍進行賦形輻射。俯仰維數(shù)字接收陣列天線接收的目標回波信號S2(n)送給俯仰維數(shù)字多通道接收機，接收機首先進行低噪聲放大:使得微波信號得到一定增益放大，并滿足混頻器的輸入功率；其次混頻器將微波信號與本振信號進行下變頻到中頻信號(中頻信號載頻根據(jù)信號帶寬、本振等進行確定)；然后對于混頻后的中頻信號，用濾波器實現(xiàn)一定通帶的選通；最后中頻放大器確保一定動態(tài)的中頻信號始終在A/D采樣器的采樣范圍內(nèi)。俯仰維數(shù)字多通道接收機將處理后的中頻信號S4(n)送給信號處理器；同理方位維數(shù)字接收陣列天線接收的信號S3 (η)經(jīng)方位維數(shù)字多通道接收機處理后得到信號S5 (η)也送給信號處理器。信號處理器對送入的S4 (n)、S5 (η)信號進行A/D采樣，分別進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、門限判決、目標凝聚等處理，由于俯仰維多通道接收信號送信號處理器進行DBF處理的合成波束在俯仰窄而方位維寬，故目標在俯仰維的測量精度高而方位維的測量信息模糊，其信息包括方位、俯仰、距離、速度和目標強度等。同理方位維多通道接收信號送信號處理進行DBF處理的合成波束在方位窄而俯