一种可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统。

背景技术

目前的雷达系统大部分都是设计一种信号带宽，单一带宽的雷达只能发射一种带宽的信号，带宽越宽，对目标的距离分辨力越精细，但需要处理的数据量越大，因此为了满足通信容量和处理能力的要求，大部分雷达都是窄带雷达，雷达只发射一种窄带信号，满足雷达的探测需求；部分雷达为了兼顾处理需求和距离高分辨功能，设计两种带宽分时工作，一般情况下采用窄带工作，在不确定某批次目标为多架目标编队飞行时，发射宽带波形，对该批次目标进行高分辨探处理，此时为了减少数据传输压力和后端处理压力，只接收目标所在的位置附近的仰角范围或距离范围的信号进行传输处理，导致其它仰角范围或其它距离段内的目标无法进行有效探测，最终导致部分目标点的丢失，因此不能连续对目标进行距离高分辨处理。

随着航空航天技术的发展，无人机等反射面积很小的目标也频繁出现，并且多架空中目标之间的距离可以很近，因此，现代雷达不但要能够连续探测空中的普通飞机目标，还要兼顾区分多架同批小目标的探测处理。因此，提出一种可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：如何更好地满足复杂目标的探测需求，解决在实际使用过程中雷达系统同时实现正常目标探测和快速分辨目标架次的问题，提供了一种可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括天线模块、收发模块、波形产生模块、信号处理模块；

所述天线模块，用于将大功率电磁波信号辐射到探测空域，并接收从空中目标反射回来的微弱电磁波信号；

所述收发模块，用于完成射频信号的放大输出及空间微弱信号的限幅、放大、滤波和变频处理；

所述波形产生模块，用于根据雷达控制命令产生完成各种带宽的波形；

所述信号处理模块，用于实现目标信号的提取和架次分辨功能；

所述天线模块、所述波形产生模块、所述信号处理模块均与所述收发模块通信连接。

更进一步地，所述天线模块包括多个以矩形阵列形式排布的天线阵子，各所述天线阵子通过馈线分别与所述收发模块连接。

更进一步地，所述收发模块包括波形选择子模块、多个发射功放子模块和多个接收处理子模块，所述波形选择子模块的各输入端与所述波形产生模块连接，各输出端分别对应与一个所述发射功放子模块、一个所述多个接收处理子模块连接，所述发射功放子模块、所述接收处理子模块均与由天线阵子形成的各天线子阵连接。

更进一步地，所述波形产生模块包括多个波形产生子模块，各所述波形产生子模块分别与所述波形选择子模块连接。

更进一步地，所述波形产生子模块包括依次连接的频率累加器、相位累加器、相/幅变换单元、反SINC函数滤波器、D/A变换单元，系统时钟信号分别输入所述频率累加器、所述相位累加器与所述D/A变换单元中。

更进一步地，所述发射功放模块包括滤波子模块、多级功分子模块、多级放大子模块、多级合成子模块，所述滤波子模块与第一级功分子模块的输入端连接，所述第一级功分子模块与其余各级功分子模块级联，最后一级功分子模块的输出端与第一级合成子模块连接，所述第一级合成子模块与其余各级合成子模块级联，由最后一级合成子模块输出高功率发射信号到所述天线模块。

更进一步地，所述接收处理子模块对回波信号依次进行接收、限幅、放大、变频、滤波与数字化采样，形成数字基带信号，输出到信号处理模块中。

更进一步地，所述信号处理模块包括窄带信号处理器和宽带信号处理器，所述窄带信号处理器用于在数字波束经数字脉压后进行滤波处理和恒虚警处理，之后提取过门限信号进行点迹凝聚，凝聚的点迹输出到数据处理系统进行点迹相关，确定真实目标的距离方位和高度信息，最后将数据信息送到终端计算机进行显示；所述宽带信号处理器用于在数据进入信号处理模块后，进行脉冲压缩和滤波处理，之后进行数据缓存和架次分辨处理，并将处理结果送到终端计算机进行显示。

本发明相比现有技术具有以下优点：该可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统，在传统雷达系统设计的基础上，根据雷达控制命令，产生多种带宽的波形，并通过收发模块和天线模块，完成功率放大、辐射和接收，信号处理模块完成回波信号的波束形成、脉冲压缩、滤波等处理及数据的提取输出，满足雷达正常探测和目标架次分辨需求，值得被推广使用。

附图说明

图1是本发明实施例二中多带宽雷达系统框图；

图2是本发明实施例二中天线模块的组成示意图；

图3是本发明实施例二中收发模块框图；

图4是本发明实施例二中波形产生模块框图；

图5是本发明实施例二中基于DDS波形产生的原理框图；

图6是本发明实施例二中发射功放模块框图；

图7是本发明实施例二中接收处理模块框图；

图8是本发明实施例二中信号处理模块框图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例一

本实施例提供一种技术方案：一种可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统，包括天线模块、收发模块、波形产生模块、信号处理模块；

所述天线模块，用于将大功率电磁波信号辐射到探测空域，并接收从空中目标反射回来的微弱电磁波信号；

所述收发模块，用于完成射频信号的放大输出及空间微弱信号的限幅、放大、滤波和变频处理；

所述波形产生模块，用于根据雷达控制命令产生完成各种带宽的波形；

所述信号处理模块，用于实现目标信号的提取和架次分辨功能；

所述天线模块、所述波形产生模块、所述信号处理模块均与所述收发模块通信连接。

在本实施例中，所述天线模块包括多个以矩形阵列形式排布的天线阵子，各所述天线阵子通过馈线分别与所述收发模块连接。

在本实施例中，所述收发模块包括波形选择子模块、多个发射功放子模块和多个接收处理子模块，所述波形选择子模块的各输入端与所述波形产生模块连接，各输出端分别对应与一个所述发射功放子模块、一个所述多个接收处理子模块连接，所述发射功放子模块、所述接收处理子模块均与由天线阵子形成的各天线子阵连接。

在本实施例中，所述波形产生模块包括多个波形产生子模块，各所述波形产生子模块分别与所述波形选择子模块连接。

在本实施例中，所述波形产生子模块包括依次连接的频率累加器、相位累加器、相/幅变换单元、反SINC函数滤波器、D/A变换单元，系统时钟信号分别输入所述频率累加器、所述相位累加器与所述D/A变换单元中。

在本实施例中，所述发射功放模块包括滤波子模块、多级功分子模块、多级放大子模块、多级合成子模块，所述滤波子模块与第一级功分子模块的输入端连接，所述第一级功分子模块与其余各级功分子模块级联，最后一级功分子模块的输出端与第一级合成子模块连接，所述第一级合成子模块与其余各级合成子模块级联，由最后一级合成子模块输出高功率发射信号到所述天线模块。

在本实施例中，所述接收处理子模块对回波信号依次进行接收、限幅、放大、变频、滤波与数字化采样，形成数字基带信号，输出到信号处理模块中。

在本实施例中，所述信号处理模块包括窄带信号处理器和宽带信号处理器，所述窄带信号处理器用于在数字波束经数字脉压后进行滤波处理和恒虚警处理，之后提取过门限信号进行点迹凝聚，凝聚的点迹输出到数据处理系统进行点迹相关，确定真实目标的距离方位和高度信息，最后将数据信息送到终端计算机进行显示；所述宽带信号处理器用于在数据进入信号处理模块后，进行脉冲压缩和滤波处理，之后进行数据缓存和架次分辨处理，并将处理结果送到终端计算机进行显示。

实施例二

如图1所示，本发明实施例的多带宽雷达系统具体包括：天线模块、收发模块、波形产生模块、信号处理模块；其中，天线模块负责将大功率电磁波信号辐射到探测空域，并接收从空中目标反射回来的微弱电磁波信号；收发模块主要负责信号的收发处理，完成射频信号的放大输出及空间微弱信号的限幅、放大、滤波和变频处理；波形产生模块主要根据雷达控制命令产生完成各种带宽的波形；信号处理模块用于实现目标信号的提取和架次分辨功能。

如图2所示，天线模块由多个天线振子组成，天线振子分为j行k列排列。每个天线振子都是一个独自的小天线，天线振子通过馈线与收发模块连接，将高功率发射信号辐射到空间区域，并与其它天线振子辐射的高功率信号一起覆盖探测空域；在发射休止期内，接收空间目标反射的电磁波，并将反射电磁波传输到接收处理通道。

如图3所示，收发模块主要包括波形选择模块、发射功放模块和接收处理模块；波形选择模块接收波形产生模块输出的多种带宽波形的信号，根据控制命令选择某一种波形带宽波形的信号，并将该信号根据相位控制命令进行移相，输出到对应发射功放模块和接收处理模块；发射功放模块将接收到的波形信号进行滤波和功率放大，并通过天线模块辐射到整个探测空域；接收处理模块负责接收天线模块接收到的外界微弱信号，并将其放大、滤波、变频，提取有用的目标回波信号。

如图4所示，波形产生模块由多个波形产生子模块组成，各个波形产生子模块都能够根据雷达控制命令产生需要的信号波形，各个波形产生子模块产生的信号波形、带宽可以是相同的，也可以是不同的，各波形产生子模块之间的工作互不影响。(在设计中采用多个独立工作设计的波形产生子模块，每个波形产生子模块均可以作为独立的波形产生模块进行工作，每个波形产生子模块独立接收雷达发送的波形产生指令，根据指令产生相应的波形，并输出到收发模块，波形选择根据指令将相应的波形输出到对应的收发通道；该设计的好处在于可以同时产生多种波形，每个波形产生子模块产生的波形可以选择不同的频率、带宽等形式，并且其中一个或几个波形产生子模块损坏，不会影响生于正常波形产生子模块的工作，雷达系统可以利用正常的波形产生子模块实现雷达的探测功能)。

如图5所示，波形产生子模块采用基于DDS的相位控制和波形产生技术，通过频率累加器、相位累加器及幅度、相位控制产生适合要求的波形信号，DDS波形形成能够实现高精度相位控制，可以根据需要灵活地改变信号的频率、脉宽、带宽等参数。雷达信号处理模块在显示控制模块的控制下，向DDS输入起始频率控制字K、增量频率字ΔK(调频斜率)，在系统时钟fc作用下，每时钟周期频率累加器完成一次ΔK频率累加，相位累加器则根据频率累加器输出完成一次相位累加。根据相位累加器输出寻址查正弦函数表，将相位信息转化为幅度信息，然后经D/A变换、低通滤波就可得到需要的波形。

如图6所示，发射功放模块完成波形放大的功能，在雷达产生波形输出到功放模块后，首先进行滤波，然后进行多级功分、放大及合成，产生满足雷达任务需求的高功率发射信号，输出到雷达天线。

如图7所示，接收处理模块完成回波信号的接收、限幅、放大、变频、滤波和数字化采样，形成数字基带信号，输出到信号处理模块形成数字波束。

如图8所示，信号处理模块分为窄带信号处理器和宽带信号处理器，窄带信号处理器在数字脉压后进行滤波处理和恒虚警处理，之后提取过门限信号进行点迹凝聚，凝聚的点迹输出到数据处理系统进行点迹相关，确定真实目标的距离方位和高度信息，最后将数据送到终端计算机进行显示；宽带信号处理器主要完成目标的架次分辨任务，在数据进入信号处理模块后，进行脉冲压缩和滤波处理，之后进行数据缓存和架次分辨处理，并将处理结果送到终端计算机进行显示。

脉冲压缩是解决雷达作用距离和距离分辨力之间矛盾的有效方法，可以在不损失雷达威力的前提下提高雷达的距离分辨力。脉冲压缩过程主要采用时域相关的方法，即在时域上对回波序列s(n)与匹配滤波器的脉冲响应序列h(n)进行复杂的卷积运算；根据傅里叶变换理论，时域卷积与频域相乘等效，为了简化运算，提高运算效率，本发明采用FFT方式将时域卷积运算转换到频域乘法运算实现脉冲压缩功能。

雷达检测目标的回波信号背景是十分复杂的，包括机内噪声、各种杂波和有源干扰等，为了在复杂背景中提取出有用的动目标回波信号，必须进行有效的杂波抑制，即滤波处理；滤波处理方法主要包括动目标显示(简称MTI)和动目标检测(简称MTD)，在MTI雷达滤波中，静止物体的回波数据部分因没有多普勒调频，每个回波脉冲中的幅相情况几乎没有变化，因此将不同脉冲相减后可以消除静态目标回波，达到杂波抑制的目的；动目标检测(MTD)是用多普勒滤波器组来实现雷达杂波抑制和目标检测，一般采用优化设计的FIR滤波器组来实现。

恒虚警控制是根据区域内样本单元中的虚警频率，与设定的虚警率比较，根据比较的结果控制门限升降变化，最终将虚警控制在规定的范围内。

点迹凝聚处理是根据回波数据所占有的距离单元进行过滤，对占有的距离单元过小或过大的数据进行滤除，然后将距离上相邻、幅度过门限的连续点迹数据归并为同一组点迹数据，再将同一组点迹数据进行方位凝聚，获得凝聚点迹的距离及方位估值。对于脉冲压缩信号，决定距离分辨力的是雷达信号的有效带宽，有效带宽越宽，距离分辩力越好，在信号带宽为10MHz时，距离分辨力理论上可达到15m；在进行目标架次分辨时，雷达发射宽带波形信号，经过脉压、滤波处理后，针对处理数据量大的情况，对处理数据进行缓存处理，之后按照距离顺序进行输出，雷达根据不同距离上信号的幅度高低，估计目标机的架次，同时在显示界面上进行距离、幅度显示，供使用人员进行确认判断。

综上所述，上述实施例的可快速分辨目标架次的多宽带雷达系统，在传统雷达系统设计的基础上，根据雷达控制命令，产生多种带宽的波形，并通过收发模块和天线模块，完成功率放大、辐射和接收，信号处理模块完成回波信号的波束形成、脉冲压缩、滤波等处理及数据的提取输出，满足雷达正常探测和目标架次分辨需求，值得被推广使用。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。