宽波束大带宽高精度测向装置及方法

技术领域

本发明涉及宽波束大带宽高精度测向装置及方法，属于雷达数据处理技术领域。

背景技术

侦察测向是电磁环境监测、电子对抗领域关键核心技术，侦察测向技术的核心指标是测向灵敏度、测角精度、瞬时测角范围和瞬时测量带宽。

目前，侦察测向领域常用的技术体制有4通道比幅测向、5元干涉仪体制、二维线阵干涉仪、同时数字多波束技术。

4通道比幅测向体制中测角精度根据工程经验通常为天线波束宽的1/6；瞬时测角范围为一个波束宽度，而测向灵敏度与天线波束宽度负相关，因此，4通道比幅测向体制无法同时具备测角精度高、瞬时测角范围宽、测向灵敏度高的优势。5元干涉仪测向体制通常用在低频段，灵敏度较差。二维线阵干涉仪测角精度高，但其灵敏度较低，且存在测向范围与测向精度的矛盾。

同时数字多波束体制在测向灵敏度、测角精度、瞬时测角范围方面均具备较大优势，但其瞬时测量带宽一般较窄，带宽通常在1GHz以下。

在军用领域尤其在电磁环境监测和电子对抗领域，需要对地面雷达、舰载雷达、导弹导引头等装备上的雷达信号进行实时侦察测向，获取目标信号的参数信息和角度信息，为干扰设备提供侦察参数和角度信息，目前较为先进的雷达装备的信号瞬时带宽已达4GHz，现有电子对抗装置的瞬时处理带宽均在1GHz以下，如何对瞬时带宽4GHz的雷达装备进行实时侦察测向是本领域技术人员急需要解决的技术方案。

发明内容

目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供宽波束大带宽高精度测向装置及方法。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

第一方面，一种宽波束大带宽高精度测向装置，包括：信号采集机箱、信号处理机箱。

所述信号采集机箱内设置有4块数字信号采集处理板，分别为第一数字信号采集处理板、第二数字信号采集处理板、第三数字信号采集处理板和第四数字信号采集处理板。每块数字信号采集处理板包括4个AD转换器，每个AD转换器分别与频率f

每个AD转换器输入4GHz的雷达中频信号输出瞬时带宽为4GHz的高速采样数字信号。

频率f

频率f

频率f

频率f

波束预合成模块将4路中心频率为f

频率选择模块将4路中心频率为f

所述信号处理机箱包括：第一波束形成板、第二波束形成板、第一信号分选测量板和第二信号分选测量板， 4个频率选择模块输出端分别与第一波束形成板、第二波束形成板输入端相连接，第一波束形成板、第二波束形成板输出端分别与第一信号分选测量板相连接。

所述第一波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4个中心频率f

所述第二波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4个中心频率f

所述第一信号分选测量板接收第一波束形成板和第二波束形成板输出的2×32×16组信号参数测量结果，在2×32×16组信号参数测量结果中选取信号幅度最大值，该信号幅度对应的信道记为N

作为优选方案，所述信号处理机箱还包括：第三波束形成板、第二信号分选测量板，4个波束预合成模块输出端均与第三波束形成板输入端相连接，第三波束形成板输出端与第二信号分选测量板相连接。

所述第三波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4组第一信息包，每组第一信息包内共有4路中心频率分别为f

所述第二信号分选测量板接收第三波束形成板输出的和波束的4×64信道的信号参数测量数据，方位差波束的4×64信道的信号参数测量数据，俯仰差波束的4×64信道的信号参数测量数据，利用和差比幅算法计算输入到每个AD转换器的雷达中频信号的到达角度信息。

作为优选方案，所述信号参数测量结果包括：信号的频率、幅度、脉宽、重复周期和脉内参数信息。

作为优选方案，所述AD转换器采用10GSps高速采样率AD转换器。

第二方面，一种宽波束大带宽高精度测向方法，包括如下步骤：

步骤1：16路AD转换器分别接收外部输入4GHz的雷达中频信号，输出16路瞬时带宽为4GHz的信号。

步骤2：将每路瞬时带宽为4GHz的信号分别转换为中心频率为f

步骤3：4路中心频率为f

步骤4：分别将4组第一信息包中每组第一信息包内每4个中心频率分别为f

步骤5：根据中心频率fi和波束64个信道内每个信号的频率、幅度、脉宽、重复周期和脉内参数信息，中心频率fi方位差波束的64个信道内每个信号的频率、幅度、脉宽、重复周期信息，中心频率f

作为优选方案，还包括：

步骤6：4路中心频率为f

步骤7：分别将4个中心频率fi信息包中16路中心频率为f

步骤8：分别将4个中心频率f

步骤9：在两组32×16组信号参数测量结果中选取信号幅度最大值，该信号幅度对应的信道记为N

作为优选方案，所述信号参数测量结果包括：信号的频率、幅度、脉宽、重复周期和脉内参数信息。

作为优选方案，所述AD转换器采用10GSps高速采样率AD转换器。

有益效果：本发明提供的宽波束大带宽高精度测向装置及方法，能够实现测向精度优于1°，测向灵敏度优于-100dBm，瞬时测角范围不小于20°，瞬时侦察带宽不小于4GHz的测向指标。其优点如下：

1）具备同时空域宽开和高灵敏度接收的能力。第一波束形成板和第二波束形成板采用同时数字多波束技术实现空域的瞬时宽开覆盖；第三波束形成板接收全部通道的信号功率，因此具备高灵敏度接收能力。

2）具备瞬时宽空域测向和高精度跟踪同时进行的能力。

3）具备空域引导频域和频域引导空域两种工作模式。

4）降低对硬件设备的性能需求。第一波束形成板和第二波束形成板接收相同数据（1GHz带宽），各自处理500MHz带宽的数据，降低同时数字多波束形成信号处理算法对硬件资源的要求。

附图说明

图1为本发明测向装置结构示意图。

图2为以本发明第一数字信号采集处理板为例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

如图1-2所示，一种宽波束大带宽高精度测向装置，包括：信号采集机箱、信号处理机箱。

所述信号采集机箱内设置有4块数字信号采集处理板，分别为第一数字信号采集处理板、第二数字信号采集处理板、第三数字信号采集处理板和第四数字信号采集处理板。每块数字信号采集处理板包括4个10GSps高速采样率AD转换器，每个AD转换器分别与频率f

每个AD转换器输入4GHz的雷达中频信号输出瞬时带宽为4GHz的高速采样数字信号。

频率f

频率f

频率f

频率f

波束预合成模块将4路中心频率为f

频率选择模块将4路中心频率为f

所述信号处理机箱包括：第一波束形成板、第二波束形成板、第三波束形成板、第一信号分选测量板和第二信号分选测量板，4个波束预合成模块输出端均与第三波束形成板输入端相连接，4个频率选择模块输出端分别与第一波束形成板、第二波束形成板输入端相连接，第三波束形成板输出端与第二信号分选测量板相连接，第一波束形成板、第二波束形成板输出端分别与第一信号分选测量板相连接。

所述第一波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4个中心频率f

所述第二波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4个中心频率f

所述第三波束形成板接收4块数字信号采集处理板发送的4组第一信息包，每组第一信息包内共有4路中心频率分别为f

所述第一信号分选测量板接收第一波束形成板和第二波束形成板输出的2×32×16组信号参数测量数据，在2×32×16组信号参数测量数据中选取信号幅度最大值，该信号幅度对应的信道记为N

所述第二信号分选测量板接收第三波束形成板输出的和波束的4×64信道的信号参数测量数据，方位差波束的4×64信道的信号参数测量数据，俯仰差波束的4×64信道的信号参数测量数据，利用和差比幅算法计算输入到每个AD转换器的雷达中频信号的到达角度信息。第二信号分选测量板输出的到达角度信息用于对目标的跟踪。

所述第三波束形成板并行输出和波束的4×64信道的信号的频率、幅度、脉宽、重复周期和脉内参数信息，方位差波束的4×64信道的信号的频率、幅度、脉宽、重复周期信息，俯仰差波束的4×64信道的信号的频率、幅度、脉宽、重复周期信息。实现对瞬时带宽为4GHz的雷达中频信号的信号参数的测量。

第三波束形成板采用的和差差波束测角技术具有的测角范围小、测角精度较高的特点，因此该工作模式下第一波束形成板和第二波束形成板在宽空域覆盖范围内完成信号到达角测量，将测角信息传递给第三波束形成板，引导第三波束形成板对目标快速建立初始跟踪角度，利用和差差波束测向技术完成对目标的高精度跟踪测向。

第一波束形成板和第二波束形成板基于同时数字多波束技术构建空域宽开测向模式，其瞬时覆盖空域范围宽，单瞬时测向带宽仅为1GHz；第三波束形成板接收的数据包含全部通道的采样数据，其和波束数据中具备包含完整的4GHz信号带宽。在该模式下第三波束形成板首先完成对目标的频率测量，测量信息传输给第一波束形成板和第二波束形成板，引导第一波束形成板和第二波束形成板快速建立在该1GHz频率段的测向过程，输出目标测角信息。

实施例2：

一种宽波束大带宽高精度测向方法，包括如下步骤：

步骤1：16路AD转换器分别接收外部输入4GHz的雷达中频信号，输出16路10GHz高速采样，瞬时带宽为4GHz的信号。

步骤2：将每路瞬时带宽为4GHz的信号分别转换为中心频率为f

步骤3：4路中心频率为f

步骤4：分别将4组第一信息包中每组第一信息包内每4个中心频率分别为f

步骤5：根据中心频率f

优选的，步骤6：4路中心频率为f

步骤7：分别将4个中心频率f

步骤8：分别将4个中心频率f

步骤9：在两组32×16组信号参数测量数据中选取信号幅度最大值，该信号幅度对应的信道记为N

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。