一种通用型位移雷达目标反射器

技术领域

本发明涉及雷达测量技术领域，更具体的说是涉及一种通用型位移雷达目标反射器。

背景技术

传统位移雷达在使用中，需要在监测点位置安装角反射器。当角反射器与位移雷达之间的距离增大时，回波信号强度减弱，例如当距离增大为原来的2倍时，同等条件下，角反射器反射回来的回波信号将减弱为原来的1/16；这时需要加大角反射器尺寸或者加大发射功率，这在实际工程实现时有困难。角反射器对位移雷达发射的入射波的指向性要求较为严格，在实际安装过程中，角反射器的方位俯仰角度需要反复调整。另外，由于无源角反射器只是被动地反射位移雷达辐射的电磁波信号，无信号处理能力，当相邻的两个角反射器位于同一个分辨单元之内时，位移雷达不能区分它们。

为此，本发明提出有源微带反射天线阵列来代替无源角反射器作为位移雷达目标反射器。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种通用型位移雷达目标反射器，用于解决背景技术中存在的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种通用型位移雷达目标反射器，采用有源反射天线阵列作为位移雷达目标反射器，所述有源反射天线阵列包括若干天线单元、若干射频单元和控制单元；其中，若干天线单元组成均匀的几何排布阵列，所述几何排布中相对于几何中心对称的两个天线单元通过传输线与一个射频单元连接；每一个所述射频单元均与所述控制单元连接；所述控制单元用于产生控制信号，并控制每一个所述射频单元的工作状态。

本发明可将入射电磁波沿原路径返回，并能够配置于多种工作状态，既适用于传统的地基干涉雷达，又适用于新型的位移标签雷达。当用于传统的地基干涉雷达时，将入射的宽带电磁波信号直接放大后沿原路径返回给位移雷达；当用于新型的位移标签雷达时，将入射的点频电磁波信号进行调制放大后沿原路径返回位移雷达。

优选的，若干天线单元组成均匀的几何排布阵列，具体包括：

若干天线单元组成均匀的多元面阵或者均匀的多元线阵。

优选的，所述射频单元的工作状态，具体包括：

吸收电磁波状态：处于该状态时，所述通用型位移雷达目标反射器的雷达散射截面积为0，吸收入射电磁波，不反射电磁波；

放大电磁波移相0度状态：处于该状态时，所述通用型位移雷达目标反射器的雷达散射截面积大于同等有效面积的无源角反射器的雷达散射截面，放大入射电磁波后反射回去；

放大电磁波移相180度状态：处于该状态时时，所述通用型位移雷达目标反射器的雷达散射截面积大于同等有效面积的无源角反射器的雷达散射截面，放大入射电磁波并移相180度后反射回去。

优选的，所述控制单元产生的控制信号控制每一个所述射频单元的工作状态，具体包括，

当射频单元的工作状态在吸收电磁波状态与放大电磁波移相0度状态之间切换，或者当射频单元的工作状态在吸收电磁波状态与放大电磁波移相180度状态之间切换时，所述通用型位移雷达目标反射器实现对入射电磁波的后向散射调制，调制模式为2ASK；

当射频单元的工作状态在放大电磁波移相0度状态与放大电磁波移相180度状态之间切换时，所述通用型位移雷达目标反射器实现对入射电磁波的后向散射调制，调制模式为2PSK。

优选的，所述射频单元包括第一单刀双掷开关、第一双向放大器、数字移相器、第二双向放大器以及第四单刀双掷开关；

其中，所述第一单刀双掷开关的公共端口与相对于几何中心对称的两个天线单元中的一个天线单元相连，所述第一单刀双掷开关的第一独立端口与第一双向放大器的第一端口相连；

所述第一双向放大器的第二端口与所述数字移相器的一端连接，所述数字移相器的另一端与所述第二双向放大器的第一端口连接；

所述第二双向放大器的第二端口与所述第四单刀双掷开关的第一独立端口连接，所述第四单刀双掷开关的公共端口与相对于几何中心对称的两个天线单元中的另一个天线单元相连。

优选的，所述数字移相器用于实现反射信号相位的0/180度切换。

优选的，所述数字移相器包括第二单刀双掷开关、第三传输线、第四传输线以及第三单刀双掷开关；

其中，所述第二单刀双掷开关的公开端口与所述第一双向放大器的第二端口连接；所述第二单刀双掷开关第一独立端口通过第三传输线与所述第三单刀双掷开关的第一独立端口连接；

所述第二单刀双掷开关第二独立端口通过第四传输线与所述第三单刀双掷开关的第二独立端口连接；所述第三单刀双掷开关的公共端口与所述第二双向放大器的第一端口连接。

优选的，所述第一单刀双掷开关的第二独立端口连接有第一匹配负载。

优选的，所述第四单刀双掷开关的第二独立端口连接有第二匹配负载。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种通用型位移雷达目标反射器，具有以下有益效果：

本发明具有低剖面结构，尺寸小等特点，可与位移雷达自动瞄准，易于在被测对象上安装，提高系统的易操作性。

本发明能够增强回波信号强度，增加雷达散射截面积RCS，改善位移雷达的作用距离。

本发明可配置多种工作模式，支持时分、频分、码分等多种工作模式，改善位移雷达的分辨率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的通用型位移雷达目标反射器4元均匀面阵结构框图。

图2为本发明实施例提供的通用型位移雷达目标反射器4元均匀线阵结构框图。

图3为本发明实施例提供的射频单元电路结构框图。

图4为本发明实施例提供的控制单元真值表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例公开了一种通用型位移雷达目标反射器，包括有源反射天线阵列，其中有源反射天线阵列由(M·N)个天线单元、

关于阵列几何中心对称的第(m，n)个天线单元与

本发明可将入射电磁波沿原路径返回，并能够配置于多种工作状态，既适用于传统的地基干涉雷达，又适用于新型的位移标签雷达。当用于传统的地基干涉雷达时，将入射的宽带电磁波信号直接放大后沿原路径返回给位移雷达；当用于新型的位移标签雷达时，将入射的点频电磁波信号进行调制放大后沿原路径返回位移雷达。

实施例1

如图1所示，实施例1中有源反射天线阵列，采用4元均匀面阵，M＝2；N＝2，即有源反射天线阵列中横向阵元M＝2，纵向阵元数量N＝2。4元均匀面阵由2*2个天线单元阵列组成，包括四个天线单元1、两个射频单元2和一个控制单元3；其中，四个天线单元1以均匀面阵进行几何排布，几何排布中相对于几何中心对称的两个天线单元1分别通过第一传输线4和第二传输线5与一个射频单元2连接；每一个射频单元2均与控制单元3连接；控制单元3用于产生控制信号，并控制每一个射频单元2的工作状态。

本发明设计的通用型位移雷达目标反射器为有源反射天线阵列，该有源反射天线阵列由天线单元、传输线对、射频单元和控制单元构成。根据实际应用需求来设计位移雷达目标反射器：天线单元的排布方式可为均匀矩形面阵或者均匀线阵；天线单元的带宽决定了反射器的工作带宽，天线单元的波束宽度与天线单元间距决定了反射器的空间覆盖范围，天线单元的数量与射频单元的增益决定了反射器的反射能力。

实施例2

如图2所示，实施例2中有源反射天线阵列，采用4元均匀线阵，M＝4，N＝1；即有源反射天线阵列中横向阵元M＝4，纵向阵元数量N＝1，每个天线单元为串馈或者并馈的贴片天线阵。4元均匀线阵由4*1个天线单元阵列组成，包括四个天线单元1、两个射频单元2和一个控制单元3；其中，四个天线单元1以均匀线阵进行几何排布，几何排布中相对于几何中心对称的两个天线单元1分别通过第一传输线4和第二传输线5与一个射频单元2连接；每一个射频单元2均与控制单元3连接；控制单元3用于产生控制信号，并控制每一个射频单元2的工作状态。

在一个具体实施例中，射频单元2的内部结构如图3所示，包括第一单刀双掷开关20、第一双向放大器21、第二单刀双掷开关23、第三传输线24、第四传输线25、第三单刀双掷开关26、第二双向放大器27以及第四单刀双掷开关29。

其中，第二单刀双掷开关23、第三传输线24、第四传输线25、与第三单刀双掷开关26共同构成1个0/180度(或者0/π)的数字移相器，使反射信号相位实现0/180度的切换，从而可以实现2PSK调制功能；数字移相器中，第三传输线24与第四传输线25相差半波长。

在射频单元2中，第一单刀双掷开关20的公共端口与相对于几何中心对称的两个天线单元中的一个天线单元1相连，第一单刀双掷开关20的第一独立端口与第一双向放大器21的第一端口相连；第二单刀双掷开关23的公共端口接第一双向放大器21的第二端口；第三传输线24两端分别连接第二单刀双掷开关23的第一独立端口与第三单刀双掷开关26的第一独立端口；第四传输线25两端分别连接第二单刀双掷开关23的第二独立端口与第三单刀双掷开关26的第二独立端口；第三单刀双掷开关26的公共端口连接第二双向放大器27的第一端口；第四单刀双掷开关29的第一独立端口连接第二双向放大器27的第二端口；第四单刀双掷开关29的公共端口与相对于几何中心对称的两个天线单元中的另一个天线单元1连接。

在射频单元2中，第一单刀双掷开关20的公共端口所接天线单元1与第二单刀双掷开关29的公共端口所接天线单元1组成一组天线对。

此外，在上述射频单元2中，第一单刀双掷开关20的第二独立端口连接有第一匹配负载22；第四单刀双掷开关29的第二独立端口连接第二匹配负载28。

需要说明的是在本发明实施例中，第一单刀双掷开关20、第二单刀双掷开关23、第三单刀双掷开关26以及第四单刀双掷开关29均可设置为单刀双掷微波开关。

在本发明中，天线单元用于同时收发电磁波、射频单元为双向互易单元，实现电磁波的吸收、放大、移相等功能；控制单元产生控制信号，用于控制射频单元的工作状态。传输线对用于将射频单元与关于几何中心对称的两个天线单元连接起来。

如图4所示的控制单元真值表，射频单元3产生的控制信号用于控制射频单元2中的4个单刀双掷开关的切换方向，射频单元2在不同的配置下可工作于以下几种状态：

配置为1时，控制信号为0XX0(X为0或者1的任意值)，射频单元2处于吸收电磁波状态，此时通用位移雷达目标反射器的雷达散射截面积为0，没有后向散射能力。

配置为2时，控制信号为1001，射频单元2处于放大电磁波移相0度状态，此时通用位移雷达目标反射器的雷达散射截面积大于相同口面尺寸的无源角反射器的雷达散射截面积，为同等有效面积角反射器的G

配置为3时，控制信号为1111，射频单元2处于放大电磁波移相180度状态，此时通用位移雷达目标反射器的雷达散射截面积大于相同口面尺寸的无源角反射器的雷达散射截面积，为同等有效面积角反射器的G

当射频单元的工作状态在吸收电磁波状态与放大电磁波移相0度状态(或者放大电磁波移相180度状态)之间切换时，所述通用型位移雷达目标反射器，实现对入射电磁波的后向散射调制，调制模式为2ASK。

当射频单元的工作状态在放大电磁波移相0度状态与放大电磁波移相180度状态之间切换时，所述通用型位移雷达目标反射器实现对入射电磁波的后向散射调制，调制模式为2PSK。

通过合理配置射频单元产生的控制信号，可以使多个位移雷达目标反射器以下几种状态：

频分多址(Frequency Division Multiple Access，FDMA)状态：每个通用型位移雷达目标反射器均具有后向散射能力，且后向散射调制模式均为2PSK，调制信号为双极性方波信号，方波信号的频率不同；

码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)状态：每个通用型位移雷达目标反射器均具有后向散射能力，且后向散射调制模式均为2PSK，调制信号为双极性伪随机码信号，任意2个双极性伪随机码信号相互正交；

时分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)状态：任意时刻只有一个通用型位移雷达目标反射器有后向散射能力，其它的均没有后向散射能力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。