软件信道化相参捷变频雷达接收机及接收方法技术

本发明专利技术公开了一种软件信道化相参捷变频雷达接收机，包括：本地频率振荡器模块，产生固定频率的第一组单频信号和固定频率的第二组单频信号；波形产生与上变频器模块，选择雷达所需的基带波形，根据基带波形产生相应的中频波形，将中频波形上变频到雷达射频，将雷达射频放大发射雷达射频信号；以及信号采集与下变频器模块，接收雷达射频信号并下变频到中频，将雷达射频信号放大之后进行数字采样，对雷达射频信号进行数字下变频，将信号在数字域解调到基带。本发明专利技术还公开了一种软件信道化相参捷变频雷达接收方法。本发明专利技术具有如下优点：在不增加设备量的前提下大幅度扩充雷达捷变频频率点数；系统的相参性好；多频点同时接收，观测距离范围大。

【技术实现步骤摘要】
软件信道化相参捷变频雷达接收机及接收方法
本专利技术属于雷达原理与雷达技术范畴，具体设计一种软件信道化相参捷变频雷达接收机及接收方法。
技术介绍
频率捷变一直以来被认为是最有效的雷达抗干扰手段，通过在脉冲间不断的改变发射频率，雷达可以有效的欺骗和干扰侦察机的工作，从而实现不容易被侦察，测量和干扰的目的。早期的捷变频雷达由于接收机技术的限制，通常工作于非相参状态。非相参捷变频雷达的接收机无法利用从目标反射回来的信号的相位信息，难以获得现代雷达所具有的相参积累，运动目标处理，高分辨合成带宽/孔径成像的能力，很难继续适应现代雷达技术的发展。相参捷变频雷达，就是要在脉冲间实现雷达工作频率快速捷变，在当前脉冲和下一个脉冲的工作频率是不一样时，能够有效的获取反射信号的相位信息。这种雷达一方面具有了传统捷变频雷达优异的反侦察、抗干扰能力，又可以利用信号的相位实现相参积累，运动目标处理，高分辨成像的能力，具有非常高的应用价值。在相参捷变频雷达中，接收机具有关键的地位。这是因为影响工作频率捷变的频率源，系统相参性能的解调和采样模块均在接收机中。产生整部雷达统一的、能够在脉冲间快速切换的、稳定的工作频率，以及在信号的解调放大过程中保持信号的相位信息不受相位噪声的污染，是相参捷变雷达接收机技术的关键。因此，本专利技术所属的相参雷达接收机
，就是探讨如何利用各种技术手段，来保证雷达在发射和接收的过程中，能够快速的改变工作频率，同时能够获取接收信号的相位信息。下面对该领域已有的技术进行简单的回顾：1，接收相参频率捷变技术。接收相参技术是一种较为简便的相参捷变频接收机。在发射时，雷达发射机通过调整放大器的振荡频率来改变发射信号的频率。于此同时，通过耦合器耦合一部分功率非常小，但频率和相位与发射脉冲相同的信号出来。进一步地，利用这个耦合出来的小信号去对一个频率与发射信号频率接近的本地振荡器进行锁相，从而使本地振荡器的输出与发射信号的频率与相位相同。最后利用本地振荡器的输出对接收到的从目标反射回来的回波信号进行解调，从而实现雷达信号的相参接收。接收相参频率捷变技术原理简单，对雷达各子系统的复杂性，尤其是发射机的复杂性要求较低。但是，由于受控制本振的相位和频率的锁相环的性能的限制，这一技术能够达到的相参性往往不佳，会引入较大的随机附加相位，对雷达性能产生不利的影响。2，直接频率合成频率捷变技术。该方法是由T.H.Einstein在1984年美国国防技术报告中首次提出，并逐渐经Wehner,Levanon等人发展后的一种实现频率捷变与相参合成相结合的接收机技术。该方法采用超外差方式，在发射上变频通道和接收下变频通道采用相同的频率源，从而能够保证整个雷达系统的严格相参。在上变频和下变频的过程中，该方法采用了经典的两级变频超外差方式。在发射信号上变频的过程中，首先用一个频率较低且固定的第一本地振荡信号将基带波形调制到一个固定载频上，然后在利用一个可以捷变的，频率较高的第二本地振荡信号在发射信号调制到最后所需的射频频率上去。在接收的过程中，首先采用与发射时相同第二本地振荡信号将接收信号解调到第一本地振荡信号的振荡频率附近，然后再采用第一本地振荡信号将接收信号解调到基带或者中频进行模数转换和后续的处理。在这一过程中，由于发射上变频和接收下变频所采用频率源完全相同，因此，整个雷达系统可以保持非常好的相参性，引入的附加相位误差较小。雷达工作频率的捷变通过改变第二本地振荡信号的频率完成。第二本地振荡信号通过一系列不同频率的信号及其高次谐波进行和频、差频的处理完成，频率的改变通过控制微波开关选通不同的和、差频通道完成。该方法的优势在于相参性好，频率切换速率较快。但是由于和、差频的设备较为复杂，且设备量会随着频点数的增多而显著增加，从而限制了其在频率捷变频点数要求较高的场合的应用。3，锁相环(PLL)频率合成频率捷变技术。与直接频率合成频率捷变方法类似，该方法也采用了二次变频超外差的方式，同时在发射上变频和接收下变频均采用相同的本地振荡信号，从而可以很好地保持相参性能。有所不同的是，锁相环频率合成频率捷变的第一本振信号是由锁相环根据控制信号产生的，其频率是可变的。而第二本振信号是固定的。这与直接频率合成方法存在较大不同。锁相环频率合成频率捷变方法的优势在于，第一本地振荡信号采用锁相环技术，设备较为简单，同时可以根据控制指令产生非常多的不同振荡频率。这使得雷达可用的工作频率点的数量大大增加，同时不会显著的增加系统的复杂度，实现较为简便。但存在的问题主要在于锁相环需要一个反馈控制过程才能够使产生的第一本地振荡信号稳定下来，这一时间往往较长，从而影响了雷达系统的频率捷变速率。方法2)和方法3)还有一个共同的问题在于：为了实现系统的相参，在发射上变频和接收下变频的工作中使用了同样的本地振荡信号。而在频率捷变雷达中，往往下一个脉冲的工作频率会较前一个脉冲发生改变。这样就造成时延上大于一个脉冲重复周期的回波信号的频率与当前雷达系统的工作频率不一致，从而无法被正确的解调和接收。这就造成了雷达的所观测的目标的延迟只能小于脉冲重复间隔，从而限制了雷达的探测距离。这对于中、高脉冲重复频率(PRF)的雷达系统是非常不利的。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提供一种既能够使雷达系统具有良好的相参性，又不会显著增加系统复杂度的相参捷变频雷达接收机，用于简化相参捷变频类的结构，提高性能。本专利技术的另一个目的在于解决雷达作用距离受脉冲重复频率限制的问题，使相参捷变频雷达能够探测时延在一倍雷达脉冲重复周期以外的目标。该接收机由一个本地振荡信号源，波形产生与上变频器、信号采集与下变频器共三个部分构成。三个部分协同工作，实现相参捷变频雷达信号的产生和接收。为了实现上述目的，本专利技术的第一方面的实施例公开了一种软件信道化相参捷变频雷达接收机，包括：本地频率振荡器模块，产生固定频率的第一组单频信号和固定频率的第二组单频信号；波形产生与上变频器模块，选择雷达所需的基带波形，根据所述基带波形产生相应的中频波形，将所述中频波形上变频到雷达射频，将所述雷达射频放大发射雷达射频信号；以及信号采集与下变频器模块，接收所述雷达射频信号并下变频到中频，将所述雷达射频信号放大之后进行数字采样，对所述雷达射频信号进行数字下变频，将信号在数字域解调到基带。根据本专利技术实施例的软件信道化相参捷变频雷达接收机，第一、硬件复杂度低。接收机采用了数字波形生成技术，可以根据需求简便的产生不同的中频频率，从而改变系统的工作频率。这样的方式不用增加设备量即可达到大幅度扩充雷达捷变频频率点数的目的。第二、系统的相参性好。在雷达的发射和接收过程中，射频频率源均采用前文所述的第一组单频信号，能够保证不引入随机附加相位。而波形产生和信号采集的时钟信号均采用了前文所述的第二组单频信号，不同频点的信号产生和解调均在数字域进行，同样也不会引入随机、不可知的附加相位。第三、多频点同时接收，观测距离范围大。接收解调采用数字方式，可以采用数字信号处理技术对信号进行同时、多频点的解调接收，而不必依赖于当前发射信号的频率。接收机就可以对时延分布在在多个脉冲重复周期的信号进行同时接收，从而扩大了雷达观测距离范本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种软件信道化相参捷变频雷达接收机，其特征在于，包括：本地频率振荡器模块，产生固定频率的第一组单频信号和固定频率的第二组单频信号；波形产生与上变频器模块，选择雷达所需的基带波形，根据所述基带波形产生相应的中频波形，将所述中频波形上变频到雷达射频，将所述雷达射频放大发射雷达射频信号；以及信号采集与下变频器模块，接收所述雷达射频信号并下变频到中频，将所述雷达射频信号放大之后进行数字采样，对所述雷达射频信号进行数字下变频，将信号在数字域解调到基带。

【技术特征摘要】
1.一种软件信道化相参捷变频雷达接收机，其特征在于，包括：本地频率振荡器模块，产生固定频率的第一组单频信号和固定频率的第二组单频信号；波形产生与上变频器模块，选择雷达所需的基带波形，根据所述基带波形产生相应的中频波形，将所述中频波形上变频到雷达射频，将所述雷达射频放大发射雷达射频信号，其中，所述的波形产生与上变频器模块包括：电源模块，用于给波形产生与上变频器提供不同电压、功率的电源；通信接口模块，接收雷达系统下达的控制指令；控制模块，用于根据系统指令产生控制中频信号产生模块的控制信号；中频信号产生模块，根据所述控制信号，并采用第二组单频信号作为采样时钟，产生指定调制波形和中频频率的中频信号；以及上变频模块，将中频信号和所述第一组单频信号进行混频；以及信号采集与下变频器模块，接收所述雷达射频信号并下变频到中频，将所述雷达射频信号放大之后进行数字采样，对所述雷达射频信号进行数字下变频，将信号在数字域解调到基带。2.根据权利要求1所述的软件信道化相参捷变频雷达接收机，其特征在于，所述的本地频率振荡器模块包括：电源模块，将供给接收机的电源转换为本地振荡频率源所需的电源；射频频率源模块，产生所述第一组单频信号；以及中频采样频率源模块，产生所述第二组单频信号。3.根据权利要求1所述的软件信道化相参捷变频雷达接收机，其特征在于，所述的信号采样与下变频器包括：电源模块，用于给雷达射频信号采样与下变频器的模块提供不同电压和/或功率的电源；前置放大器模块，对雷达射频信号进行前置放大；下变频模块，将前置放大后的所述雷达射频信号与所述第一组单频信号进行混频，将所述混频后的射频信号解调到...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘一民，王希勤，张晨路，张祎博，文俊杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11