基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统及方法技术方案

本发明专利技术提出基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统及方法，方法包括：产生雷达发射所需要的采样时钟信号与脉冲重复频率信号，据此生成雷达同步信号并功率放大后辐射，其中雷达同步信号包括单脉冲信号、短码元和长码元m序列调制信号；对接收的雷达同步信号预处理及采样，并分别对其中短码元和长码元m序列调制信号的直达波信号进行脉冲压缩处理，求得各自的脉冲响应函数的最大值；及对相邻两次或多次的长码元脉冲响应函数的最大值的时间间隔进行计算，并取时间间隔的倒数作为雷达发射信号的脉冲重复频率。本发明专利技术可实现纳秒级的同步精度，同时具有低成本、低功耗、信噪比高、抗干扰性好、系统结构简单等优势。

Radar independent time synchronization system and method based on pseudo random coding signal

The present invention proposes an autonomous time synchronization system and method for networked radar based on pseudo-random coded signal. The method includes: generating sampling clock signal and pulse repetition frequency signal needed for radar transmission, generating radar synchronization signal and radiating after power amplification, in which the radar synchronization signal includes single pulse signal; Short symbol and long symbol m-sequence modulation signal; Preprocessing and sampling the received radar synchronization signal, and compressing the direct wave signals of short symbol and long symbol m-sequence modulation signal separately to obtain the maximum of their respective impulse response functions; and impulse response functions of adjacent long symbol twice or more times. The time interval of the maximum value of the number is calculated, and the reciprocal of the time interval is taken as the pulse repetition frequency of the radar transmitting signal. The invention can realize nanosecond synchronization accuracy, and has the advantages of low cost, low power consumption, high signal-to-noise ratio, good anti-interference and simple system structure.

【技术实现步骤摘要】
基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统及方法
本专利技术属于雷达
，涉及一种基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统及方法。
技术介绍
近年来，收发组网雷达技术在科学界和工程界倍受关注，尤其在天基收发组网成像雷达对地观测、分布式雷达多视角成像等领域具有巨大应用价值。收发组网成像雷达具有高分宽幅无盲区成像探测等优势，可以获得地面目标的多个方向的散射特性，为后期目标特性反演提供丰富的信息；同时，收发组网雷达也可以用于对隐身目标的探测，通过同时获取多个不同双站观测的雷达散射系数，提高对隐身目标的探测性能。传统雷达由于大功率发射情况下的接收时序后延导致探测盲区，且只能获得目标的后向散射系数，因此难以满足未来无盲区全方位探测要求。而收发组网雷达将雷达发射端与雷达接收端分开并远离，避免大功率发射情况时探测盲区的出现，同时可以根据需要形成不同的双站角观测。然后，为了保证收发组网雷达信号之间的相干性，其时间同步问题是主要难题。目前，收发组网雷达的时间同步方案主要有四种：第一，在条件满足的情况下，利用光纤或同轴电缆进行时间同步，难以满足相对运动的收发组网雷达需求；第二，采用高稳原子钟进行同步，可以实现较好的同步，但价格昂贵；第三，采用GPS驯服高稳晶振方法进行时间同步，可以实现较好的时间同步，但驯服时间较长，且容易受多普勒影响；第四，发射单个时域窄脉冲信号或单频信号进行时间同步，由于受外界电磁环境的干扰，使接收到的直达波信噪比很低，导致同步精度大大降低。伪随机编码信号是一种重要的超宽带信号形式，它具有抗干扰能力强、被截获率低及自相关性好等特性，从而被用于预警雷达、火控雷达、合成孔径雷达等。因此，如何在雷达收发同步中采用伪随机编码信号是需要解决的问题。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题是，如何采用伪随机编码信号来提高收发组网雷达的时间同步精度。用于解决课题的技术手段是，提出基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统及方法，在本专利技术中，将伪随机编码信号作为收发组网雷达自主时间同步信号的一部分，以提高雷达收发时间同步精度。本专利技术提出的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，包括：雷达发射主机与雷达天线，用于产生与对目标探测区域发射雷达信号，并产生雷达发射系统所需要的采样时钟信号与脉冲重复频率信号；雷达同步信号发射机，用于根据时钟信号与脉冲重复频率信号产生雷达同步信号并进行功率放大，其中雷达同步信号包括单脉冲信号、短码元m序列调制信号、长码元m序列调制信号；同步信号发射天线，用于向雷达接收机辐射雷达同步信号；同步信号接收天线，用于接收雷达同步信号；雷达同步信号接收机，用于对雷达同步信号进行放大、功率检测、根据雷达接收主机与接收天线产生的采样时钟进行采样、存储并估计收发同步时刻，以估计出雷达发射信号的脉冲重复频率；雷达接收主机与接收天线，用于对目标探测区域的雷达回波信号接收，并进行放大、采样与处理，及产生雷达同步信号接收机需要的采样时钟。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述雷达同步信号发射机包括用于产生雷达同步信号的同步信号发生器和用于对雷达同步信号功率放大的功率放大器。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述短码元m序列调制信号为包含31个码元的m序列调制信号；所述长码元m序列调制信号为包含127个码元的m序列调制信号。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述雷达同步信号接收机50包括：限幅器，用于对雷达同步信号中单脉冲信号的直达波信号进行限幅；射频前端，用于对限幅后的雷达同步信号去噪处理，并进行放大；功分器，用于将雷达同步信号分成两路；射频功率检波器，用于对功分器分成的一路雷达同步信号检测功率大小并据此触发FPGA芯片开始工作；高速ADC，用于对根据雷达接收主机与接收天线产生的采样时钟对功分器分成的另一路雷达同步信号进行采样；FPGA芯片506，用于存储高速ADC采样的雷达同步信号，及分别对雷达同步信号中的短码元和长码元m序列调制信号进行时刻估计，估计出雷达发射信号的脉冲重复频率。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述FPGA芯片包括：逻辑判断与触发模块，用于判断单脉冲信号是否到达，并产生高电平TTL1信号，用于启动同步时刻粗略估计模块工作；同步时刻粗略估计模块，用于对雷达同步信号中短码元m序列调制信号进行时刻估计；同步时刻精细估计模块，用于对雷达同步信号中长码元m序列调制信号进行时刻同步，并估计出雷达发射信号的脉冲重复频率。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述同步时刻粗略估计模块720包括：第一缓存模块，用于缓存雷达同步信号中单脉冲信号的直达波信号；第一信号预处理模块，用于去除单脉冲信号中直达波信号的直流分量；阈值判断模块，用于根据设置的阈值判断单脉冲信号的直达波信号是否到来；第一计时器，用于对单脉冲信号与短码元m序列调制信号之间的时间间隔进行计时；第二缓存模块，用于缓存雷达同步信号中短码元m序列调制信号的直达波信号；信号预处理与抽样模块，用于对短码元m序列调制信号的直达波信号进行去直流、滤波处理并采样；并行脉冲压缩处理模块，用于对短码元m序列调制信号的直达波信号进行脉冲压缩处理得到脉冲压缩信号；短码元求值模块，用于根据脉冲压缩信号，求取短码元m序列调制信号的直达波的脉冲响应函数的最大值；第二计时器，用于对雷达同步信号中的短码元与长码元m序列调制信号之间的时间间隔进行计时，根据计时时间大小触发电平至同步时刻精细估计模块。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述同步时刻精细估计模块包括：第三缓存模块，用于缓存雷达同步信号中长码元m序列调制信号的直达波信号；第二信号预处理模块，用于去除雷达回波信号中的直流分量；脉冲压缩处理模块，用于对雷达同步信号中的长码元m序列调制信号的直达波信号进行脉冲压缩处理，获得针状脉冲响应函数；长码元求值模块，用于求得脉冲响应函数的最大值；同步时刻提取与PRF估计模块，用于对相邻两次或多次长码元的脉冲响应函数的最大值的时间间隔进行计算，并取时间间隔的倒数作为雷达发射信号的脉冲重复频率。本专利技术提出的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步方法，包括以下步骤：对目标探测区域发射雷达信号，并产生雷达发射所需要的采样时钟信号与脉冲重复频率信号，据此生成雷达同步信号并进行功率放大后辐射，其中雷达同步信号包括单脉冲信号、短码元m序列调制信号、长码元m序列调制信号；对接收的雷达同步信号进行放大、功率检测，及根据对目标探测区域的雷达回波信号处理得到的采样时钟进行采样，并分别对采样的雷达同步信号中短码元和长码元m序列调制信号的直达波信号进行脉冲压缩处理，求得各自的脉冲响应函数的最大值；及对相邻两次或多次的长码元脉冲响应函数的最大值的时间间隔进行计算，并取时间间隔的倒数作为雷达发射信号的脉冲重复频率。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法还包括根据设置的阈值判断接收的雷达同步信号中单脉冲信号的直达波信号是否到来。进一步地，作为本专利技术的一种优选技术方案，所述方法还包括对到来的单脉冲信号与短码元m序列调制信号之间的时间间隔进行计时。专利技术效果是，本专利技术创新性地将雷达同步信号设计为单脉冲信号、短码元m序列调制信号、长码元m序列调制信号三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，包括：雷达发射主机与雷达天线，用于产生与对目标探测区域发射雷达信号，并产生雷达发射系统所需要的采样时钟信号与脉冲重复频率信号；雷达同步信号发射机，用于根据时钟信号与脉冲重复频率信号产生雷达同步信号并进行功率放大，其中雷达同步信号包括单脉冲信号、短码元m序列调制信号、长码元m序列调制信号；同步信号发射天线，用于向雷达接收机辐射雷达同步信号；同步信号接收天线，用于接收雷达同步信号；雷达同步信号接收机，用于对雷达同步信号进行放大、功率检测、根据雷达接收主机与接收天线产生的采样时钟进行采样、存储并估计收发同步时刻，以估计出雷达发射信号的脉冲重复频率；雷达接收主机与接收天线，用于对目标探测区域的雷达回波信号接收，并进行放大、采样与处理，及产生雷达同步信号接收机需要的采样时钟。

【技术特征摘要】
1.基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，包括：雷达发射主机与雷达天线，用于产生与对目标探测区域发射雷达信号，并产生雷达发射系统所需要的采样时钟信号与脉冲重复频率信号；雷达同步信号发射机，用于根据时钟信号与脉冲重复频率信号产生雷达同步信号并进行功率放大，其中雷达同步信号包括单脉冲信号、短码元m序列调制信号、长码元m序列调制信号；同步信号发射天线，用于向雷达接收机辐射雷达同步信号；同步信号接收天线，用于接收雷达同步信号；雷达同步信号接收机，用于对雷达同步信号进行放大、功率检测、根据雷达接收主机与接收天线产生的采样时钟进行采样、存储并估计收发同步时刻，以估计出雷达发射信号的脉冲重复频率；雷达接收主机与接收天线，用于对目标探测区域的雷达回波信号接收，并进行放大、采样与处理，及产生雷达同步信号接收机需要的采样时钟。2.根据权利要求1所述的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，所述雷达同步信号发射机包括用于产生雷达同步信号的同步信号发生器和用于对雷达同步信号功率放大的功率放大器。3.根据权利要求1所述的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，所述短码元m序列调制信号为包含31个码元的m序列调制信号；所述长码元m序列调制信号为包含127个码元的m序列调制信号。4.根据权利要求1所述的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，所述雷达同步信号接收机包括：限幅器，用于对雷达同步信号中单脉冲信号的直达波信号进行限幅；射频前端，用于对限幅后的雷达同步信号去噪处理，并进行放大；功分器，用于将雷达同步信号分成两路；射频功率检波器，用于对功分器分成的一路雷达同步信号检测功率大小并据此触发FPGA芯片开始工作；高速ADC，用于对根据雷达接收主机与接收天线产生的采样时钟对功分器分成的另一路雷达同步信号进行采样；FPGA芯片，用于存储高速ADC采样的雷达同步信号，及分别对雷达同步信号中的短码元和长码元m序列调制信号进行时刻估计，估计出雷达发射信号的脉冲重复频率。5.根据权利要求4所述的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，所述FPGA芯片包括：逻辑判断与触发模块，用于判断单脉冲信号是否到达，并产生高电平信号，用于启动同步时刻粗略估计模块工作；同步时刻粗略估计模块，用于对雷达同步信号中短码元m序列调制信号进行时刻估计；同步时刻精细估计模块，用于对雷达同步信号中长码元m序列调制信号进行时刻同步，并估计出雷达发射信号的脉冲重复频率。6.根据权利要求5所述的基于伪随机编码信号的收发组网雷达自主时间同步系统，其特征在于，所述同步时刻粗略估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏正欢，李科，贺广均，赵志龙，冯鹏铭，郭宇华，刘敦歌，王进，郝研，陈昊，
申请(专利权)人：航天恒星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11