一种高性能通用化的多通道雷达系统技术方案

一种高性能通用化的多通道雷达系统，包含：毫米波近程成像的高频前端组件、中频处理组件、数据采集组件、综合信号处理组件和微波源组件；高频前端组件包含射频与本振信号产生模块、信号分配与校准网络模块、天线与射频通道阵列模块，实现射频与一级本振信号的产生，回波信号的接收、放大、滤波与一级下变频；中频处理组件实现回波信号的放大、滤波与二级下变频；数据采集组件实现回波信号的采集与信号预处理；综合信号处理组件实现回波数据的实时成像；微波源组件实现时钟基准信号、同步信号和二级本振信号的产生。本发明专利技术较好的避免了在同等需求或相近需求的条件下，重复设计研制引起的资源浪费，有效提高设计效率，增强通用性和灵活度。

A High Performance and Universal Multichannel Radar System

A high-performance and versatile multi-channel radar system consists of: high-frequency front-end module for millimeter wave short-range imaging, intermediate frequency processing module, data acquisition module, integrated signal processing module and microwave source module; high-frequency front-end module includes radio frequency and local oscillator signal generation module, signal distribution and calibration network module, antenna and radio frequency channel array module to realize radio frequency and first-level standard. Vibration signal generation, echo signal reception, amplification, filtering and first-order down-conversion; IF processing module achieves echo signal amplification, filtering and second-order down-conversion; data acquisition module achieves echo signal acquisition and signal pre-processing; integrated signal processing module achieves real-time imaging of echo data; microwave source module achieves clock reference signal, synchronization signal and second-level base. Vibration signal generation. The invention can avoid the waste of resources caused by repeated design and development under the condition of the same or similar requirements, effectively improve the design efficiency, enhance the versatility and flexibility.

【技术实现步骤摘要】
一种高性能通用化的多通道雷达系统
本专利技术涉及一种雷达系统，具体是指具有高性能通用化特点的多通道雷达系统，属于多通道雷达系统的总体方案设计与信号处理的

技术介绍
在复杂的电磁环境下，现代雷达的应用场景也日益复杂，致使单通道雷达已经难以满足日益增长的应用需求，在诸如杂波抑制、隐身目标探测与定位、动目标检测等应用场景中遇到了难以克服的困难。与传统单通道雷达相比，多通道雷达得益于多通道数字波束形成技术的引入，不仅能够在传统应用场景下替代单通道雷达实现目标探测，而且能够在单通道雷达无法使用的场景下获得良好的探测性能。传统的多通道雷达系统，需要避免在同等或相似需求下的重复设计、重复研制所带来的资源浪费，因此提高设计效率，提高多通道雷达系统的通用性，提高应用的灵活度等问题成为多通道雷达设计与研制的难题。在传统的多通道雷达系统的设计中，根据具体项目需求的不同，多通道雷达系统通常存在工作频率、信号波形、天线样式与布阵形式的区别，而对于中频处理、数字采集与处理等过程则基本相同。传统的多通道雷达系统的框架下，同一个组件内通常同时存在共性和矛盾成分，这种不合理使得不同的应用需求对应不同的多通道雷达硬件，难以解决设计与研制效率低下、通用性不强和灵活度不够的问题。现有的独立研制的多通道雷达的信号采集装置虽然能够有效提高研制效率，提高多通道雷达系统的通用性和灵活度，但是依然存在信号采集带宽高、采集同步要求高、系统架构划分不到位，导致设计与研制资源浪费的问题。现有技术中，在申请号为201611009563.2的专利技术专利《一种基于数字信道化的多通道雷达信号采集装置》中，以及在申请号为201110383300.9的专利技术专利《多通道宽带电子信号同步采集系统的设计与实现方法》中，均采用前端阵列+多通道信号采集装置的方案，虽然能够在一定程度上提高整个多通道雷达系统的通用性，但是依然无法克服独立研制多通道雷达信号采集装置方案的固有缺点。在申请号为201610864367.7的专利技术专利《一种模块化、积木式数字阵列雷达系统》中，提出了一种新的多通道雷达系统的架构，试图解决不同需求下雷达通用化的问题，然而该架构只考虑了天线布阵形式的差异，仍然大大限制了该通用化多通道雷达系统应用的范围。在申请号为201510357316.0的专利技术专利《脉冲全相参通用化实验雷达》中，采用了一种天线+前端+微波源+信号处理机的架构，能够实现单通道雷达系统的通用化，但是该构架并不能够满足多通道雷达的需求。基于上述，本专利技术提出一种高性能通用化的多通道雷达系统，针对多通道雷达系统研制中存在设计与研制效率低下、通用性不强和灵活度不够的问题，从源头设计出发，总结共性部分，突出矛盾部分，结合关键技术手段，以解决现有技术中存在的缺点和限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高性能通用化的多通道雷达系统，较好的避免了同等需求或者需求相近的条件下，重复设计、重复研制引起的资源浪费，能够有效提高设计效率，增强系统通用性和灵活度。为实现上述目的，本专利技术提供一种高性能通用化的多通道雷达系统，包含：依次连接的高频前端组件、中频处理组件、数据采集组件、综合信号处理组件，以及分别与上述组件连接的微波源组件；其中，所述的高频前端组件采用毫米波近程成像高频前端组件，包含：依次连接的射频与本振信号产生模块、信号分配与校准网络模块以及天线与射频通道阵列模块，实现射频信号与一级本振信号的产生，以及回波信号的接收、放大、滤波与一级下变频；所述的中频处理组件实现回波信号的放大、滤波与二级下变频；所述的数据采集组件实现回波信号的采集与信号预处理；所述的综合信号处理组件实现回波数据的数据汇集和实时成像；所述的微波源组件实现时钟基准信号、同步信号和二级本振信号的产生。所述的射频与本振信号产生模块包含：通过电路连接的DDS和倍频、分频、混频器，以外部参考时钟和同步信号为基准，通过DDS产生信号，并经过倍频、分频、混频器产生射频信号及一级本振信号。所述的信号分配与校准网络模块将产生的射频信号及一级本振信号均匀分配到天线与射频通道阵列模块中。所述的天线与射频通道阵列模块包含：依次连接的M个发射通道、M个发射天线、N个接收天线和N个接收通道；其中，所述的发射通道通过信号分配与校准网络模块接收射频信号，并经由发射天线发射，再通过接收天线和接收通道接收该射频信号的回波信号，并经由接收通道中的低噪声放大器与滤波器处理；所述的接收通道中的混频器通过信号分配与校准网络模块接收一级本振信号，与回波信号混合产生差频，生成固定频段的、可被中频处理组件处理的中频回波信号。所述的信号分配与校准网络模块通过弱耦合进行信号校准，并将校准后的信号耦合至天线与射频通道阵列模块的发射通道和接收通道，实现通道的幅度相位校准。所述的中频处理组件采用通用化设计，处理固定频段内的中频回波信号并输出基频回波信号，包含L块中频处理板；每块中频处理板包括：K个中频通道，实现K路中频回波信号的低噪声放大、混频和滤波，得到基频回波信号，且L×K≥N；二级本振功分网络，由微波源组件产生的二级本振信号通过该二级本振功分网络，利用功分方式均匀分配至K个中频通道中。所述的数据采集组件采用通用化设计，包含O块数据预处理板；每块数据预处理板实现P个基频通道的基频回波信号的数字化和预处理操作，且L×K＝O×P；该数据预处理板包括：R个AD转换器，每个AD转换器实现Q个基频通道的基频回波信号的数据采集，且R×Q＝P；若干第一FPGA处理器组成，对采集到的基频回波信号进行数字下变频、幅度相位校正、距离脉冲压缩和有效数据抽取，输出回波数据；第一RAM，通过数据的乒乓存储，实现对待处理数据、中间数据和结果数据的缓存。所述的综合信号处理组件采用通用化设计，包含：第二FPGA处理器，以及分别与该第二FPGA处理器通过电路连接的第三FPGA处理器，DSP处理器和第二RAM；由第二FPGA处理器将回波数据汇聚转存到第二RAM，并由第二FPGA处理器调用DSP处理器和第三FPGA处理器，实现对第二RAM中回波数据的实时成像。本专利技术所述的高性能通用化的多通道雷达系统，还包含显控组件，与综合信号处理组件连接，采用通用化设计，由综合信号处理组件实时成像后的图像由第二FPGA处理器传输至显控组件，该显控组件进行数据存储、人机交互、并控制指令生成成像结果显示。本专利技术所述的高性能通用化的多通道雷达系统，还包含电源组件，采用通用化设计，分别与高频前端组件、中频处理组件、数据采集组件、综合信号处理组件，微波源组件和显控组件连接，提供工作电源。综上所述，本专利技术所提供的高性能通用化的多通道雷达系统，最大限度的固定了通用化的成熟组件，能够有效提高设计效率，减少质量问题，提高不同应用场景下多通道雷达的通用性；同时通过采用两级模拟下变频+一级数字下变频的三级下变频架构能够有效的降低数字采集系统的采集带宽和同步精度要求。本专利技术与现有专利相比，通用化程度更高，对采集带宽和同步精度的要求更低。具有较好的经济效益。附图说明图1为本专利技术中的高性能通用化的多通道雷达系统的结构框图；图2为本专利技术中的毫米波近程成像高频前端组件的结构示意图；图3为本专利技术中的中频处理组件中的中频处理板的结构示意图；图4为本专利技术中的数据采集组件的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，包含：依次连接的高频前端组件、中频处理组件、数据采集组件、综合信号处理组件，以及分别与上述组件连接的微波源组件；所述的高频前端组件采用毫米波近程成像高频前端组件，包含：依次连接的射频与本振信号产生模块、信号分配与校准网络模块以及天线与射频通道阵列模块，实现射频信号与一级本振信号的产生，以及回波信号的接收、放大、滤波与一级下变频；所述的中频处理组件实现回波信号的放大、滤波与二级下变频；所述的数据采集组件实现回波信号的采集与信号预处理；所述的综合信号处理组件实现回波数据的数据汇集和实时成像；所述的微波源组件实现时钟基准信号、同步信号和二级本振信号的产生。

【技术特征摘要】
1.一种高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，包含：依次连接的高频前端组件、中频处理组件、数据采集组件、综合信号处理组件，以及分别与上述组件连接的微波源组件；所述的高频前端组件采用毫米波近程成像高频前端组件，包含：依次连接的射频与本振信号产生模块、信号分配与校准网络模块以及天线与射频通道阵列模块，实现射频信号与一级本振信号的产生，以及回波信号的接收、放大、滤波与一级下变频；所述的中频处理组件实现回波信号的放大、滤波与二级下变频；所述的数据采集组件实现回波信号的采集与信号预处理；所述的综合信号处理组件实现回波数据的数据汇集和实时成像；所述的微波源组件实现时钟基准信号、同步信号和二级本振信号的产生。2.如权利要求1所述的高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，所述的射频与本振信号产生模块包含：通过电路连接的DDS和倍频、分频、混频器，以外部参考时钟和同步信号为基准，通过DDS产生信号，并经过倍频、分频、混频器产生射频信号及一级本振信号。3.如权利要求2所述的高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，所述的信号分配与校准网络模块将产生的射频信号及一级本振信号均匀分配到天线与射频通道阵列模块中。4.如权利要求3所述的高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，所述的天线与射频通道阵列模块包含：依次连接的M个发射通道、M个发射天线、N个接收天线和N个接收通道；所述的发射通道通过信号分配与校准网络模块接收射频信号，并经由发射天线发射，再通过接收天线和接收通道接收该射频信号的回波信号，并经由接收通道中的低噪声放大器与滤波器处理；所述的接收通道中的混频器通过信号分配与校准网络模块接收一级本振信号，与回波信号混合产生差频，生成固定频段的、可被中频处理组件处理的中频回波信号。5.如权利要求4所述的高性能通用化的多通道雷达系统，其特征在于，所述的信号分配与校准网络模块通过弱耦合进行信号校准，并将校准后的信号耦合至天线与射频通道阵列模块的发射通道和接收通道，实现通道的幅度相位校准。6.如权利要求4...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐琳，刘斌，黄勇，王凤娇，孟宏峰，陈曦，吕良卿，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31