基于单元级数字阵列的MST雷达系统及信号收发方法技术方案

本发明专利技术提出一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统及信号收发方法。所述雷达系统包括：多个天馈单元，每个所述天馈单元向外界发射电磁波信号以及接收外界反射的回波信号；多个数字收发通道，每个所述数字收发通道与所述天馈单元一一对应，用于独立生成向外界发射的电磁波信号，以及独立传输所述回波信号；数字波束形成单元，分别与每个所述数字收发通道相连，用于对每个数字收发通道接收到的回波信号生成具有特定指向性的数字波束；信号处理单元，与所述数字波束形成单元相连，用于对接收到的所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征；主控单元，分别与所述多个数字收发通道、所述数字波束形成单元和所述信号处理单元相连以发送相应的控制信号。

【技术实现步骤摘要】
基于单元级数字阵列的MST雷达系统及信号收发方法
本专利技术涉及雷达探测
，具体涉及一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统及信号收发方法。
技术介绍
MST雷达(中间层-平流层-对流层雷达)是利用大气折射率变化对电磁波的散射获取风场、电子密度等信息的大型地基遥感设备。MST雷达一般工作在VHF频段，探测高度涵盖中间层、平流层、对流层，回波信号较微弱，一般采用大功率、大孔经的阵面。中国专利技术专利申请CN102141619A公开了一种数字阵列式MST雷达，可以分为模拟和数字两大部分。其中模拟部分含有天线单元(576个)、末级收发组件模块(576)个以及馈线网络；数字部分包括数字T/R模块(24个)、DBF波束形成单元、信号处理机、数据处理机及系统监测模块。对比文件1中数字T/R模块同时控制24个天线单元，这24个天线单元具有统一的相位参数，无法进行灵活单独的设置，从而使得探测波束指向固定，功能单一，难以满足探测多样化的需求。另外，现有技术中的功分馈电网络复杂，系统馈电损耗高，导致扫描效率不高，可靠性差。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的探测波束指向固定、馈电网络复杂、可靠性差的缺陷，从而提供一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统及信号收发方法。为实现上述目的，本专利技术提出一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统，包括：多个天馈单元，每个所述天馈单元通过天线振子向外界发射电磁波信号以及接收外界反射的回波信号；多个数字收发通道，每个所述数字收发通道与所述天馈单元一一对应，用于独立生成向外界发射的电磁波信号，以及独立传输每个所述天馈单元接收到的回波信号；数字波束形成单元，分别与所述每个数字收发通道相连，用于对每个数字收发通道接收到的回波信号进行指向性规定以生成具有特定指向性的数字波束；信号处理单元，与所述数字波束形成单元相连，用于对接收到的所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征；主控单元，分别与所述多个数字收发通道、所述数字波束形成单元和所述信号处理单元相连，以发送相应的控制信号。示例性地，所述数字收发通道包括发射通道和接收通道：所述发射通道用于生成幅值和向为受控的电磁波信号，将所述电磁波信号从数字形式转换为模拟形式，并进行滤波放大；所述接收通道与所述天馈单元中对应的天线振子相连，用于接收所述回波信号，对所述回波信号进行滤波放大，并将所述回波信号从模拟形式转换为数字形式。示例性地，所述发射通道包括波形产生电路、DA转换器、第一放大器、功放模块、环形滤波器；所述波形产生电路根据控制信号产生频率、相位受控的数字信号，所述DA转换器将数字信号转化为模拟信号，所述第一放大器对模拟信号进行放大和滤波，所述功放模块用于放大接收到的电磁波信号，所述环形滤波器用于控制所述电磁波信号单向传输；所述接收通道包括限幅低噪声放大模块、滤波器、第二放大器、AD转换器；所述限幅低噪声放大模块对接收到的回波信号进行限幅和放大，所述滤波器对所述限幅低噪声放大模块输出的回波信号进行滤波，所述第二放大器用于对所述滤波器输出的回波信号进行进一步放大，所述AD转换器用于对所述第二放大器输出的回波信号进行采样以转化为数字信号。示例性地，还包括频率源和标定模块，所述频率源分别与所述多个数字收发通道相连，用于确定所述多个数字收发通道的发射频率和接收频率；所述标定模块分别与所述多个数字收发通道相连，用于确定每个所述发射通道的相位偏移和所述接收通道的相位偏移，根据相位偏移对发射的电磁波信号和接收的回波信号进行相应补偿。示例性地，所述信号处理单元包括第一处理单元、第二处理单元和显示单元；所述第一处理单元用于对接收到的回波信号执行相干积累计算、脉冲压缩计算、傅里叶变换、相关函数计算和非相干积累计算，以得到第一处理信号；所述第二处理单元用于对所述第一处理信号进行功率谱/相关函数数据进行识别、合成计算，获取风速、风向等信息，得到风羽图、风矢图、表格；所述显示单元用于显示所述风羽图、风矢图、表格。示例性地，所述天馈单元包括384个天馈振子；所述收发单元包括384个独立的数字收发通道，每个数字收发通道与其中一个天馈振子相连；所述数字波束形成单元分别与所述384个独立的数字收发通道相连。本专利技术还提出一种MST雷达的信号接收方法，包括以下步骤：天馈单元中的多个天线振子接收空间散射回来的回波信号，并将所述回波信号传送给收发单元；收发单元中的每个数字收发通道接收来自相应天线振子的回波信号，进行滤波放大以及模数转换；数字波束形成单元接收经过每个所述数字收发通道处理后的回波信号，对接收到的所有回波信号进行指向性规定以生成具有特定指向性的数字波束；信号处理单元接收所述数字波束形成单元生成的所述数字波束，对所述所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征数据。示例性地，所述信号处理单元对所述所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征数据的步骤包括：通过第一处理单元对接收到的所述数字波束执行相干积累计算、脉冲压缩计算、傅里叶变换、相关函数计算和非相干积累计算，以得到第一处理数据；通过第二处理单元对所述第一处理数据进行功率谱/相关函数的识别、合成计算，获取气象特征数据，并生成风羽图、风矢图及相关表格；通过显示单元显示所述风羽图、风矢图及相关表格。本专利技术还提出一种MST雷达的信号发射方法，包括以下步骤：收发单元中的每个数字发射通道单独产生幅值相位受控的电磁波信号，并基于预设的发送频率将所述电磁波信号发送至天馈单元；天馈单元中的每个天线振子将接收到的电磁波信号发射到空中以照射目标。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术提出的MST雷达系统包括多个独立的数字收发通道，每个数字收发通道连接对应的天馈振子，从而可以对每个数字收发通道发送的电磁波信号和接收到的回波信号进行独立控制，根据不同参数配置工作在不同的工作模式，提高MST雷达探测大气参数时的时间分辨率和空间分辨率。(2)本专利技术提出的MST雷达系统中，每个天馈振子通过独立的数字收发通道发送和接收信号，无需搭建复杂的馈线网络矩阵，可以有效降低馈电损耗、提升系统的扫描效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例1中MST雷达系统的组成结构示意图；图2为本专利技术实施例2中MST雷达的信号接收方法的一个具体示例的流程图；图3为本专利技术实施例2中对数字波束进行处理的一个具体示例的流程图；图4为本专利技术实施例3中MST雷达的信号发射方法的一个具体示例的流程图。具体实施方式<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统，其特征在于，包括：/n多个天馈单元，每个所述天馈单元通过天线振子向外界发射电磁波信号以及接收外界反射的回波信号；/n多个数字收发通道，每个所述数字收发通道与所述天馈单元一一对应，用于独立生成向外界发射的电磁波信号，以及独立传输每个所述天馈单元接收到的回波信号；/n数字波束形成单元，分别与每个所述数字收发通道相连，用于对每个数字收发通道接收到的回波信号进行指向性规定以生成具有特定指向性的数字波束；/n信号处理单元，与所述数字波束形成单元相连，用于对接收到的所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征；/n主控单元，分别与所述多个数字收发通道、所述数字波束形成单元和所述信号处理单元相连，以发送相应的控制信号。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单元级数字阵列的MST雷达系统，其特征在于，包括：
多个天馈单元，每个所述天馈单元通过天线振子向外界发射电磁波信号以及接收外界反射的回波信号；
多个数字收发通道，每个所述数字收发通道与所述天馈单元一一对应，用于独立生成向外界发射的电磁波信号，以及独立传输每个所述天馈单元接收到的回波信号；
数字波束形成单元，分别与每个所述数字收发通道相连，用于对每个数字收发通道接收到的回波信号进行指向性规定以生成具有特定指向性的数字波束；
信号处理单元，与所述数字波束形成单元相连，用于对接收到的所述数字波束进行处理和计算，以得到气象特征；
主控单元，分别与所述多个数字收发通道、所述数字波束形成单元和所述信号处理单元相连，以发送相应的控制信号。


2.根据权利要求1所述的MST雷达系统，其特征在于，所述数字收发通道包括发射通道和接收通道：
所述发射通道用于生成幅值和向为受控的电磁波信号，将所述电磁波信号从数字形式转换为模拟形式，并进行滤波放大；
所述接收通道与所述天馈单元中对应的天线振子相连，用于接收所述回波信号，对所述回波信号进行滤波放大，并将所述回波信号从模拟形式转换为数字形式。


3.根据权利要求2所述的MST雷达系统，其特征在于，所述发射通道包括波形产生电路、DA转换器、第一放大器、功放模块、环形滤波器；所述波形产生电路根据控制信号产生频率、相位受控的数字信号，所述DA转换器将数字信号转化为模拟信号，所述第一放大器对模拟信号进行放大和滤波，所述功放模块用于放大接收到的电磁波信号，所述环形滤波器用于控制所述电磁波信号单向传输；
所述接收通道包括限幅低噪声放大模块、滤波器、第二放大器、AD转换器；所述限幅低噪声放大模块对接收到的回波信号进行限幅和放大，所述滤波器对所述限幅低噪声放大模块输出的回波信号进行滤波，所述第二放大器用于对所述滤波器输出的回波信号进行进一步放大，所述AD转换器用于对所述第二放大器输出的回波信号进行采样以转化为数字信号。


4.根据权利要求2所述的MST雷达系统，其特征在于，还包括频率源和标定模块，所述频率源分别与所述多个数字收发通道相连，用于确定所述多个数字收发通道的发射频率和接收频率；所述标定模块分别与所述多个数字收发通道相连，用于确定每个所述发射通道的相位偏移和所述接收通道的相位偏移，根据相位偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊，王斯正，孙祥，杨庆峰，王勇，贾晓星，王志锐，陈华彬，刘红召，王硕，
申请(专利权)人：航天新气象科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32