一种通道可扩展的全相参雷达接收机制造技术

一种通道可扩展的全相参雷达接收机，将单极子交叉环接收天线与高频雷达数字相干接收机组成一个接收机单元，采用ＵＳＢ总线和ＵＳＢ集线器将多个接收机单元并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其他接收机单元为扩展接收机单元，主控接收机单元对扩展接收机单元进行时序控制，且所有接收机单元的工作时钟由主控接收机单元的时钟源提供，主控接收机单元为扩展接收机单元提供雷达的发射信号及本振信号，各个扩展接收机单元的本振信号由主控接收机单元的频率源统一提供。可以扩展为六通道，九通道，甚至更多，同时各个雷达接收机单元既可以组成多通道雷达接收系统，也可以独立工作，能够灵活地对雷达通道数目进行配置，具有简单易实现的特点。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种多通道高频雷达接收技术；具体地说，是在现有三通道高频雷达接收机的基础上完成的一种具有多个接收机通道的全相参雷达接收机。
技术介绍
便携式高频地波雷达海洋环境监测系统是武汉大学研制的探测海洋表面风、浪、流场和低速移动目标等海洋环境要素的先进雷达系统。该雷达接收机采用多通道接收技术及阵列信号处理技术，从而获得丰富的海洋状态信息。该雷达接收系统采用了单极子交叉环天线作为高频地波雷达的接收天线，单极子交叉环结构紧凑，是一种典型小型化天线。但单极子交叉环天线只有三个端口的输出，而且在该雷达接收机系统中，采用了单片数字信号处理芯片同时完成三通道的雷达数据的采集及处理，占去了芯片的极大部分的I/O和存储器资源，从而限制了接收机的通道数目，因此提出了一种扩展接收机通道的一种方法，同时各个雷达接收机即可以单独使用，也可以组成单极子交叉环天线阵，实现多通道的扩展，该扩展方法具有灵活，易实现的特点。高频地波雷达用于海洋环境监测，分析和处理的是海洋回波的相位信息，采用了相干多普勒雷达的技术方案，发射信号和相干检波本振信号具有相同的基准相位，它们都出自于一个共同的频率标准信号源，因此高频地波雷达属于全相参系统。同步控制器用此信号源产生雷达系统的所有时序控制信号，雷达系统要求同步控制信号的产生具有很高的准确性，稳定性和可靠性，以避免引起系统的相位误差。武汉大学的一项技术专利《高频地波雷达数字相干接收机》(ZL200420057632.3)，该雷达接收机采用收发共站、线性调频中断连续波、一次混频带通采样和数字信号处理器完成多通道的数据处理；具有性能稳定、结构简单、系统线性度和动态稳定度好的优点；但雷达的接收通道确定为三通道，通道数目不可扩展。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服现有技术存在的上述缺点和不足，提供一种通道可扩展的全相参雷达接收机，从而实现了对接收机的通道数目的灵活配置功能，即能独立工作，又可以组成多通道雷达接收系统。一种通道可扩展的全相参雷达接收机，其特征在于包括多个单极子交叉环接收天线与高频雷达数字相干接收机组成的接收机单元，采用USB集线器将多个接收机单元并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其他接收机单元为扩展接收机单元，USB集线器与PC机相连；主控接收机单元的时钟驱动电路的输出端与各扩展接收机单元的时钟输入端口连接，由主控接收机单元提供所有接收机单元的工作时钟；所有接收机单元的同步控制电路均采用现场可编程逻辑器件FPGA，所有接收机单元(包括主控接收机单元)同步控制器的EN端口与主控接收机单元的USB控制器的SYN_EN相连接，使能信号EN由主控接收机单元的USB控制器产生。本技术的原理是，将单极子交叉环接收天线与高频雷达数字相干接收机组成一个接收机单元，采用USB总线和USB集线器将多个接收机单元并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其他接收机单元为扩展接收机单元，主控接收机单元对扩展接收机单元进行时序控制，且所有接收机单元的工作时钟由主控接收机单元的时钟源提供，主控接收机单元为扩展接收机单元提供雷达的发射信号及本振信号，各个扩展接收机单元的本振信号由主控接收机单元的频率源统一提供，在主控接收机单元的控制下完成雷达回波数据的采集及传输。本技术在原有的高频雷达接收机的基础上，将主控接收机单元的时钟驱动电路的输出与各扩展接收机的时钟输入端连接，该时钟驱动芯片CDCVF25081采用了锁相环技术，最多可驱动8路时钟信号输出，且使得各路输出信号能够保证严格的相位一致性。本技术的雷达接收机的同步控制器采用了现场可编程逻辑器件FPGA完成对所有模块的控制，当同步控制的参数下载到同步控制器中，通过使能信号EN使得同步控制器开始工作，该使能信号由主控接收机的USB控制器产生，通过这种方法，使得所有同步控制信号均由同一时钟产生，且由同一使能控制信号触发工作。雷达的发射信号由主控雷达接收机产生，在雷达回波信号解调过程所需要的本振信号，有主控雷达的本振信号源提供，经功率分配器输出后连接到各个接收机的本振信号输入端，即所有接收机单元的工作信号均由主控雷达提供，从而保持雷达的相干特性。本技术具有下列优点和积极效果①利用全相参雷达接收机的工作原理，对原有的三通道雷达接收机的电路作一些相应的改进，即在各个接收机单元中，增加了时钟驱动电路和使能信号控制输入输出端口，则可以实现雷达接收机的通道扩展，且能够保证各个雷达接收机的通道一致性，解决了单极子交叉环的有限的接收通道的限制，增加了雷达接收天线的孔径，提高了雷达的工作性能。②节省了开发成本，各台雷达系统即可以单独工作，也可以组成多通道雷达接收机系统。在各个接收机单元中的增加的时钟驱动电路，单台接收机单元独立工作时由接收机本身的时钟源提供工作时钟，当进行通道扩展时，所有接收机单元的工作时钟由主控接收机的时钟源提供。通过选通开关实现对时钟输入的选择，该设计具有较大的灵活性。附图说明图1是本技术实施例的高频雷达接收机的通道扩展的框图。其中，主控接收机单元(雷达主机)1，扩展接收机单元2、3，接收天线4、5、6，USB集线器8，PC主机9，接受机本振信号U1，接收机时序控制信号U2，接收机时钟源信号U3。图2是图1中主控接收机单元(雷达主机)1中的时钟驱动电路框图。其中，时钟驱动电路7，接收机时钟源10，单刀双掷开关13、16、19。图3是图1中主控接收机单元(雷达主机)1中的通道扩展的同步控制器连接电路图。其中，参数传送模块20，分频模块21，主程序工作模块22，从属各接受机单元的同步控制器23。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术做进一步的详细说明。本技术利用全相参雷达的工作原理，通过对雷达接收机的通道扩展实现单极子交叉环接收天线阵列，达到提高雷达工作性能的目的，同时该技术设计具有灵活性，具有低成本，易实现的特点。1、本技术的工作原理全相参雷达接收机的设计由于高频地波雷达用于海洋环境监测，分析和处理的是海浪回波的相位信息，采用了相干脉冲多普勒雷达的技术方案，发射信号和相干检波本振信号具有相同的基准相位，他们都必须由同一频率信号源提供，而且同步控制器用此信号源产生出雷达系统所需要的所有时序控制信号，雷达系统要求同步控制器电路本身应具有很高的准确性，稳定性和可靠性。在高频雷达系统中采用了现场可编程逻辑阵列(FPGA)作为同步控制器的硬件平台，可较好的满足实时准确的同步控制要求，而且能够集成其余通道控制和数据传输等功能。本雷达系统采用的是线形调频中断连续波(FMICW)体制，FMICW是现代雷达广泛使用的脉冲压缩体制，能够获得满意的速度分辨率和距离分辨率，而且采用脉冲门控调制，能够使得发射和接收之间达到有效的隔离，且实现收发共站，因此为了防止接收机因输入很强的发射信号而过载，必须对雷达接收机的工作时序进行严格的控制，在多通道扩展中，为了保证各个雷达接收机一致性，所有的时序必须保持严格的一致性，保持所有工作模块的相干性。2、通道扩展的同步控制的实现本技术中的多通道的扩展是利用现有的三通道雷达接收机的基础上作相应的改进完成的，每个三通道雷达接收机作为一个接收机单元，则扩展后的雷达通道数目为六通道本文档来自技高网...

【技术保护点】
通道可扩展的全相参雷达接收机，其特征在于：包括多个单极子交叉环接收天线与高频雷达数字相干接收机组成的接收机单元，采用ＵＳＢ集线器将多个接收机单元并联连接起来，其中一个接收机单元为主控接收机单元，其他接收机单元为扩展接收机单元，ＵＳＢ集线器与ＰＣ机相连；　　　　主控接收机单元的时钟驱动电路的输出端与各扩展接收机单元的时钟输入端口连接，由主控接收机单元提供所有接收机单元的工作时钟；　　　　所有接收机单元的同步控制电路均采用现场可编程逻辑器件ＦＰＧＡ，所有接收机单元同步控制器的ＥＮ端口与主控接收机单元的ＵＳＢ控制器的ＳＹＮ＿ＥＮ相连接，使能信号ＥＮ由主控接收机单元的ＵＳＢ控制器产生。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：文必洋，沈伟，杨静，吴世才，周浩，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：实用新型
国别省市：83[中国|武汉]