一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统技术方案

本发明专利技术提供一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统。该雷达系统包括依次级联的天线、耦合馈线网络、信道模块以及信号处理模块；其中天线分为N个天线通道；信道模块包含校正单元、频综组件和M个TR组件；每个TR组件含有N/M个与天线通道对接的射频接口，并通过功分合成网络与频综组件对接；信号处理模块基于M个TR组件子阵合成得到的信号，经过数字化处理，再进行幅相加权完成DBF处理，最终获得雷达目标信息。本发明专利技术提出了一种新的低空超低空雷达架构，可有效减少ADC的个数，从而实现整个雷达系统的低成本；同时实时校准网络基于耦合器实现，提高了系统的稳定性，降低了校正成本，且因耦合器特性随温度变化小，校正效果更好。校正效果更好。校正效果更好。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统


[0001]本专利技术涉及一种应用于低空防御的雷达系统，具体涉及一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统。

技术介绍

[0002]早期的雷达系统是采用搜索雷达与测高雷达配合，从而测出空中目标的3个坐标(方位角、高低角和距离)。这种雷达主要采用机械式旋转天线，搜索空域的仰角范围为5
°
～45
°
。随着探测技术的不断变化，两坐标雷达已不能完全满足需要。
[0003]伴随着发射机技术和信号处理技术的不断发展，特别是各种电扫技术或机电扫描结合技术的日益成熟和小型化，低空近程防空系统用于目标指示的搜索雷达已由两坐标向三坐标发展。三坐标雷达的搜索空域范围可扩大到60
°
～80
°
，对超低空目标和悬停直升机的探测技术也有极大的进步，仰角上采用多波束扫描方式。
[0004]采用数字波束形成处理(Digital Beam Forming，DBF)技术的雷达一般也称相控阵雷达，这种应用多波束技术的三坐标雷达数据率高，天线增益大，作用距离远，抗干扰性能好。但馈源、收发设备数量大，且至少要求各信号之间的幅度(或相位)平衡好，否则将引起测量误差。为了有效实现DBF处理，通常需要对雷达各个物理通道进行幅度和相位的校正，通过校正，保证雷达各个通道的幅度和相位一致。
[0005]目前绝大部分相控阵三坐标雷达均使用在远程预警上，且动辄上万个阵元、上千个接收通道，成本非常高，实时校准网络也异常复杂。
专利技术内容
[0006]本专利技术的目的是：提供一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，具有低成本、多波束相控阵雷达架构，以及低成本、简单的实时校准网络。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0008]一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，包括依次级联的天线、耦合馈线网络、信道模块以及信号处理模块；
[0009]所述天线分为N个天线通道；
[0010]所述信道模块包含校正单元、频综组件和M个TR组件；其中：
[0011]所述TR组件含有N/M个与天线通道对接的射频接口，并通过功分合成网络与频综组件对接；所述功分合成网络中设置有收发开关，用于切换工作状态实现TR组件收发分时工作；
[0012]所述频综组件用于产生中频发射信号、中频发射信号时脉冲信号以及TR组件需要的上下变频的本振信号；
[0013]所述校正单元用于根据所述收发开关的切换状态分别实现对接收通道、发射通道的校正；
[0014]所述耦合馈线网络对接信号到所述信道模块中的TR组件，同时将信号馈入所述信
道模块中的校正单元实现对TR组件发射和接收通道的实时校正；
[0015]所述信号处理模块基于M个TR组件子阵合成得到的信号，经过数字化处理，再进行幅相加权完成DBF处理，最终获得雷达目标信息。
[0016]基于以上技术方案，本专利技术还可进一步作如下优化或具体选择：
[0017]可选地，所述校正单元是采用射频耦合器将校正信号耦合到TR发射通道/TR接收通道上。
[0018]可选地，每个天线通道由多个缝隙天线单元组成；例如每个天线通道由12个缝隙天线单元组成。
[0019]可选地，所述天线通道共由64个，所述TR组件共有16个；每个TR组件接收4路天线通道信号，并对信号进行放大、滤波、混频、滤波、功率合成为1路，实现子阵合成的功能；相应地，每个TR组件接收来自频综组件的1路中频信号，然后功分到4路发射通道，经过4路发射通道的放大、上变频、滤波、功放后输出4路射频信号给对应的天线通道。
[0020]可选地，对于校正单元，所述耦合馈线网络共有4个；当需要校正TR组件的接收通道时，校正单元发射校正信号，校正信号通过1
‑
4功分器耦合到4个耦合馈线网络，每个耦合馈线网络再将校正信号耦合到16个信号通道，从而校正信号共耦合到64个TR接收通道。
[0021]可选地，所述信号处理模块包括依次级联的ADC单元、FPGA以及DSP；所述ADC单元用于实现中频信号的数字化和校正接收中频信号的数字化，所述FPGA用于产生雷达时序控制信号、雷达波控信号、接收ADC单元输出的数据并对基带数据进行抽取、滤波以及DBF处理；所述DSP执行运算形成雷达目标描述字。
[0022]可选地，所述FPGA中设置有波控电路以产生所述雷达波控信号；具体是根据波束指向，实时计算生成不同波束指向的加权系数，从而动态变换波束指向，实现接收多波束跟踪的功能。
[0023]可选地，所述DSP具体是通过对大回波数据进行脉冲缩、MTD/MTI、判决以及CFAR运算，最终得出雷达目标描述字。
[0024]可选地，所述频综组件还用于产生信号处理模块内部ADC采样时钟的参考时钟，以保障整个系统同源并相参，为做DBF处理提供前提条件。
[0025]可选地，该雷达系统采用的是方位向机械扫描、俯仰方向电控扫描的方式，俯仰方向接收采用DBF技术，形成多波束。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0027]1、目前雷达硬件系统中最昂贵的器件/模块是功放ADC，本专利技术针对低慢小目标探测需求，提出了一种新的低空超低空雷达架构，即采用先子阵合成、再DBF处理的方式，可有效减少ADC的个数，从而实现整个雷达系统的低成本。
[0028]2、本专利技术巧妙将射频耦合器应用于校正网络，取代常规校正网络中的开关器件。首先，耦合器耦合主通道的部分能量，在硬件上不影响从TR到天线的主通道的衰减特性，可降低到天线的衰减，提高系统的发射功率；其次，由于射频耦合器为无源器件，开关为有源器件且需要驱动电路，采用耦合器的校正网络，可大大提高系统的稳定性，降低雷达系统的校正成本；同时，耦合器特性随温度变化小，开关随温度变化大，因此使用耦合器校正的效果也比使用开关来校正的效果好。
[0029]3、本专利技术可在雷达运行过程中利用碎片时间，实时对雷达校正，以防止因温度、机
械应力等因素造成的不同时间的通道特性发生变化对DBF处理带来的影响。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术的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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0031]本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供本领域技术人员了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件。
[0032]图1为本专利技术一个实施例的示意图。
[0033]图2为本专利技术一个实施例4子阵合成16通道DBF设计原理图。
[0034]图3为传统方案的基于开关实现的校正网络示意图。
[0035]图4为本专利技术一个实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，其特征在于，包括依次级联的天线、耦合馈线网络、信道模块以及信号处理模块；所述天线分为N个天线通道；所述信道模块包含校正单元、频综组件和M个TR组件；其中：所述TR组件含有N/M个与天线通道对接的射频接口，并通过功分合成网络与频综组件对接；所述功分合成网络中设置有收发开关，用于切换工作状态实现TR组件收发分时工作；所述频综组件用于产生中频发射信号、中频发射信号时脉冲信号以及TR组件需要的上下变频的本振信号；所述校正单元用于根据所述收发开关的切换状态分别实现对接收通道、发射通道的校正；所述耦合馈线网络对接信号到所述信道模块中的TR组件，同时将信号馈入所述信道模块中的校正单元实现对TR组件发射和接收通道的实时校正；所述信号处理模块基于M个TR组件子阵合成得到的信号，经过数字化处理，再进行幅相加权完成DBF处理，最终获得雷达目标信息。2.根据权利要求1所述的一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，其特征在于，所述校正单元是采用射频耦合器将校正信号耦合到TR发射通道/TR接收通道上。3.根据权利要求1所述的一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，其特征在于，每个天线通道由多个缝隙天线单元组成。4.根据权利要求1所述的一种应用于低慢小目标探测的三坐标雷达系统，其特征在于，所述天线通道共由64个，所述TR组件共有16个；每个TR组件接收4路天线通道信号，并对信号进行放大、滤波、混频、滤波、功率合成为1路，实现子阵合成的功能；相应地，每个TR组件接收来自频综组件的1路中频信号，然后功分到4路发射通道，经过4路发射通道的放大、上变频、滤波、功放后输出4路射频信号给对应的天线通道。5.根据权利要求4所述的一种应用于低慢小目...

【专利技术属性】
技术研发人员：余华章，刘娟，刘宗是，
申请(专利权)人：广州辰创科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：