【技术实现步骤摘要】
一种无载波超宽带时控阵技术验证系统
[0001]本专利技术涉及无载波超宽带时控阵
，具体是涉及一种无载波超宽带时控阵技术验证系统。
技术介绍
[0002]目前相控阵雷达及其阵列天线技术较为成熟，相关产品和装备很多。这些技术和设备主要采用大时间带宽积的脉冲信号，单个信号的持续时间在几十到几百微秒，利用移相器实现多路信号的同相合成，达到提高增益、压缩波束宽度和控制波束指向的目的。但是，该方法和技术无法推广应用到无载波超宽带(UWB)冲激体制。UWB信号脉冲宽度只有纳秒量级，带宽达到吉赫兹，常规移相器无法覆盖如此大的带宽，而且UWB脉冲通过现有移相器后将出现严重的色散问题，导致时域波形失真，不同移相量所引起的色散严重程度不一样，即失真程度不同。因此，现有相位控制的阵列技术不适用于无载波超宽带(UWB)体制。
[0003]目前无载波超宽带(UWB)技术已经广泛应用于雷达、引信、物流、汽车、定位、反恐、应急救援、医疗等各个领域。其中，无载波超宽带时控阵技术包括：无载波超宽带雷达、超宽带无线电探测器、超宽带定位和超宽带通信等
但是，这些应用领域的终端基本都是单发单收架构，信息获取的维度少，仅能简单测距(或测时)、全向辐射通信，或粗略定向。如果要实现单站的精确目标定位，具备空域目标搜索和扫描能力，那么必须发展UWB的阵列技术。当前，UWB相关的阵列技术和系统还极少见到报道，相关试验系统、验证系统更是缺乏，由于该领域技术门槛高、设计开发难度大，UWB阵列系统的成本高昂，严重阻碍了该领域技术的探索和进步。>
技术实现思路
[0004]本专利技术解决的技术问题是：目前国内外缺少无载波超宽带(UWB)阵列模块或相关验证系统，本领域研究人员无法获取真实回波数据，无法验证各种UWB信号的处理算法，而且构建此类验证系统难度大，成本高，不具有通用性。
[0005]为解决上述问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种无载波超宽带时控阵技术验证系统，通过ps级时间控制，实现了一种可灵活配置的信号发射和接收时控阵列，具体包括：
[0007]用于实时控制和监测验证系统工作状态及执行情况的上位机，上位机搭载有监测与控制软件，
[0008]用于接收上位机的控制指令并将控制指令解析后转发的下位机中控单元，下位机中控单元运行于嵌入式处理器，下位机中控单元通过串口与监测与控制软件进行双向通信，
[0009]用于确定下位机中控单元的工作时间基准且通过SPI接口与下位机中控单元进行双向通信的时钟形成电路，
[0010]用于收发信号的超宽带天线阵，超宽带天线阵包括：数路用于发射信号的发射通
道、数路用于接收信号的接收通道，发射通道内设有第二ps级程控延迟器，接收通道内设有第三ps级步进程控延迟芯片，
[0011]与时钟形成电路电性连接的信号发射模块，信号发射模块包括：
[0012]用于实现各个发射通道的发射信号时间协调的发射时序控制电路，发射时序控制电路与时钟形成电路电性连接并接收时钟形成电路的输出信号，与发射时序控制电路电性连接并接收发射时序控制电路输出信号的多路UWB波形产生器，用于产生超宽带冲激脉冲的多路射频发射机，多路射频发射机与UWB波形产生器的电性连接并接收UWB波形产生器输出信号，多路射频发射机通过带通滤波器和射频放大器搭建，
[0013]与时钟形成电路电性连接的信号接收模块，信号接收模块包括：
[0014]用于实现各个接收通道接收信号时间协调的接收时序控制电路，接收时序控制电路与时钟形成电路电性连接并接收时钟形成电路输出信号，与接收时序控制电路电性连接并获取接收时序控制电路输出开关脉冲信号的取样保持电路，取样保持电路利用开关脉冲信号将多路射频接收机的输出转换为中频脉冲信号，与取样保持电路电性连接并输出信号至取样保持电路的多路射频接收机，用于对取样保持电路输出的中频信号进行放大并滤除带外干扰信号，并输出多通道中频信号的中频滤波放大电路，中频滤波放大电路与取样保持电路电性连接并接收取样保持电路输出信号，用于对多通道中频信号进行叠加合成，形成一路合成中频信号的中频回波合成电路，中频回波合成电路与中频滤波放大电路电性连接，
[0015]用于实现超宽带天线阵复用且与超宽带天线阵电性连接的纳秒级切换的高速收发开关，高速收发开关与信号发射模块、信号接收模块电性连接，多路射频发射机将输出的多路UWB发射信号传输至高速收发开关，多路射频发射机与高速收发开关电性连接，
[0016]高速收发开关将接收到的多路UWB发射信号输出至超宽带天线阵，并通过超宽带天线阵发射，
[0017]超宽带天线阵将接收信号输出至高速收发开关，高速收发开关将接收到的信号输入至多路射频接收机，多路射频接收机与高速收发开关电性连接，
[0018]其中，下位机中控单元通过控制信号对时钟形成电路、发射时序控制电路、接收时序控制电路、高速收发开关进行单向控制。
[0019]上述验证系统中，无载波超宽带时控阵技术包括无载波超宽带雷达、超宽带无线电探测器、超宽带定位和超宽带通信等技术。
[0020]上述验证系统中，上位机搭载的监测与控制软件控制发射波束、接收波束的指向，控制发射波束、接收波束的波束扫描步进和扫描范围，并监测验证系统的工作状态和指令执行情况。
[0021]其中，发射波束是所有发射通道的信号通过天线辐射出去后，在空间多路信号彼此矢量叠加合成得到的。合成得到的发射波束具有一定的形状，通常把空间合成信号的强度大小随角度变化的曲线描绘出来，就是发射波束的形状。
[0022]接收波束是通过空间多路信号彼此矢量叠加合成得到的，接收波束表现为某些方向接收信号大，某些方向信号弱，这种强弱变化就是接收波束的空间形状。
[0023]上述验证系统中，时钟形成电路输出的时钟信号通过分配网络提供给多路射频接收机、多路射频发射机、高速收发开关、下位机中控单元，上述部件根据时钟信号协调工作，
保证对信号的正常接收和发射。
[0024]上述验证系统中，多路射频发射机实现超宽带冲激脉冲的产生，同时实现对各通道超宽带冲激脉冲信号的功率放大，以及发射脉冲的滤波和波形控制。
[0025]上述验证系统中，多路射频接收机包括低噪声放大器、带通滤波器、取样保持电路、中频滤波放大电路，多路射频接收机将UWB窄脉冲转换为中频脉冲信号，且脉冲宽度展宽，方便后续的信号采集、存储和数据观测。
[0026]中频回波合成电路通过对不同扫描角时中频合成回波的采集分析，可判决是否有目标，以及目标的准确空间位置。
[0027]进一步地，ps级表示时延步进不大于10ps。
[0028]进一步地，时钟形成电路包括：时钟电路、与时钟电路输出端电性连接的第一时钟分配器、与第一时钟分配器输出端电性连接的ps级程控延迟器、与ps级程控延迟器输出端电性连接的第二时钟分配器，其中，时钟电路由自激振荡器、与自激振荡器电性输出端电性连接的时钟整形电路搭建而成。
[0029本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无载波超宽带时控阵技术验证系统，其特征在于，通过ps级时间控制，实现了一种可灵活配置的信号发射和接收时控阵列，具体包括：用于实时控制和监测验证系统工作状态及执行情况的上位机，所述上位机搭载有监测与控制软件，用于接收所述上位机的控制指令并将控制指令解析后转发的下位机中控单元，所述下位机中控单元运行于嵌入式处理器，下位机中控单元通过串口与所述监测与控制软件进行双向通信，用于确定所述下位机中控单元的工作时间基准且通过SPI接口与下位机中控单元进行双向通信的时钟形成电路，用于收发信号的超宽带天线阵，所述超宽带天线阵包括：数路用于发射信号的发射通道、数路用于接收信号的接收通道，所述发射通道内设有第二ps级程控延迟器，所述接收通道内设有第三ps级步进程控延迟芯片，与所述时钟形成电路电性连接的信号发射模块，所述信号发射模块包括：用于实现各个所述发射通道的发射信号时间协调的发射时序控制电路，所述发射时序控制电路与所述时钟形成电路电性连接并接收时钟形成电路的输出信号，与所述发射时序控制电路电性连接并接收发射时序控制电路输出信号的多路UWB波形产生器，用于产生超宽带冲激脉冲的多路射频发射机，所述多路射频发射机与所述UWB波形产生器电性连接并接收UWB波形产生器的输出信号，所述多路射频发射机通过带通滤波器和射频放大器搭建，与所述时钟形成电路电性连接的信号接收模块，所述信号接收模块包括：用于实现各个所述接收通道接收信号时间协调的接收时序控制电路，所述接收时序控制电路与所述时钟形成电路电性连接并接收时钟形成电路输出信号，与所述接收时序控制电路电性连接并获取接收时序控制电路输出开关脉冲信号的取样保持电路，所述取样保持电路利用开关脉冲信号将多路射频接收机的输出转换为中频脉冲信号，与所述取样保持电路电性连接并输出信号至取样保持电路的多路射频接收机，用于对所述取样保持电路输出的中频信号进行放大并滤除带外干扰信号，并输出多通道中频信号的中频滤波放大电路，所述中频滤波放大电路与取样保持电路电性连接并接收取样保持电路输出信号，用于对所述多通道中频信号进行叠加合成，形成一路合成中频信号的中频回波合成电路，所述中频回波合成电路与中频滤波放大电路电性连接，用于实现所述超宽带天线阵复用且与所述超宽带天线阵电性连接的纳秒级切换的高速收发开关，所述高速收发开关与所述信号发射模块、所述信号接收模块电性连接，所述多路射频发射机将输出的多路UWB发射信号传输至所述高速收发开关，多路射频发射机与高速收发开关电性连接，所述高速收发开关将接收到的多路UWB发射信号输出至所述超宽带天线阵，并通过超宽带天线阵发射，所述超宽带天线阵将接收信号输...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕波，王全民，
申请(专利权)人：北京宏动科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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