基于漏波天线的微波光子雷达系统及目标物体检测方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于漏波天线的微波光子雷达系统及目标物体检测方法，雷达系统包括信号发射模组、信号接收模组以及数字处理器，信号发射模组包括光学调制器、相干光子混频器、第一滤波放大器以及漏波发射天线，光学调制器应用射频正弦信号对连续激光信号进行调制，相干光子混频器对微波光子信号进行混频后的信号输出，第一滤波器放大器获取超高频的漏波发射信号并输出至漏波发射天线；该信号接收模组包括漏波接收天线、第二滤波放大器、混频器以及第三滤波放大器，第二滤波放大器将漏波接收天线所接收到的信号进行超高频滤波放大后形成漏波接收信号并输出至混频器。本发明专利技术还提供利用上述系统实现的方法。本发明专利技术能够提高对目标物体检测的准确性。标物体检测的准确性。标物体检测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于漏波天线的微波光子雷达系统及目标物体检测方法


[0001]本专利技术涉及雷达系统的
，具体地说，是涉及一种基于漏波天线的微波光子雷达系统以及应用该系统的目标物体检测方法。

技术介绍

[0002]随着5G通信技术的发展，通过利用更宽的射频带宽、更高的频谱效率和较小的扇区覆盖，5G通信网络的移动数据流量可以实现千倍的增长。特别是毫米波段(例如26GHz频段)，其大约有8 GHz的大带宽被视为5G应用的赋能器。为了降低自由空间高路径损耗，需要具有波束控制能力的定向天线和多波束天线；工作在毫米波的漏波天线可通过频率扫描实现波束控制，也可产生多个波束。此外，漏波天线只需要一个射频馈电端口，不需要额外的控制信号，并且具备良好的定向性和高辐射效率。
[0003]由于在通信过程中，用户所使用的终端设备往往是移动的，因此需要对移动终端进行定位和识别，以实现毫米波通信的移动接入。这引起了人们对毫米波波达方向(DoA，direction
‑
of
‑
arrival)估计的兴趣，以实现移动终端的定位和天线波束控制。基站和移动终端之间的高增益链路可以通过将漏波天线的波束定位识别指向用户来实现。然而，现有的方法需要大量的后续处理算法，这会增大定位和识别而造成的延迟。相控阵用于定位和识别RFID标签，但由于多径效应会导致不可靠的虚假结果，为了避免这样的问题，需要专用的后续处理算法，然而这会增加延迟和估计时间。
[0004]漏波天线是在导向结构中实现的行波天线，这些天线可以产生由频率决定角度的辐射波束，其方向性受结构本身大小的限制，因此，可以通过向天线馈送多波段信号使它们具有固有的多波束辐射能力。与相控阵不同，漏波天线不需要任何复杂的馈电网络，只需一个输入端口即可实现，这种简单性使其对高频和大规模应用部署具有极大的吸引力。当漏波天线在适当的区域运行时，会辐射一个导频快波，同时沿导频结构传播。导频快波的相位常数控制辐射角，波的衰减常数决定效率。
[0005]参见图1，漏波天线发射的不同频率的毫米波形成的波瓣的方向不同，例如，频率为24 GHz的毫米波的波瓣如图1中标号1所示，其中心角度大约为
‑
29.5
°
，频率为28GHz的毫米波的波瓣如图1中标号2所示，其中心角度大约为
‑2°
，频率为33 GHz的毫米波的波瓣如图1中标号3所示，其中心角度大约为18
°
。基于漏波天线的这一特性，通过漏波天线发射不同频率的毫米波信号，通过检测目标物体反射回来的信号的频率，可以大致估算出目标物体相对于漏波天线的方位。
[0006]另一方面，随着雷达技术的发展，调频连续波(FMCW)雷达系统成为新兴的雷达系统，该雷达系统是基于调频连续波技术实现。调频连续波雷达系统使用扫频信号实现精确测距，并能够避免短的高能脉冲。周期性的调频连续波信号可以通过比较发射和接收信号的瞬时射频来确定目标物体的飞行时间，例如确定飞机等物体的飞行时间，从而确定目标物体相对于雷达系统的距离。
[0007]因此，将漏波天线应用到调频连续波雷达系统中，将能够提高对移动的目标物体，
例如飞机等目标物体的检测，尤其是可以检测出目标物体的飞行速度、方向等。但是，如何将漏波天线结合到调频连续波雷达系统，尤其是如何对雷达系统进行改进，这是需要函待解决的问题。

技术实现思路

[0008]本专利技术的第一目的是提供一种能够精确对目标物体进行检测的基于漏波天线的微波光子雷达系统。
[0009]本专利技术的第二目的是提供一种应用上述基于漏波天线的微波光子雷达系统对目标物体进行检测的方法。
[0010]为实现上述的第一目的，本专利技术提供的基于漏波天线的微波光子雷达系统包括信号发射模组、信号接收模组以及数字处理器，该信号发射模组包括光学调制器、相干光子混频器、第一滤波放大器以及漏波发射天线，光学调制器应用射频正弦信号对连续激光信号进行调制，获得多个具有不同频率的微波光子信号，相干光子混频器对二个以上的微波光子信号进行混频后的信号输出至第一滤波放大器，第一滤波器放大器获取超高频的漏波发射信号并输出至漏波发射天线；该信号接收模组包括漏波接收天线、第二滤波放大器、混频器以及第三滤波放大器，第二滤波放大器将漏波接收天线所接收到的信号进行超高频滤波放大后形成漏波接收信号并输出至混频器，混频器将漏波接收信号与相干光子混频器输出的信号进行混频，第三滤波放大器对混频器输出的信号进行低频滤波并放大后输出至数字处理器。
[0011]由上述方案可见，通过相干光子混频器对微波光子信号进行混频形成不同频率的信号，这些不同频率的信号经过滤波放大后由漏波发射天线发出，从而形成不同频率的漏波发射信号。另一方面，漏波接收天线也可以接收由目标物体反射回来的漏波接收信号，漏波接收信号经过滤波放大后与相干光子混频器输出的信号进行混频，从而获得低频信号，该低频信号就是漏波发射信号与漏波接收信号之间的频率差，通过该频率差并结合多普勒效应可以计算出目标物体的移动速度。本专利技术通过将漏波天线的技术结合到雷达系统中，使得雷达系统能够更加精确的检测出目标物体的移动方向、移动速度。
[0012]一个优选的方案是，信号发射模组还包括多个光学滤波器，每一光学滤波器对一个微波光子信号进行滤波。
[0013]由此可见，每一个光学滤波器可以单独的对一个微波光子信号进行滤波，使得多个微波光子信号的滤波不会受到其他信号的干扰，提升漏波发射天线所发射的漏波发射信号的频率精确性。
[0014]进一步的方案是，光学滤波器、相干光子混频器、第一滤波放大器、漏波发射天线以及信号接收模组集成于一个漏波天线模组中。
[0015]可见，将多个模块集成在一个漏波天线模组中，可以减少雷达系统的体积，并且可以在雷达系统出厂时预先将多个模块集成在一个漏波天线模组，对于雷达系统后续的安装提供便利。
[0016]更进一步的方案是，光学调制器以及射频正弦信号的信号源、连续激光信号的信号源集成于调频率连续波信号源中；漏波天线模组的数量为二个以上，调频率连续波信号源向多个漏波天线模组输出微波光子信号。
[0017]由于调频率连续波信号源向多个漏波天线模组输出微波光子信号，不同的漏波天线模组可以布置在不同的位置，也就是通过多个漏波天线模组对同一目标物体进行检测，提高对目标物体检测的准确性。
[0018]更进一步的方案是，调频率连续波信号源与至少一个漏波天线模组之间通过长距离光纤通信。
[0019]这样，多个漏波天线模组可以布置在多个不同的地方，例如多个漏波天线模组可以布置在相距几公里甚至几十公里的地方，由于多个漏波天线模组有同一调频率连续波信号源提供信号源，信号源是相同的，只是各漏波天线模组的布置位置不同，因此，能够对同一目标物体进行同步的检测。
[0020]更进一步的方案是，相干光子混频器的数量为二个以上，多个相干光子混频器对不同频率的微波光子信号进行混频，且各相干光子混频器输出的信号的频率不同。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于漏波天线的微波光子雷达系统，其特征在于，包括：信号发射模组、信号接收模组以及数字处理器；所述信号发射模组包括光学调制器、相干光子混频器、第一滤波放大器以及漏波发射天线，所述光学调制器应用射频正弦信号对连续激光信号进行调制，获得多个具有不同频率的微波光子信号，所述相干光子混频器对二个以上的所述微波光子信号进行混频后的信号输出至所述第一滤波放大器，所述第一滤波器放大器获取超高频的漏波发射信号并输出至所述漏波发射天线；所述信号接收模组包括漏波接收天线、第二滤波放大器、混频器以及第三滤波放大器，所述第二滤波放大器将所述漏波接收天线所接收到的信号进行超高频滤波放大后形成漏波接收信号并输出至所述混频器，所述混频器将所述漏波接收信号与所述相干光子混频器输出的信号进行混频，所述第三滤波放大器对所述混频器输出的信号进行低频滤波并放大后输出至所述数字处理器。2.根据权利要求1所述的基于漏波天线的微波光子雷达系统，其特征在于：所述信号发射模组还包括多个光学滤波器，每一所述光学滤波器对一个所述微波光子信号进行滤波。3.根据权利要求2所述的基于漏波天线的微波光子雷达系统，其特征在于：所述光学滤波器、所述相干光子混频器、所述第一滤波放大器、所述漏波发射天线以及所述信号接收模组集成于一个漏波天线模组中。4.根据权利要求2所述的基于漏波天线的微波光子雷达系统，其特征在于：所述光学调制器以及所述射频正弦信号的信号源、所述连续激光信号的信号源集成于调频率连续波信号源中；所述漏波天线模组的数量为二个以上，所述调频率连续波信号源向多个所述漏波天线模组输出所述微波...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广，马雪洁，
申请(专利权)人：广东科学技术职业学院，
类型：发明
国别省市：