一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达制造技术

本发明专利技术涉及一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达，包括天线单元、波束收发控制单元和波束收发控制单元；天线单元在发射时，将馈入的4通道的信号F1和4通道的信号F2向空间辐射成两两交叠呈4组交叠合成波束；在接收时，分别接收4组交叠合成波束回波信号，馈出4通道的信号F1回波信号和4通道的信号F2回波信号；波束收发控制单元用于控制天线单元馈入信号时序，以形成4组交叠合成波束；控制天线单元馈出信号时序，接收4组交叠合成波束的回波信号；测速处理单元用于提取4组交叠合成波束的交叠区域的多普勒频移，对飞行器进行速度测量。本发明专利技术的多普勒频谱宽度相比于普通的四波束雷达窄20％－25％，从而提高频谱纯度，大大提高测速精度。提高测速精度。提高测速精度。

【技术实现步骤摘要】
一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达


[0001]本专利技术涉及雷达
，尤其涉及一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达。

技术介绍

[0002]多普勒雷达能自动、连续、精确地测量无人机等飞行载体的速度矢量信息，其工作不受地理和气象条件的限制，它的测速精度在全航程相同。普通的多普勒雷达的测速精度只能够满足民用飞机使用，对测速精度要求非常高的飞行载体，难以满足。影响多普勒测速雷达精度的主要因素有两个方面：1)地面散射系数的非均匀性；2)天线波束宽度不够窄，反映在多普勒频移上是一段带宽的频谱。
[0003]在雷达天线尺寸和波束角一定的情况下，现有技术一般根据当前飞行区域的散射特性，施加校正因子，实时修正多普勒雷达的测速误差提高多普勒雷达的测速精度。但该方法需要大量的各种地形地貌的飞行数据来建立目标杂波模型库。现有多普勒雷达利用四个倾斜波束的指向角来解算速度对回波的指向角精度要求极高，但由于天线口面有限，波束照射到地面是一个区域，雷达接收的是有一定带宽的频谱，依靠算法修正重心导致误差较大。

技术实现思路

[0004]鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达，用以解决现有多普勒测速雷达精度较差的问题。
[0005]本专利技术提供的技术方案是：
[0006]本专利技术公开了一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达，包括天线单元、波束收发控制单元和波束收发控制单元；
[0007]所述天线单元为收发共用天线，在发射时，将馈入的4通道的信号F1向空间辐射呈中心对称的X型4个雷达波束；将馈入的4通道的信号F2向空间辐射呈中心对称的X型4个雷达波束；信号F1的4个雷达波束和信号F2的4个雷达波束两两交叠呈4组交叠合成波束；在接收时，分别接收4组交叠合成波束的回波信号，馈出4通道的信号F1回波信号和4通道的信号F2回波信号；
[0008]波束收发控制单元，用于控制天线单元馈入信号的时序，以形成4组交叠合成波束；控制天线单元馈出信号的时序，接收4组交叠合成波束的回波信号；
[0009]测速处理单元，用于提取4组交叠合成波束的交叠区域的多普勒频移，对飞行器进行速度测量。
[0010]进一步地，所述天线单元包括辐射阵面子单元和馈电子单元；
[0011]所述辐射阵面子单元包括N根平行且均匀排列的辐射波导；
[0012]所述馈电子单元包括结构相同的第一、第二、第三和第四馈电波导；
[0013]所述辐射波导和馈电波导均为矩形波导；其中，第一和第三馈电波导罗列放置于
辐射阵面子单元的左侧，向每根辐射波导的左侧输入端馈电；第二和第四馈电波导罗列放置于辐射阵面子单元的右侧，向每根辐射波导的右侧输入端馈电；
[0014]每根馈电波导的两端均为馈电端口，两两罗列放置的4根馈电波导中上层的第一馈电波导和第二馈电波导的两端均馈入信号F1或馈出信号F1的回波信号；两两罗列放置的4根馈电波导中下层的第三馈电波导和第四馈电波导的两端均馈入信号F2或馈出信号F2的回波信号。
[0015]进一步地，所述每根辐射波导包括位于左、右两端的喇叭段和中间的辐射段；其中，左、右两端的喇叭段宽端将分别位于辐射波导左端的第一、第三馈电波导和右端的第二和第四馈电波导容纳其中；喇叭段窄端连接辐射段；所述喇叭段用于实现信号从馈电波导向辐射段的过渡；所述辐射段用于辐射信号。
[0016]进一步地，所述辐射波导的辐射段为窄边开缝的行波缝隙辐射波导；在波导的窄边上设置多个相同长度、宽度的带有交错倾角的窄边裂缝，每两个相邻窄边裂缝的间隔均相同，且窄边裂缝相对辐射波导的中心线呈两边对称分布；
[0017]所述第一、第二、第三和第四馈电波导朝向辐射段的波导短边侧壁上开有N个窄边裂缝，通过所述窄边裂缝与发辐射波导阵列进行电磁信号的传输。
[0018]进一步地，所述天线单元向外辐射的一组交叠合成波束在方向图X向的偏转角在方向图Y向的偏转角其中，i＝1或2，λ1、λ2为信号F1、F2在自由空间内的信号波长，λ
1g
、λ
2g
为信号F1、F2在波导内的导内波长；d1为辐射波导上相邻两个窄边裂缝中心的间距；d2为馈电波导上相邻两个窄边裂缝中心的间距；通过控制信号F1、F2的频率，控制信号F1、F2在方向图X、Y向的偏转角，从而控制交叠合成波束的交叠程度。
[0019]进一步地，所述辐射波导上的窄边裂缝对波导耦合函数的幅度分布函数为其中，E(x)为幅度分布函数，P(x)为通过波导的功率，x是相对于天线半个长度归一化了的值；P(0)＝P0；；φ(+1)＝[P(+1)
‑
P0]/[P(+1)+P0]。
[0020]进一步地，所述第一、第二、第三和第四馈电波导的每个端口都包括波导隔离器；
[0021]第一和第二馈电波导中的4个端口中1个端口为入射时，其3个端口的隔离器起到反向负载吸收的功能；
[0022]第三和第四馈电波导的4个端口中1个端口为入射时，其3个端口的隔离器起到反向负载吸收的功能。
[0023]进一步地，所述波束收发控制单元采用分时控制控制的方式，在某一发射控制时序，控制罗列放置的所述第一和第三馈电波导或第二和第四馈电波导同侧的端口，同时馈入信号F1、F2，通过辐射阵面子单元向空间辐射形成一组交叠合成波束；在发射控制时序后的接收控制时序，接收所述交叠合成波束的回波信号，从该侧的端口馈出信号F1回波信号和信号F2回波信号。
[0024]进一步地，波束收发控制单元控制4组交叠合成波束的照射顺序为随机照射，用于克服同频干扰。
[0025]进一步地，测速处理单元根据交叠区域的多普勒频移，计算飞行器的导航信息中的测速信息为：
[0026][0027]式中，为多普勒雷达测量的在载体坐标系X、Y、Z轴的速度分量；f
d1
、f
d2
、f
d3
、f
d4
分别为4波束的相对信号F1的多普勒频移；γ0为每个波束中心线与飞行器载体坐标系X轴的夹角；δ0为波束线在相应平面上的投影与载体坐标系Y轴的夹角；λ为雷达发射信号F1的波长。
[0028]本专利技术的利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达，通过接收四个回波的交叠波束，多普勒频谱宽度相比于普通的四波束雷达要窄20％－25％，从而提高频谱纯度，大大提高测速的精度。
[0029]本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
[0030]附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0031]图1为本专利技术实施例中的多普勒雷达组成框图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用交叠合成波束进行测速的多普勒雷达，其特征在于，包括天线单元、波束收发控制单元和波束收发控制单元；所述天线单元为收发共用天线，在发射时，将馈入的4通道的信号F1向空间辐射呈中心对称的X型4个雷达波束；将馈入的4通道的信号F2向空间辐射呈中心对称的X型4个雷达波束；信号F1的4个雷达波束和信号F2的4个雷达波束两两交叠呈4组交叠合成波束；在接收时，分别接收4组交叠合成波束的回波信号，馈出4通道的信号F1回波信号和4通道的信号F2回波信号；波束收发控制单元，用于控制天线单元馈入信号的时序，以形成4组交叠合成波束；控制天线单元馈出信号的时序，接收4组交叠合成波束的回波信号；测速处理单元，用于提取4组交叠合成波束的交叠区域的多普勒频移，对飞行器进行速度测量。2.根据权利要求1所述的多普勒雷达，其特征在于，所述天线单元包括辐射阵面子单元和馈电子单元；所述辐射阵面子单元包括N根平行且均匀排列的辐射波导；所述馈电子单元包括结构相同的第一、第二、第三和第四馈电波导；所述辐射波导和馈电波导均为矩形波导；其中，第一和第三馈电波导罗列放置于辐射阵面子单元的左侧，向每根辐射波导的左侧输入端馈电；第二和第四馈电波导罗列放置于辐射阵面子单元的右侧，向每根辐射波导的右侧输入端馈电；每根馈电波导的两端均为馈电端口，两两罗列放置的4根馈电波导中上层的第一馈电波导和第二馈电波导的两端均馈入信号F1或馈出信号F1的回波信号；两两罗列放置的4根馈电波导中下层的第三馈电波导和第四馈电波导的两端均馈入信号F2或馈出信号F2的回波信号。3.根据权利要求1所述的多普勒雷达，其特征在于，所述每根辐射波导包括位于左、右两端的喇叭段和中间的辐射段；其中，左、右两端的喇叭段宽端将分别位于辐射波导左端的第一、第三馈电波导和右端的第二和第四馈电波导容纳其中；喇叭段窄端连接辐射段；所述喇叭段用于实现信号从馈电波导向辐射段的过渡；所述辐射段用于辐射信号。4.根据权利要求3所述的多普勒雷达，其特征在于，所述辐射波导的辐射段为窄边开缝的行波缝隙辐射波导；在波导的窄边上设置多个相同长度、宽度的带有交错倾角的窄边裂缝，每两个相邻窄边裂缝的间隔均相同，且窄边裂缝相对辐射波导的中心线呈两边对称分布；所述第一、第二、第三和第四馈电波导朝向辐射段的波导短边侧壁上开有N个窄边裂缝，通过所述窄边裂缝与发辐射波导阵列进行电磁信号的传输。5.根据权利要求3所述的多普勒雷达，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾兴豪，邓广宁，刘利杰，孙铭芳，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：