一种分布式有源相控阵雷达及其波束形成方法技术

本发明专利技术涉及一种分布式有源相控阵雷达及其波束形成方法，所述的收发组件阵列为数字收发组件，包括：模拟前端、功率放大器、低噪声放大器和前端数字单元，所述的分布式有源相控阵雷达还包括一中心处理器，该中心处理器采用层次化分布处理技术通过局域网与若干前端数字单元连接，用于设置所有前端数字单元的工作模式和波形数据并接收基带数据，以保证经过数字合成后的目标回波数据的可靠性，并通过时钟网络向前端数字单元发送公共时钟信号，以保证各端口的时钟信号同步；所述的若干个前端数字单元分别对应地分布在天线阵列内，且每个前端数字单元与一个收发组件配套。本发明专利技术的突出特点是具有很高灵活性、数据处理方式灵活、提高了相控阵雷达的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于实现雷达波束成形及空间扫描的相控阵雷达，特别涉及。
技术介绍
相控阵雷达问世于20世纪60年代末，主要应用于远程导弹的预警。20世纪80年代末，随着计算机、超大规模集成电路、固态微波功率放大器、数字移相器等设备与器件的日趋成熟和成本的下降，相控阵雷达技术得到快速发展，并在军事上得到广泛应用的同时，逐步扩展到民用领域。 相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达，因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式，故又称电子扫描雷达。相控阵雷达有相当密集的天线阵列，在传统雷达天线面的面积上可安装上千个相控阵天线，任何一个天线都可收发雷达波，而相邻的数个天线即具有一个雷达的功能。扫描时，选定其中一个区块(数个天线单元)或数个区块对单一目标或区域进行扫描，因此整个雷达可同时对许多目标或区域进行扫描或追踪，具有多个雷达的功能。由于一个雷达可同时针对不同方向进行扫描，再加之扫描方式为电子控制而不是机械转动，因此资料更新率大大提高，机械扫描雷达因受限于机械转动频率因而资料更新周期为秒或十秒级，电子扫描雷达则为毫秒或微秒级。因而，它更适于对付高机动目标。此外由于可发射窄波束，因而也可充当电子战雷达使用，如电磁干扰甚至是发射反相位雷达波来抵消探测电波等。相控阵雷达的显著优点包括雷达波束指向可控，改变波束指向灵活快捷，不需要机械扫描；可实现多波束、多功能，可以几乎同时发射或接收多个波束；利用分布式固态发射机，能够实现大功率孔径积和可变功率孔径积，发射功率大，作用距离远等。总的来说，相控阵雷达技术解决了波束指向快速切换和发射功率的限制，尤其适用于探测快速运动目标和多目标。相控阵雷达又分为有源(主动)和无源(被动)两类。其实，有源和无源相控阵雷达的天线阵相同，二者的主要区别在于发射/接收元素的多少。无源相控阵雷达仅有一个中央发射机和一个接收机，发射机产生的高频能量经计算机自动分配给天线阵的各个辐射器，目标反射信号经接收机统一放大(这一点与普通雷达区别不大)。有源相控阵雷达的每个辐射器都配装有一个发射/接收组件，每一个组件都能自己发射、接收电磁波，因此在频宽、信号处理和冗度设计上都比无源相控阵雷达具有较大的优势。正因为如此，也使得有源相控阵雷达的造价昂贵，工程化难度加大。下一代雷达系统在提高应用灵活性和系统性能、功能指标的同时，必须满足用户对雷达的发射功率、噪声系数、线性度等技术指标的要求。这些要求可以通过将数字电路尽量向雷达天线扩展来实现。数字技术前移对雷达的灵活控制和功能扩展起到关键作用，例如在保持高动态范围的同时实现多波束，自适应干扰抑制和多功能雷达等。数字技术前移带来的主要挑战是雷达数据处理工作大量增加，需要采用分层次、分布式的处理方法实现大量雷达数据的处理。新式雷达的主要发展趋势之一是实现数字化收发组件，单独控制相控阵雷达每个天线单元的发射信号、雷达回波信号在前端首先进行预处理，通过数据传输网络将各个单元的雷达回波信号送回中心处理器后，再进行下一步的集中处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为了实现上述专利技术目的，将数字收发组件的概念应用于相控阵雷达系统，从而提供。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案提出了一种分布式有源相控阵雷达，该分布式有源相控阵雷达包括同步与扫描控制系统、数据处理机、有源相控天线阵列和收发组件阵列，所述的数据处理机，用于生成各个天线单元的独立的发射信号波形，并接收处理回波信号；其特征在于，所述的收发组件阵列为数字收发组件，包括模拟前端、功率放 大器、低噪声放大器和前端数字单元，所述的分布式有源相控阵雷达还包括一中心处理器，该中心处理器采用层次化分布处理技术通过局域网与若干前端数字单元连接，用于设置所有前端数字单元的工作模式和波形数据并接收基带数据，以保证经过数字合成后的目标回波数据的可靠性，并通过时钟网络向前端数字单元发送公共时钟信号，以保证各端口的时钟信号同步；所述的若干个前端数字单元分别对应地分布在天线阵列内，且每个前端数字单元与一个收发组件配套；所述的前端数字单元包括数字处理芯片、接口电路、直接数字合成器DDS、模数变换器DAC、模数变换器ADC。作为上述技术方案的一种改进，所述数字收发组件的模拟前端具有收发开关和定标耦合器及开关组合，用于控制雷达信号的收发，以单独标定每个收发组件的发射机及接收机的幅频特性和相频特性，检测发射机匹配异常状态。作为上述技术方案的一种改进，所述的前端数字单元通过网口连接到网络交换机，再采用多个交换机级联的方式将所有设备连接到一起并连接到中心处理器。作为上述技术方案的一种改进，所述的前端数字单元与收发组件之间通过射频信号接口收发信号，并控制收发组件的工作，控制接口采用多路开关量和RS485异步串口。作为上述技术方案的一种改进，所述的同步与扫描控制系统中的同步脉冲单元在系统时钟驱动下，根据主机通过网络传来的脉冲重复周期等参数自动产生同步脉冲，通过分发电路送到各个前端数字单元和收发组件，以保证系统的相参性。作为上述技术方案的一种改进，所述的收发组件工作于内定标模式或工作模式；所述的内定标模式，通过对每个收发组件的发射链路及接收链路的增益和相位进行监测，以判断功率放大器、接收机、移相器的工作状态是否正常，检测结果同时用于进行单元一致性校正；所述的工作模式，经过校准的收发组件将以一定脉冲重复频率产生的发射信号，并经由移相器、功率放大后馈送到天线，天线阵列将合成波束向空间设定方向辐射；接收信号时，由天线接收到的目标回波信号经前置滤波、低噪声放大器、AGC、移相器后送至A/D端口，前端数字单元完成数字正交检波等处理后通过高速网络传回主控计算机进行后续数据处理。本专利技术还提供了一种分布式有源相控阵雷达的波束形成方法，该方法的步骤包括I)首先由数据处理机生成各个天线单元的独立的发射信号波形，发射信号波形的数据再通过主控计算机以及通讯网络下载到前端数字单元，由前端数字单元中的DDS和数模变换器DAC产生同步模拟发射信号；2)所述的同步模拟发射信 号波形再由收发组件中的功率放大器经移相器移相后强制馈电至各个天线单元，由天线阵列向空间特定方向辐射；3)电磁波信号遇到目标后发生散射，其中后向散射的回波信号通过每个天线接收后，经每个收发组件内的低噪声放大器进行放大，移相器移相后直接由前端数字单元对回波信号进行采样，并进行相干积分、数字滤波和数字正交检波，再通过局域网传输至主控计算机，4)由中心处理器进行数字波束成形和FFT计算，计算后向散射功率和多普勒频率，进而反演目标的分布和运动。作为上述技术方案的一种改进，所述的步骤3)还包括所述的前端数字单元进行数字正交检波、数字滤波、相干积累后，存储在前端数字单元的存储器中。作为上述技术方案的一种改进，该方法还包括同步的步骤所述的前端数字单元接收中心处理器发送的指令和公共时钟信号，所述时钟信号可以采用时钟调制技术，将同步触发信号通过时钟网络传输，所述同步时钟和同步触发信号经过特殊的标定算法，保证各端口的时钟信号同步。作为上述技术方案的一种改进，该方法还包括内定标的步骤所述数字收发组件的模拟前端通过收发开关和定标耦合器及开关组合控制雷达信号的收发，以单独标定每个收发组件的发射机及接收机的幅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式有源相控阵雷达，该分布式有源相控阵雷达包括：同步与扫描控制系统、数据处理机、有源相控天线阵列和收发组件阵列，所述的数据处理机，用于生成各个天线单元的独立的发射信号波形，并接收处理回波信号；其特征在于，所述的收发组件阵列为数字收发组件，包括：模拟前端、功率放大器、低噪声放大器和前端数字单元，所述的分布式有源相控阵雷达还包括一中心处理器，该中心处理器采用层次化分布处理技术通过局域网与若干前端数字单元连接，用于设置所有前端数字单元的工作模式和波形数据并接收基带数据，以保证经过数字合成后的目标回波数据的可靠性，并通过时钟网络向前端数字单元发送公共时钟信号，以保证各端口的时钟信号同步；所述的若干个前端数字单元分别对应地分布在天线阵列内，且每个前端数字单元与一个收发组件配套；所述的前端数字单元包括：数字处理芯片、接口电路、直接数字合成器DDS、模数变换器DAC、模数变换器ADC。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：阎敬业，吴季，孙波，吴琼之，南方，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：