一种发射多频载波的高距离分辨率雷达的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，包括发射机、接收机和信号处理单元，发射机包括有多频载波产生模块、混频器、本振源、带通滤波器、耦合器、发射天线；接收机包括有接收天线、混频器、低通滤波器、90°移相器连接、ADC模块；两个ADC模块分别接入信号处理单元，信号处理单元的信号输出端连接多频载波产生模块。本发明能够以远少于频率步进雷达的脉冲数量获得与后者相同的不模糊测量距离，即获得高分辨率距离像，并且具有更好的抗干扰和抗截获性能。
【专利说明】一种发射多频载波的高距离分辨率雷达
【技术领域】
[0001]本发明涉及雷达探测领域，具体为一种发射多频载波的高距离分辨率雷达。
【背景技术】
[0002]频率步进雷达是一种高分辨率雷达，在军用和民用等领域有着广阔的应用前景，它获得高距离分辨率的基本过程是:顺序发射一组窄带脉冲串，其中每个脉冲的发射波形是按照固定频差均匀步进的单频载波信号，在接收端对回波信号用与其发射信号频率相同的参考本振信号进行混频，混频后的零中频信号通过正交采样可得到一组目标回波信号的复采样值，对这组复采样值进行逆离散傅立叶变换，就可以得到目标的高分辨距离像。频率步进雷达要求将N个脉冲按载波频率顺序，逐一发射完毕后才能获得目标距离像，其相干处理周期长，且发射信号载波频率和幅度具有非常明显的规律性，容易被侦测和干扰。跳频雷达通过改变脉冲的载波频率次序，增加发射信号的随机性，其接收处理与频率步进雷达基本相同:在接收端将目标回波与相应的载波信号混频，每次脉冲都能获得一个采样，在发射完N个脉冲后，将所得的采样重新按照载波频率步进的次序排列，最后通过IFFT就可以获得目标距离像。相比于频率步进雷达，由于跳频雷达的发射信号载波频率次序具有随机性，因此雷达的抗干扰和抗截获能力得到一定的提高，但由于每次发射的都是单频信号，信号结构比较简单，还是容易被侦测。本发明将公开一种新的多频雷达体制，该雷达在同一个脉冲中发射多个载波，载波幅度符合特定规律，使得它具有更好的抗干扰和抗截获能力。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是公开一种获得高分辨率距离像的多频雷达装置，以解决传统的频率步进雷达和跳频雷达抗干扰和抗截获性能较低的问题。
[0004]为达到以上目的，本发明采用的技术方案为:
[0005]一种发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，包括发射机、接收机和信号处理单元三部分，其特征在于:
[0006]所述的发射机包括有多频载波产生模块，多频载波产生模块的信号输出端连接混频器一的信号输入端，混频器一的信号输入端还连接本振源，混频器一的信号输出端连接带通滤波器，带通滤波器的信号输出端连接耦合器，耦合器的另一端连接发射天线；多频载波产生模块产生一组频率值按固定间隔递增的载波信号，再将该组多频载波信号上变频到高频频段并发射出去；
[0007]所述的接收机用于接收回波信号，包括有接收天线，接收天线的信号输出端分别连接混频器二、混频器三，混频器二、混频器三的信号输出端分别连接低通滤波器一、低通滤波器二，耦合器的信号输出端还分别与混频器二、90°移相器连接，90°移相器的另一端与混频器三连接，低通滤波器一、低通滤波器二的信号输出端分别与一个ADC模块连接；
[0008]所述的信号处理单元用于重构高分辨率距离像，两个ADC模块分别接入信号处理单元，信号处理单元的信号输出端连接多频载波产生模块。
[0009]所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:所述的发射天线的发射信号由一串次序发射的脉冲组成，每个脉冲中包含一组频率值按固定间隔递增的多载波信号，每个脉冲中所包含的多载波信号的频率组成是相同的。
[0010]所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:在单个脉冲中各载波分量的幅度值互不相同，但该脉冲持续时间内保持不变；在不同脉冲中，即使频率值相同的载波分量，其幅度值也不同；各载波分量的幅度值随频率值和脉冲数的不同而改变，相互之间没有关联性，构成一个二维随机矩阵。
[0011]所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:通过耦合器从发射机天线前耦合一部分发射信号作为混频器二的参考本振信号，混频输出信号通过低通滤波器一、二得到1、Q两路零中频分量，然后通过正交采样得到一个复采样值；雷达每发射一个脉冲，就获得一个复采样值，相应地，雷达发射一串脉冲即可获得一组复采样值。
[0012]所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:所述的低通滤波器一、二的截止频率远低于载波的频率间隔。
[0013]所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:根据压缩感知理论，将所述的一组复采样值作为观测量，将由幅度值构成的二维随机矩阵作为传感矩阵，同时输入信号处理单元，该模块通过11范数优化得到高分辨率距离像。
[0014]本发明的额优点是:
[0015]本发明的每个发射脉冲都包含了雷达带宽内所有载波分量，但各个载波分量的幅度随脉冲次数和频率值的不同而变化；本发明能够以远少于频率步进雷达的脉冲数量获得与后者相同的不模糊测量距离，即获得高分辨率距离像，并且具有更好的抗干扰和抗截获性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明的系统框图。
[0017]图2为频率步进雷达脉冲序列的载波和幅度特性意图。
[0018]图3为跳频雷达脉冲序列的载波和幅度特性意图。
[0019]图4为多频雷达脉冲序列的载波和幅度特性示意图。
[0020]图5为频率步进雷达仿真距离像。
[0021]图6为多频雷达仿真距离像(M = 128)。
[0022]图7为多频雷达仿真距离像(M = 96)。
[0023]图8为多频雷达仿真距离像(M = 64)。
[0024]图9为多频雷达仿真距离像(M = 43)。
【具体实施方式】
[0025]频率步进雷达是一种传统的高距离分辨率雷达，该雷达完成一次探测需发射N个窄带脉冲，相邻脉冲的载波频差为Λ f，那么发射的第η个脉冲信号可以表示为
[0026]
Un (t) = reel 2(?) οχρ[./2π./；/ + φ?]⑴
_Pr
[0027]其中
【权利要求】
1.一种发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，包括发射机、接收机和信号处理单元三部分，其特征在于: 所述的发射机包括有多频载波产生模块，多频载波产生模块的信号输出端连接混频器一的信号输入端，混频器一的信号输入端还连接本振源，混频器一的信号输出端连接带通滤波器，带通滤波器的信号输出端连接耦合器，耦合器的另一端连接发射天线；多频载波产生模块产生一组频率值按固定间隔递增的载波信号，再将该组多频载波信号上变频到高频频段并发射出去； 所述的接收机用于接收回波信号，包括有接收天线，接收天线的信号输出端分别连接混频器二、混频器三，混频器二、混频器三的信号输出端分别连接低通滤波器一、低通滤波器二，耦合器的信号输出端还分别与混频器二、90°移相器连接，90°移相器的另一端与混频器三连接，低通滤波器一、低通滤波器二的信号输出端分别与一个ADC模块连接； 所述的信号处理单元用于重构高分辨率距离像，两个ADC模块分别接入信号处理单元，信号处理单元的信号输出端连接多频载波产生模块。
2.根据权利要求1所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:所述的发射天线的发射信号由一串次序发射的脉冲组成，每个脉冲中包含一组频率值按固定间隔递增的多载波信号，每个脉冲中所包含的多载波信号的频率组成是相同的。
3.根据权利要求1或2所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:在单个脉冲中各载波分量的幅度值互不相同，但该脉冲持续时间内保持不变；在不同脉冲中，即使频率值相同的载波分量，其幅度值也不同；各载波分量的幅度值随频率值和脉冲数的不同而改变，相互之间没有关联性，构成一个二维随机矩阵。
4.根据权利要求1所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:通过耦合器从发射机天线前耦合一部分发射信号作为混频器二的参考本振信号，混频输出信号通过低通滤波器一、二得到1、Q两路零中频分量，然后通过正交采样得到一个复采样值；雷达每发射一个脉冲，就获得一个复采样值，相应地，雷达发射一串脉冲即可获得一组复采样值。
5.根据权利要求1或4所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:所述的低通滤波器一、二的截止频率远低于载波的频率间隔。
6.根据权利要求1或3或4所述的发射多频载波的高距离分辨率雷达装置，其特征在于:根据压缩感知理论，将所述的一组复采样值作为观测量，将由幅度值构成的二维随机矩阵作为传感矩阵，同时输入信号处理单元，该模块通过11范数优化得到高分辨率距离像。
【文档编号】G01S7/36GK104181521SQ201410289841
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】尹治平, 桑磊, 杨军, 张艳梅 申请人:合肥工业大学