一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法
【专利摘要】本发明提供了一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，包括：选择两组正交多相码；对雷达阵列天线的每一个阵元，利用直接数字式频率合成器对两组正交多相码分别调制中频正弦信号，得到第一发射信号波形和第二发射信号波形；将产生的第一发射信号波形和第二发射信号波形叠加之后再通过上变频变换至所需的射频波段，经线性功率放大器放大后输出至天线发送；接收机接收端接收各个发射信号经过远场目标反射回来的回波信号；接收端用两个匹配滤波器分别与回波信号进行匹配，分离出发射的两组信号，再将得到的回波信息送至接收机后端的数据处理部分处理得到目标信息。
【专利说明】一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于相控阵雷达【技术领域】，具体涉及数字阵列雷达同时发射多波束形成以 及接收端信号波形分离技术。
【背景技术】
[0002] 相控阵雷达又称作相位阵列雷达，是一种以改变发射信号相位来改变波束指向的 电子扫描阵列雷达。它与天线进行机械扫描的雷达相比，最大的差别在于天线无需转动即 可使天线波束快速扫描。
[0003] 相控阵雷达的另一个优势就是易于形成多个波束，这一优势为相控阵雷达性能带 来不少新的潜力：扩大雷达天线的辐射覆盖范围从而提高搜索与跟踪数据率；便于实现双 /多基地雷达组网等。数字阵列雷达（Digital Array Radar)是一种接收和发射波束都以 数字方式实现的全数字相控阵雷达。它可以在数字域进行幅相加权，实现收发数字波束形 成，其核心技术是全数字的T/R组件。
[0004] 目前，相控阵雷达发射多波束形成的方式主要有两种，一种是分时发射多波束；另 一种就是同时发射多波束。第一种方式虽然可以简化设备和降低成本，但是也增加了连续 跟踪目标的难度，容易跟丢目标。对于同时发射多波束而言，目前，可以采用多波束形成网 络（如Rotman透镜）的模拟方式实现，或者将雷达大型发射阵列天线分为几个发射阵面， 每个阵面各自独立形成发射波束。对于前者，用硬件实现的模拟方法，一旦多波束网络方案 确定之后，波束形状和波束指向等就固定了，不易改动。特别是不能自适应的形成多个波 束，抗干扰能力很差。对于后者，雷达天线阵列被分割成L个子阵，每个子阵独立形成波束， 这样一来，雷达发射机的能量未能充分被利用，天线的口径和峰值发射功率均下降为分割 前的1/L，大幅降低了雷达的测角精度。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明提供了一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方 法，利用接收端的一组匹配滤波器分离出发射的正交信号波形，从而得到多个目标的距离， 速度等信息。
[0006] 本发明的技术方案：一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，包括以 下步骤：
[0007] 步骤S1 :选择两组正交多相码；
[0008] 步骤S2 :对雷达阵列天线的每一个阵元，利用直接数字式频率合成器按照步骤S1 中的两组正交多相码分别调制中频正弦信号，得到第一发射信号波形和第二发射信号波 形；
[0009] 步骤S3 :将产生的第一发射信号波形和第二发射信号波形叠加之后再通过上变 频变换至所需的射频波段，经线性功率放大器放大后输出至天线发送；
[0010] 步骤S4 :接收机接收端接收各个发射信号经过远场目标反射回来的回波信号；
[0011] 步骤S5 :接收端用两个匹配滤波器分别与回波信号进行匹配，分离出发射的两组 信号，再将得到的回波信息送至接收机后端的数据处理部分处理得到目标信息；
[0012] 进一步地，所述目标信息包括，目标的距离，目标的速度。
[0013] 本发明的有益效果，本发明的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方 法，利用正交多相码多方位相位加权合成的方法形成同时发射波束，并且利用接收端的一 组匹配滤波器就可以分离出发射的正交信号波形，从而得到多个目标的距离，速度等信息， 实现了精确定位的功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1为本发明实现的同时发射多波束单个发射通道的结构图。
[0015] 图2为相控阵雷达发射接收模型。
[0016] 图3为正交多相编码信号发射多波束图。
[0017] 图4为接收端匹配滤波输出图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。
[0019] 本发明提供了一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，在阵列天线发 射端发射两个经过相位加权的正交码波形线性合成信号并且经过线性功放放大之后再由 天线阵元发射出去，可以得到不同指向的波束。接收天线接收远场目标反射回来的信号，然 后再经过匹配滤波器匹配处理就可以分离出两个发射信号。
[0020] 本发明的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，具体步骤如下：
[0021] 步骤S1 :选择两组有限长度正交多相码，所述正交码选取遵循码的自相关峰值旁 瓣低，码间互相关峰值旁瓣低准则；
[0022] 假设正交码集S包含L个信号，每个信号的码元数为N，编码相位个数为M，则第1 个信号可以表示为：
[0023] {s^k) = exp[j Φ χ (η) ]},
[0024] 其中，1 = l，2，...L;n = f(N)，N= l，2，...，N;f(N)代表第N 个码元的值，N 代 表对应码元的顺序；
[0025] 编码相位取为：
【权利要求】
1. 一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1 :选择两组正交多相码； 步骤S2 :对雷达阵列天线的每一个阵元，利用两个直接数字式频率合成器对步骤S1中 的两组正交多相码分别调制中频正弦信号，得到第一发射信号波形和第二发射信号波形； 步骤S3 :将产生的第一发射信号波形和第二发射信号波形叠加之后再通过上变频变 换至所需的射频波段，经线性功率放大器放大后输出至天线发送； 步骤S4 :接收机接收端接收各个发射信号经过远场目标反射回来的回波信号； 步骤S5 :接收机接收端分离出发射的两组信号，再将得到的回波信息送至接收机后端 的数据处理部分处理得到目标信息； 所述目标信息包括：目标的距离，目标的速度。
2. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S1选择两组正交多相码的算法如下： 假设正交码集S包含L个信号，每个信号的码元数为N，编码相位个数为M，则第1个信 号可以表示为： {s^k) = exp[j Φ^η)]},
其中，η对应M-1的值，Φ i (η)表示第N个码元所对应的编码相位 于是，整个码组信号矩阵可以表示为： 其中，1 = l，2，...L;n = f(N)，N= l，2，...，N;f(N)代表第N个码元的值，N代表对 应码元的顺序； 编码相位取为：
3. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S2中第一发射信号波形指向第一发射角和第二发射信号波形指向第二发射 角的相位调整，分别在第一直接数字式频率合成器、第二直接数字式频率合成器中通过控 制系统给的第一相位控制字、第二相位控制字完成。
4. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S3中的第一发射信号波形和第二发射信号波形叠加算法为： s\ (k + s2 (k)e~^2i 其中，k表示第k个阵元，Sl (k)、s2 (k)表示所述第k个阵元的第一发射信号波形和第二 发射信号波形的函数表达式，^和分别表示对信号Sl (k)，s2 (k)做的相位加权值， $ lk和tk分别表不对信号S1 (k)，S2 (k)做的加权的相位值。
5. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S4具体算法如下： 阵元1发射信号为{sn+s21}，阵元2发射信号为{s12+s 22}......阵元K发射信号为 {s1K+s2K}， 每个阵元发射的信号组成的集合为： S1k+S9k}
Φα表示第k个阵元通道中的第i个 信号加权的相位值，λ表示发射信号波长，d表示阵元间距，i = l、2;k= 1、2.....K，表示 K个阵元； 假设信号81〇〇、82〇〇从发射出去经过远场目标反射回来后的延时为τι、τ 2，这个过 程中信号的传播衰减系数为β i、β 2 ; 接收端接收到的为各个阵元发射信号的合成信号，下变频之后，记为x (k)
6.根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S5具体算法如下： 根据匹配滤波器原理可知，与Si(k)相匹配的匹配滤波器的冲激响应h (k)应是Si(k) 的镜像函数，即： hi (k) = s*i (kd-k), 其中i = 1，2, kd表示附加延时，表示取共轭； 记合成信号x(k)与第j(j = 1、2)个匹配滤波器匹配输出信号Syj(k)，则有：
因 Si (k)间相互正交，即jV Λ.丨⑴⑴?/Γ = 〇,y W，故： ）=?⑴rA_ (r - ^ )办（y=1，2) ? 得到发射的信号波形yi (k)、y2 (k)， 其中，hj(k)*X(k)中的表示卷积运算。
7. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S1的正交码选取遵循码的自相关峰值旁瓣低，码间互相关峰值旁瓣低准则。
8. 根据权利要求1的一种同时发射多波束形成以及接收信号处理的方法，其特征在 于，所述步骤S5接收机接收端用两个匹配滤波器分别与回波信号进行匹配，分离出发射的 两组信。
【文档编号】G01S7/02GK104122532SQ201410365962
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】曾祥东, 魏国华, 张存, 魏志龙, 邹林 申请人:电子科技大学