旋转场式全向天线、低空近程雷达系统及信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线电侦测技术领域，尤其涉及一种旋转场式全向天线、低空近程雷达系统及相应的信号处理方法。
【背景技术】
[0002]20世纪70年代时，机械扫描的平面阵列体制天线已经被广泛应用于三坐标雷达和机载雷达中。自60年代中后期，电子扫描体制的相控阵天线开始应用于某些军用雷达领域，该体制天线是所有体制天线中应用最广泛的，但同时也是最昂贵和复杂的。(记载于《雷达系统导论》，电子工业出版社，第3版，2006年7月I日)
[0003]现有技术中，无论机械扫描体制天线还是相控阵体制天线，均为有一定方向性的窄波束定向天线。由于这种天线副瓣低、测角精度高，因此能够实现多目标分辨。现有的探测距离为20km?30km范围内的低空近程雷达绝大多数工作于L波段或S波段、采用机械扫描或相控阵体制的天线、车载机动或固定阵地架设。
[0004]上述现有技术的主要缺点是:传统的低空近程雷达大部分采用阵面定向天线和机扫、或机扫-相扫结合体制，其结构设计复杂，特别是相控阵相扫体制天线的加工工艺要求很高，这增加了系统设计复杂度、重量和成本；而采用多面阵、圆阵体制的全向探测技术，在方位上仍需要数字波束扫描，其波束多、通道数多，因此系统设计和处理比较复杂。由于存在上述的缺点，现有的低空近程雷达不能实现便携。
【发明内容】
[0005]针对传统体制雷达系统的缺点，为了实现雷达系统的便携性，本发明提供了一种旋转场式全向天线、低空近程雷达系统及相应的信号处理方法。
[0006]在本发明的第一方面，旋转场式全向天线包括交叉放置的两对对称偶极子；其中，各偶极子的馈电幅度相同，相邻偶极子之间的夹角为90°，每对对称偶极子的间距为雷达工作波长；各偶极子的天线方向图为余弦形式，每对对称偶极子组合后的方向图为“8”字形，所述全向天线稳态时的方向图为圆形。
[0007]优选地，所述全向天线采取垂直面组阵方式布置和/或采取俯仰相扫方式工作。
[0008]优选地，所述全向天线在直桶状外壳内配置有多层。
[0009]优选地，所述全向天线通过三脚架布置在地面或载体上。
[0010]在本发明的另一方面，还同时提供一种低空近程雷达系统，所述系统包括如上所述的旋转场式全向天线，以及射频处理机和显控终端；其中，所述旋转场式全向天线耦接所述射频处理机，在所述射频处理机的控制下向全空域辐射射频信号并接收全空域的回波信号；所述射频处理机产生射频信号并根据接收的回波信号处理得到全空域的点迹信息；所述显控终端也耦接所述射频处理机，将点迹信息显示给用户和接收用户的系统控制命令发给射频处理机。
[0011]优选地，所述射频处理机包括发送与接收模块、预放大器、接收机、信号源和信号处理机。
[0012]优选地，所述系统中的所述射频信号工作在L波段。
[0013]在本发明的再一方面，还提供了一种信号处理方法，所述方法对如上所述的系统中的四路中频信号进行处理，包括步骤:
[0014]分别对所述四路中频信号进行模数转换和数字下变频处理，得到四路基带信号；
[0015]通过通道合成，将所述四路基带信号合成为L通道和R通道的双通道数据；
[0016]分别对所述L通道和所述R通道的数据进行脉冲压缩、相参积累和恒虚警检测处理，采用模板匹配方法对恒虚警检测处理后得到的点迹进行点迹匹配；
[0017]对于匹配上的点迹，通过比相求出目标的方位角。
[0018]优选地，所述方法还包括步骤:
[0019]对各个偶极子的回波信号经过接收机混频、滤波处理得到所述四路中频信号。
[0020]优选地，所述中频信号为60MHz中频信号。
[0021]本发明的技术方案提出的全向天线体积小、重量轻，实现了雷达系统的便携性，同时可以实现快速高效的全向探测，大大提高了低空近程雷达系统的机动性和可靠性。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的一个实施例中低空近程雷达系统的结构示意图；
[0023]图2为本发明的另一个实施例中旋转场式全向天线的结构示意图；
[0024]图3为本发明的另一个实施例中全向天线中的方向图示意；
[0025]图4为本发明中全向天线的水平方向图不圆度测试效果图；
[0026]图5为本发明中全向天线的垂直(俯仰)方向图测试效果图；
[0027]图6为本发明中全向天线的两通道水平相位方向图测试效果图；
[0028]图7为本发明的再一个实施例中信号处理方法的流程示意图；
[0029]图8为本发明的信号处理方法的测角测试效果图。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例为实施本发明的较佳实施方式，所述描述是以说明本发明的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围应当以权利要求所界定者为准，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。其中，下文所涉及的部分缩略语对应为:AD:模拟到数字信号转换器；DDC:数字下变频；PC:脉冲压缩；MTD:相参积累；CFAR:恒虚警检测；LPF:低通滤波。
[0031]1、低空近程可携行雷达系统
[0032]本发明的实施例1提供了一种新体制的低空近程雷达系统，其能够实现便携性。如图1的结构图所示，该低空近程雷达系统包括旋转场式全向天线1、射频处理机2和显控终端3 ;其中，旋转场式全向天线I耦接射频处理机2，在射频处理机2的控制下向全空域辐射射频信号并接收全空域的回波信号；射频处理机2包括T/R(Transmit/Receive，发送与接收模块)、预放(预放大器，又称前置放大器)、接收机、信号源和信号处理机，产生L波段射频信号并根据接收的回波信号处理得到全空域的点迹信息；显控终端3也耦接射频处理机2，将点迹信息显示给用户和接收用户的系统控制命令发给射频处理机2。通过这种一体化的结构设计，提高了系统的便携性。在图1中，旋转场式全向天线I通过三脚架11布置在地面或载体上。
[0033]本发明的低空近程可携行雷达系统能够工作于L波段，其采用旋转场式全向天线，不需要机械伺服或相控阵波束控制即可实现方位的全向探测，减少了相应的处理硬件，节省了成本、减轻了天线重量、缩小了安装空间、提高了系统可靠性。因此，本发明的技术方案能够实现该系统的快速架设、撤收，具有很强的机动性；该系统能够实现对目标回波的长时间积累，这大大提高目标回波信号的频谱分辨率，从而提高了信杂比改善因子。
[0034]这里所说的T/R、预放、多通道接收机和信号源均采用目前成熟的设计技术，因此以下着重阐述旋转场式全向天线和对应的信号处理机制。本发明的雷达系统采用旋转场式全向天线，取消了传统扫描体制天线的伺服旋转装置，可以减小系统体积、降低系统成本和提尚系统可靠性。
[0035]2、旋转场式全向天线
[0036]由于雷达的天线体制在很大程度上决定了雷达系统的体制，为改善在发明背景部分所述的传统体制雷达系统的缺点，本发明的实施例2进一步提出一种旋转场式全向天线，当其应用于上述低空近程可携行雷达系统中