一种基于LTE的无源雷达系统的制作方法

本实用新型涉及雷达通信技术领域，尤其涉及一种基于LTE的无源雷达系统。

背景技术：

传统的有源雷达利用雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，来探测目标，获得目标至电磁波发射点的距离、距离分辨率、方位、高度等信息。而被探测目标可以接收到传统的有源雷达的发射信号，从而实现反向探测侦察，因此传统雷达的隐蔽性和抗干扰能力差。相对地，无源雷达自身不发射波束，而是通过接受对方雷达发射或照射源发送的波束来探测目标，具有较好的隐蔽性和抗干扰能力。目前，有多种信号源都可以作为无源雷达系统的照射源，如电视广播、FM收音机、数字视频、音频广播、卫星、无线电子邮件、全球移动通信系统和全球微波接入互操作性等。

无源雷达系统的距离分辨率与所采用的照射源的带宽有较大的关系，距离分辨率高，有利于对目标的精确定位。然而，上述的信号源作为照射源不能明显提高无源雷达系统的距离分辨率。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提出一种基于LTE的无源雷达系统，以解决现有技术中无源雷达系统所采用的照射源不能明显提高距离分辨率的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例第一方面提供一种基于LTE的无源雷达系统，应用于运动目标的探测，所述基于LTE的无源雷达系统包括直接路径信道、反射路径信道和模数转换器；

所述直接路径信道的接收端包括第一天线，所述第一天线接收LTE基站的直接路径参考信号；

所述反射路径信道的接收端包括第二天线，所述第二天线接收从运动目标反射的回波信号；

所述直接路径信道的输出端和所述反射路径信道的输出端均与所述模数转换器连接；

所述模数转换器根据所述直接路径参考信号和所述回波信号，获得运动目标的数字数据集，并进行交叉模糊相干处理。

可选地，基于LTE的无源雷达系统还包括本地振荡器；

所述直接路径信道还包括第一信号处理单元，所述第一信号处理单元的接收端与所述第一天线的输出端连接，所述第一信号处理单元的输出端与所述模数转换器的接收端连接；

所述反射路径信道还包括第二信号处理单元，所述第二信号处理单元的接收端与所述第二天线的输出端连接，所述第二信号处理单元的输出端与所述模数转换器的接收端连接；

所述第一信号处理单元与所述第二信号处理单元通过所述本地振荡器连接。

可选地，所述第一信号处理单元和第二信号处理单元均包括依次连接的低噪声放大器、带通滤波器、混频器、低噪声放大器和低通滤波器；

所述第一信号处理单元的低通滤波器的输出端，作为所述第一信号处理单元的输出端，与所述所述模数转换器的接收端连接；

所述第二信号处理单元低通滤波器的输出端，作为所述第二信号处理单元的输出端，与所述所述模数转换器的接收端连接；

所述第一信号处理单元的混频器与所述第二信号处理单元的混频器通过所述本地振荡器连接。

可选地，所述模数转换器对所述直接路径参考信号进行格式化处理；

所述模数转换器还对所述回波信号进行格式化处理。

可选地，基于LTE的无源雷达系统还包括存储单元；

所述存储单元对所述数字数据集，进行随机采样，并存储所述随机采样获得的数字数据。

可选地，所述数字数据集包括所述运动目标的速度。

本实用新型实施例提出的基于LTE的无源雷达系统，包含两个并行信道，直接路径信道通过第一天线接收从LTE基站发射机发射的直接路径参考信号，反射路径信道通过第二天线接收从运动目标反射的回波信号。直接路径信道和反射路径信道将直接路径参考信号和回波信号输出至模数转换器中进行处理，最终获得运动目标的数字数据集。其中，通过使用LTE基站作为照射源，其发射的直接路径参考信号、以及从运动目标反射的回波信号均为LTE基带信号，而LTE基带信号有超宽的带宽，其在1.4-20MHz范围内，从而可以实现较高的距离分辨率，提高无源雷达系统探测两个近距离目标时数据的有效性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的基于LTE的无源雷达系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例一提供的运动目标探测示意图；

图3为本实用新型实施例二提供的基于LTE的无源雷达系统的结构示意图；

图4为本实用新型实施例二提供的基于LTE的无源雷达信号处理方案示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本文中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

在后续的描述中，实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

实施例一

如图1所示，本实用新型实施例提供一种基于LTE(Long Term Evolution，长期演进)的无源雷达系统100，应用于运动目标的探测，基于LTE的无源雷达系统100包括但不限于直接路径信道10、反射路径信道20和模数转换器30。

在本实用新型实施例中，直接路径信道10的接收端包括第一天线11，直接路径信道10可以通过第一天线11接收LTE基站的直接路径参考信号；

反射路径信道20的接收端包括第二天线21，反射路径信道20可以通过第二天线21接收从运动目标反射的回波信号；

直接路径信道的输出端和反射路径信道的输出端均与模数转换器连接。

在具体应用中，LTE基站作为外置于无源雷达系统的照射源，所发射的信号为LTE基带信号，则直接路径参考信号和回波信号为LTE基带信号。LTE基站发射的LTE基带信号被第一天线直接接收，也被运动目标所接收，且运动目标接收到LTE基站所发射的LTE基带信号后，将反射部分LTE基带信号至无源雷达系统，使第二天线接收此反射的回波信号。

在实际应用中，基于LTE的无源雷达系统探测的运动目标可以为多个；当目标为两个时，两个目标之间所需的最小距离间隔称为距离分辨率R，若假设两个目标与双基地角平分线L共线，根据距离分辨率的定义:

其中，C和B分别是光速和LTE基带信号的带宽,β是双基地角，它被定义为以运动目标作为顶点，基站、运动目标和接收器之间的角度。

从定义可知，雷达中使用的波段带宽越大，距离分辨率越好。而LTE基带信号与其它信号照射源相比，具有更好的距离分辨率，有助于两个近距离目标的识别。

在本实用新型实施例中，模数转换器30根据直接路径参考信号和回波信号，获得运动目标的数字数据集，并进行交叉模糊相干处理。

在具体应用中，直接路径信道和反射路径信道接收的两路LTE信号，由于两路信号所采用的硬件设备不完全一样，导致时间延迟和多普勒频移两个参数不完全一致。实际上，这两个参数将决定检测到的移动目标的距离和速度。因此，应用交叉模糊度函数(CAF)，其是与其匹配的LTE信号的联合时间延迟和多普勒频移的匹配的响应。

在具体应用中，运动目标的数字数据集包括运动目标至LTE基站的距离、距离分辨率、方位、高度等信息。

在一个实施例中，本实用新型实施例提供的基于LTE的无源雷达系统还可以包括存储单元。

其中，存储单元对数字数据集，进行随机采样，并存储随机采样获得的数字数据。

在一个实施例中，运动目标的数字数据集为运动目标的速度，根据运动目标的速度，结合其他已经条件，还可以相应计算出运动目标的方位、距离等数字数据。

例如，探测两个运动目标时，运动目标A和运动目标B速度VT1和VT2分别如图2所示，其中α1和α2分别是运动目标A和运动目标B的速度径向角，α3为雷达角。

根据运动目标A和运动目标B速度VT1和VT2，可以计算速度分辨率△V，定义为投射到双基地平分线上的两个目标速度矢量之间的差值，公式为：

ΔV＝VT1cos(α1)-VT2cos(α2)；

速度分辨率可用于多普勒分辨率的计算，而多普勒分辨率决定了雷达观测不同径向速度目标的程度。

其中，多普勒分辨率由接收机的相干积分时间确定，其中接收机上两个目标回波之间的多普勒分离程度由下式给出：

△fd是多普勒分辨率，T是相干积分时间。fdT1和fdT2分别是来自运动目标A和运动目标B的接收多普勒回波，定义为：

假设这运动目标A和运动目标B处于同一位置，则它们为双基地角平分线L上的同一点，得出多普勒分辨率△fd：

其中，VT1cos(α1)-VT2cos(α2)为上述计算的速度分辨率△V。

本实用新型实施例提供的基于LTE的无源雷达系统，包含两个并行信道，直接路径信道通过第一天线接收从LTE基站发射机发射的直接路径参考信号，反射路径信道通过第二天线接收从运动目标反射的回波信号。直接路径信道和反射路径信道将直接路径参考信号和回波信号输出至模数转换器中进行处理，最终获得运动目标的数字数据集。其中，通过使用LTE基站作为照射源，其发射的直接路径参考信号、以及从运动目标反射的回波信号均为LTE基带信号，而LTE基带信号有超宽的带宽，其在1.4-20MHz范围内，从而可以实现较高的距离分辨率，提高基于LTE的无源雷达系统探测两个近距离目标时数据的有效性。

实施例二

如图3所示，在实施例一所提供的基于LTE的无源雷达系统100的基础上，基于LTE的无源雷达系统100还可以包括本地振荡器40、直接路径信道10还包括第一信号处理单元12、反射路径信道21还包括第二信号处理单元22。

在本实用新型实施例中，第一信号处理单元12的接收端与第一天线11的输出端连接，第一信号处理单元12从第一天线11接入直接路径参考信号，并对直接路径参考信号进行处理，第一信号处理单元12的输出端与模数转换器30的接收端连接，模数转换器30根据处理后的直接路径参考信号，获得并存储数字数据集；

第二信号处理单元22的接收端与第二天线21的输出端连接，第二信号处理单元22从第二天线21接入回波信号，并对回波信号进行处理，第二信号处理单元22的输出端与模数转换器30的接收端连接，模数转换器30根据处理后的回波信，获得并存储数字数据集；第一信号处理单元12与第二信号处理单元22通过本地振荡器40连接。

在一个实施例中，第一信号处理单元和第二信号处理单元具有相同的结构，且结构之间的连接方式相同。

如图3所示，在本实用新型实施例中，第一信号处理单元12包括依次连接的低噪声放大器121、带通滤波器122、混频器123、低噪声放大器124和低通滤波器125；第二信号处理单元22包括与第一信号处理单元12相同结构的、依次连接的低噪声放大器221、带通滤波器222、混频器223、低噪声放大器224和低通滤波器225；

其中，第一信号处理单元12的低通滤波器125的输出端，作为第一信号处理单元12的输出端，与模数转换器30的接收端连接；

第二信号处理单元22的低通滤波器225的输出端，作为第二信号处理单元22的输出端，与模数转换器30的接收端连接；

第一信号处理单元12的混频器123与第二信号处理单元22的混频器223通过本地振荡器40连接。

在具体应用中，本地振荡器，用于对混频器进行外差，使混频器输出的信号下变频到基带。

在具体应用中，低噪声放大器，用于放大接收的射频RF信号；

带通滤波器，用于选择期望的LTE下行链路频带。

放大器，用于放大基带信号，以在使用低通滤波器滤除不需要的频率之前为LTE基带信号提供足够的增益。

在一个实施例中，直接路径信道和反射路径信道接收的两路LTE基带信号都保存在需要大量处理器的长数据集中，这可能需要很长时间来处理。因此，在进行交叉模糊相干处理之前，两个通道都需要数据格式化。

在具体应用中，还可以使用其他数据处理模块、单元或处理器，对直接路径参考信号和回波信号进行格式化处理，本发明实施例不对其作具体限定。

如图4所示，本实用新型实施例还示例性的示出了基于LTE的无源雷达信号处理方案图。

图4中，数据格式化和交叉模糊相干处理均在模数转换器中完成，交叉模糊相干处理后获得的基于目标运动的数字数据集用于目标探测。

以上所述实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。